周期表中第ⅢA~ⅦA族元素(In、Tl除外)和和鈹、鎂與氫一般形成共價型氫化物,也稱分子型氫化物。因?yàn)閜區(qū)元素與氫電負(fù)性相差不大,所以氫是通過共用電子對的方式來成鍵的。共價型氫化物從晶格類型劃分是屬于分子晶體,晶格結(jié)點(diǎn)間的作用力是分子間力,因此分子型氫化物具有低熔沸點(diǎn)。一般情況下,分子型氫化物多為氣體。其中硼、鋁、鎵、鉞、鎂等的氫化物往往由幾個分子通過特殊結(jié)構(gòu)而聚合,所以這些氫化物又叫聚合型氫化物,如B2H6、(BeH2)x、(MgH2)x等。
聚合型氫化物都是白色固體,穩(wěn)定性較差,溫度稍高時能自行分解,遇水時能劇烈水解。例如
B2H6 = 2B+3H2 ↑
(MgH2)x+2xH2O = xMg(OH)2 +2xH2
第ⅣA~ⅦA族元素的氫化物都是分子型的,在固態(tài)時均為分子晶體,所以它們的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)都比較低。除NH3、HF、H2O有氫鍵存在而使熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較較高外,同一主族中氫化物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)均隨著相對分子質(zhì)量的增大而升高。
不同的分子型氫化物的熱穩(wěn)定性相差很大。有的在室溫下就分解成它的元素單質(zhì),如SnH4、PbH4,等;有的在1000℃以上的高溫下仍難分解,如HF、H2O等。一般來說,同一主族的分子型氫化物的熱穩(wěn)定性從上到下遞減;同一周期的從左到右熱穩(wěn)定性遞增。分子型氫化物還原性的強(qiáng)弱與其熱穩(wěn)定性相反。
共價型氫化物也有還原性,其還原性大小取決于另一元素的失電子能力。一般來說,同一族從上至下還原性增強(qiáng),同一周期從左至右還原性減弱,例如
4NH3+5O2 = 4NO +6H2O
2PH3+4O2 = P2O5 +3H2O
2H2S+3O2 = 2SO2+2H2O
共價型氫化物在水中的行為較為復(fù)雜。常見為
形成強(qiáng)酸的:HCl、HBr、HI;
形成弱酸的:HF、H2S、H2Se、H2Te;
形成堿的:NH3;
水解放出氫氣的:B2H6、SiH4;
與水不作用的:CH4、PH3、AsH3、GeH4、SnH4、SbH3。
由于p區(qū)元素電負(fù)性不同,當(dāng)形成共價型氫化物時,共用電子對的偏移不同,因此在共價型氫化物中,氫的表觀電荷數(shù)可以是+1或-1。這類氫化物性質(zhì)相差較多,如在與水的反應(yīng)上SiH4被水分解。
SiH4+4H2O = H4SiO4+4H2
NH3與水發(fā)生加合反應(yīng),使溶液顯弱堿性。
NH3+H2O = NH3·H2O ? NH4++OH-
H2S、HX(鹵化氫)等在水中除溶解以外,還發(fā)生電離產(chǎn)生H+,使它們的水溶液呈酸性
HX ? H++X-
H2S ? H++ HS-
HS- ? H++S2-
不同氫化物電離難易程度并不一樣,因此有些呈強(qiáng)酸性,有的呈弱酸性。但也有些氫化物(如C、Ge等)與水不發(fā)生任何作用。
氫化物RHn給出質(zhì)子的能力一般與R的電負(fù)性、半徑有關(guān)。同一周期從左至右酸性隨R的電負(fù)性增大而增強(qiáng);同同一族,從上至下,酸性增強(qiáng)主要由R的半徑相應(yīng)增大決定。酸堿性強(qiáng)弱由氫化物在水中電離出H+質(zhì)子的熱化學(xué)循環(huán)過程中總能量效應(yīng)決定。
第ⅥA、ⅦA族元素的氫化物在水溶液中能發(fā)生不同程度的電離,使水溶液呈酸性。在氫鹵酸中,除氫氟酸由于H-F鍵能較大,且有氫鍵締合而酸性較弱外,氫氯酸、氫溴酸、氫碘酸均為強(qiáng)酸,且酸性依次增強(qiáng)。氫碘酸是最強(qiáng)的一種氫酸。同理,H2S、H2Se、H2Te水溶液的酸性也依次增強(qiáng)。
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