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LOS HIDRUROS: CLASIFICACIÓN Y
PROPIEDADES
El hidrógeno se combina con la mayoría de los elementos del sistema periódico
para formar hidruros binarios de fórmula, MH x o MmHn. Estos compuestos del
hidrógeno se dividen en tres clases principales:
Hidruros salinos
Son combinaciones del hidrógeno con los elementos más electropositivos
(elementos alcalinos y alcalinotérreos, con excepción del Be, cuyo enlace con el
hidrógeno es covalente). Son compuestos iónicos, no volátiles, no conductores
en estado sólido y cristalinos. En estos compuestos el hidrógeno se encuentra
como ion hidruro H¯.
Hidruros moleculares o covalentes
Son combinaciones del hidrógeno con los elementos no metálicos de los grupos
p. Son sustancias volátiles y presentan enlace convalente.
Hidruros metálicos
Son combinaciones del hidrógeno con los elementos metálicos de las
series d y f. Generalmente son compuestos no estequiométricos y presentan
propiedades metálicas como la conductividad.
Figura 2. Los hidruros conocidos.
Los Hidruros Salinos
Los hidruros salinos se caracterizan formalmente por contener al hidrógeno en
estado de oxidación –1, y existen sólo para los metales más electropositivos
(Grupos 1 y 2). Los hidruros de los elementos alcalinos presentan estructura de
tipo NaCl, mientras que las de los hidruros de los elementos alcalinotérreos son
similares a las de los haluros de metales pesados como el PbCl 2(excepto el
MgH2 que presentan estructura tipo rutilo, TiO2). De ahí la denominación de
hidruros salinos. El radio iónico del H¯varía entre 1.26 Å en el LiH y 1.54 Å en el
CsH. Esta variación se explica en función de la dificultad para el único protón
nuclear para atraer a los dos electrones, lo que hace que esta especie sea
fácilmente deformable o compresible (es un especie blanda).
Los hidruros salinos son insolubles en disoluciones no acuosas, con excepción
de los haluros alcalinos fundidos, donde son muy solubles. La electrólisis de los
hidruros fundidos originan H2 en el ánodo, lo que es consistente con la presencia
de iones H¯. Otros hidruros tienden a descomponerse antes de fundirse.
2H¯ (en sal fundida) → H2(g) + 2e
Los hidruros salinos, generalmente sólidos blancos o grises, se obtienen
generalmente mediante reacción directa del metal con hidrógeno a altas
temperaturas. Los hidruros se utilizan como desecantes y reductores, como
bases fuertes y algunos como fuentes de H2 puro. El CaH2 es particularmente útil
como agente desecante de disolventes orgánicos, reaccionado suavemente con
el agua. El CaH2 también se puede emplear para reducir los óxidos metálicos a
metal:
CaH2 (s) + 2H2O (l) → Ca2+(ac) + 2H2(g) + 2OH¯(ac)
CaH2 (s) + MO(s) → CaO(s) + M(s) + H2(g)
El hidruro sódico reacciona violentamente con el agua, pudiendo llegar a
inflamarse con la humedad del aire:
NaH(s) + H2O (l) → Na+(ac) + H2(g) + OH-(ac)
Cuando se produce un incendio por la inflamación de NaH, nunca se debe
apagar con agua, ni tampoco, con CO2, ya que éste produce más llamas. Estos
incendios se apagan con extintores de polvo como los de SiO2 (sílice).
Uno de las aplicaciones de los hidruros salinos, como el NaH, es la formación de
otros hidruros:
NaH (s) + B(C2H5)3 (éter) → Na[HB(C2H5)3] (éter)
El LiH reacciona con el cloruro de aluminio para formar un hidruro complejo de
litio y aluminio, LiAlH4, que es muy útil como agente reductor en Química
Orgánica.
Al2Cl6 (éter)+ 8 LiH (éter) → 2LiAlH4 (éter) + 6LiCl(s)
Hidruros Metálicos
El hidrógeno reacciona con diversos metales de transición, incluyendo los
lantánidos y actínidos, para producir un tipo de hidruros cuya naturaleza aún no
se conoce en su totalidad. La Figura 3 muestra los hidruros conocidos de este
tipo:
Figura 3. Hidruros metálicos conocidos.
Los hidruros de los grupos 7-12 o no existen o son poco conocidos, con
excepción de los hidruros de Pd, Ni, Cu y Zn. Generalmente, son sólidos
quebradizos, presentan apariencia metálica, y son buenos conductores de la
electricidad y son de composición variable. La conductividad varía con la mayor
o menor ocupación de la banda de conducción o del dopado de hidrógeno. De
esta manera, el CeH3-x es conductor y sin embargo el CeH3 es aislante, ya que
presenta la banda de conducción llena.
Figura 4. Purificación de hidrógeno.
Una de las características típicas de los hidruros metálicos es la gran velocidad
de difusión del hidrógeno a través del sólido a elevadas temperaturas. Esta
cualidad se emplea para obtener H2de alta pureza mediante difusión a través de
un tubo de aleación de Pd-Ag (Figura 4).
Estos hidruros se forman fácilmente por combinación directa del hidrógeno gas
y el metal. Este proceso se invierte a altas temperaturas, pudiendo liberar
hidrógeno gas y el metal finamente dividido. Por tanto estos compuesto suponen
una buena forma de almacenar hidrógeno. Por ejemplo, el compuesto
LaNi5 forma una fase con el hidrógeno de composición LaNi5H6. Este compuesto
contiene más hidrógeno por unidad de volumen que el propio H 2 líquido y se
emplea para el almacenamiento de H2. Un sistema alternativo y más económico
es el de composición FeTiHx (x<1.95), que es un sistema comercial que se
emplea en determinado prototipo de vehículos.
Hidruros Moleculares
Se pueden dividir en tres categorías:
i) Compuestos deficientes en electrones: aquellos que poseen un número menor
de electrones que de enlaces. Un ejemplo de este tipo de hidruros es el diborano:
B: 1s22s2p1.............3x2 = 6
H: 1s1.....................1x6 = 6
12e
Hay 12 electrones y 8 enlaces: Los enlaces en el puente so de 3 centros y dos
electrones:
Cada boro aporta un electrón a uno de los
enlaces en los puentes + 1 electrón del H =2e
ii) Compuestos ricos en electrones: aquellos donde hay más pares de electrones
que enlaces. Un ejemplo de este tipo es el amoniaco:
H3.........................N: 1s22s2p3....................5e
H: 1s1.........................3x1e
8e
Hay 4 pares de electrones y sólo tres enlaces. El nitrógeno posee un par de
electrones sin compartir.
iii) Entre los compuestos deficientes y los ricos en electrones se encuentran
aquellos donde el número de pares de electrones es el mismo que el de enlaces.
Por ejemplo el CH4:
CH4.........................C: 1s22s2p3....................4e
H: 1s1.........................4x1e
8e
4 pares de electrones y 4 enlaces.
Las estructura de este tipo de hidruros puede predecirse mediante las reglas de
VSEPR. Así, el CH4 es tetraédrico, el NH3 es piramidal y el agua es lineal.
También es posible encontrar hidruros en los complejos de los metales de
transición, en los que el H forma parte de la molécula compleja como ligando:
[FeH2(CO)4], [Co(CO)4H] y [ReH9]-2..
LOS HIDRUROS,FORMACION:
Los hidruros son compuestos binarios formados por átomos de hidrogeno y de otro
elemento químico, pudiendo ser este metal o no metal.
Existen dos tipos de hidruros, los metálicos y los nometálicos. El hidruro es
siempre monovalente y en el caso de los hidruros metálicos presenta un estado de
oxidación de -1 ; para saber la valencia que tiene un elemento cualquiera al
combinarse con el H paraformar el correspondiente hidruro, basta observar la tabla
periódica y tener en cuenta las siguientes reglas:
* Los elementos de las tres primeras columnas, presentan con el H la valencia
queindica el numero de la columna, así los de la primera columna son
monovalentes, los de la segunda son divalentes y los de la tercera trivalentes.
* Para saber la valencia con el H de los elementos delas columnas IV a la VIII, se
resta de 8 el número característico de la columna que ocupa el elemento.