הידראידים: מאפיינים, שמות, שימושים ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

Hydrohalic חומצות או בינארי הם מומסים תרכובות מים אשר מורכב של מימן אלמנט אל מתכתיים: הלידים מימניים. הנוסחה הכימית הכללית שלה יכולה לבוא לידי ביטוי כ- HX, כאשר H הוא אטום המימן, ו- X הוא היסוד הלא מתכתי.

X יכול להשתייך לקבוצה 17, ההלוגנים או לאלמנטים של קבוצה 16 מבלי לכלול חמצן. שלא כמו חומצות אוקסו, חומצות הידרואידים חסרות חמצן. מכיוון שההידראידים הם תרכובות קוולנטיות או מולקולריות, יש לקחת בחשבון את הקשר HX. יש לכך חשיבות רבה ומגדירה את המאפיינים של כל חומצה.

מקור: גבריאל בוליבר

מה עם קישור HX? כפי שניתן לראות בתמונה למעלה, יש תוצר של רגע דיפול קבוע של האלקטרוניטיבים השונים בין H ל- X. מכיוון ש- X בדרך כלל יותר אלקטרונגטיבי מ- H, הוא מושך את ענן האלקטרונים שלו ומסתיים במטען חלקי שלילי δ-.

מצד שני, H, שמניב חלק מצפיפות האלקטרונים שלו ל- X, מסתיים במטען חלקי חיובי δ +. ככל ש- 6- שלילי יותר, כך עשיר יותר באלקטרונים X ויהיה גדול יותר המחסור באלקטרונים של H. לפיכך, תלוי באיזה אלמנט X, hydracid יכול להיות פחות או יותר קוטבי.

התמונה חושפת גם את מבנה ההידראידים. HX היא מולקולה לינארית, שיכולה לתקשר עם אחר באחד מקצותיה. ככל ש- HX קוטבי יותר, כך מולקולותיו יתקשרו חזק יותר או עם זיקה. כתוצאה מכך, נקודות הרתיחה או ההתכה שלה יגברו.

עם זאת, יחסי הגומלין בין HX-HX עדיין חלשים מספיק כדי להצמיח חומצה מוצקה. מסיבה זו, בתנאי לחץ וטמפרטורת הסביבה הם חומרים גזים; למעט HF שמתאדה מעל 20 מעלות צלזיוס.

למה? מכיוון ש- HF מסוגל ליצור קשרי מימן חזקים. בעוד שאר ההידרקיידים, שהיסודות הלא מתכתיים שלהם הם פחות אלקטרוניים, הם בקושי יכולים להיות בשלב הנוזל מתחת ל 0 ° C. HCl, למשל, מרתיח בכ -85 מעלות צלזיוס.

האם חומציות חומציות חומציות? התשובה נעוצה במטען החלקי החיובי δ + על אטום המימן. אם δ + גדול מאוד או שקשר HX חלש מאוד, אז HX תהיה חומצה חזקה; כמו בכל ההידרואידים של ההלוגנים, ברגע שההלידות שלהם בהתמוסס במים.

מאפיינים

גוּפָנִי

ככל הנראה כל ההידרקידס הם פתרונות שקופים, מכיוון ש- HX מסיסים מאוד במים. הם עשויים להיות בעלי גוונים צהבהבים בהתאם לריכוזי ה- HX המומס.

-הם מעשנים, מה שאומר שהם מפטרים אדים צפופים, מאכלים ומעצבנים (חלקם אפילו מבחילים). הסיבה לכך היא שמולקולות ה- HX מאוד הפכפכות ואינטראקציה עם אדי המים במדיום המקיף את הפתרונות. יתר על כן, HX בצורותיו המיותרות הם תרכובות גזים.

-הידראצידים הם מוליכים חשמליים טובים. למרות ש- HX הם מינים גזים בתנאים אטמוספריים, כאשר הם מתמוססים במים הם משחררים יונים (H ⁺ X ^- ) המאפשרים מעבר של זרם חשמלי.

-נקודות הרתיחה שלה גבוהות יותר מזו של צורותיו המיותרות. כלומר, HX (ac), המציין את החומר ההידורי, רותח בטמפרטורות מעל HX (g). לדוגמא, מימן כלוריד, HCl (g), רותח בטמפרטורה של -85 מעלות צלזיוס, אך חומצה הידרוכלורית, הידרולית שלה, היא סביב 48 מעלות צלזיוס.

למה? מכיוון שמולקולות ה- HX הגזים מוקפות באלה של מים. שני סוגים של אינטראקציות יכולים להופיע בו זמנית: קשרי מימן, HX - H ₂ O - HX, או תמיסת יונים, H ₃ O ⁺ (aq) ו- X ^- (aq). עובדה זו קשורה ישירות למאפיינים הכימיים של חומציות הידרואידים.

כִּימִי

הידרצידים הם תמיסות חומציות מאוד, ולכן יש להם פרוטונים חומציים H ₃ O ⁺ שיכולים להיות מגיבים עם חומרים אחרים. מאיפה H ₃ O ^{+ מגיע} ? מהאטום המימן עם מטען חלקי חיובי δ +, שמתנתק במים ובסופו של דבר משתלב בקוביליה במולקולת מים:

HX (aq) + H ₂ O (l) <=> X ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq)

שימו לב שהמשוואה מקבילה לתגובה שמבססת שיווי משקל. כאשר היצירה של X ^- (aq) + H ₃ O ⁺ (aq) מועדפת מאוד על תרמודינמית, HX תשחרר את הפרוטון החומצי שלה למים; ואז זה, עם H ₃ O ⁺ כ"נושא "החדש שלו, יכול להגיב עם תרכובת אחרת, גם אם האחרון אינו בסיס חזק.

האמור לעיל מסביר את המאפיינים החומציים של הידרואידים. זה המקרה לגבי כל ה- HX המומס במים; אך חלקם מייצרים פתרונות חומציים יותר מאחרים. כי מה זה? הסיבות יכולות להיות מאוד מסובכות. לא כל ה- HX (ac) מעדיפים את שיווי המשקל לעיל לימין, כלומר לכיוון X ^- (ac) + H ₃ O ⁺ (ac).

חוּמצִיוּת

והחריג נצפה בחומצה הידרפלואורית, HF (aq). פלואור הוא מאוד אלקטרוני-שלילי, לכן הוא מקצר את מרחק הקשר HX, ומחזק אותו כנגד התמוטטותו על ידי פעולת מים.

באופן דומה, לקשר HF יש חפיפה טובה בהרבה מסיבות הרדיוס האטומי. מצד שני, קשרי ה- H-Cl, H-Br או HI חלשים יותר ונוטים להתנתק לחלוטין במים, עד כדי שבירת האיזון שמעלה למעלה.

הסיבה לכך היא שלהלוגנים האחרים או הכלקוגנים (גופרית, למשל) יש רדיוסים אטומיים גדולים יותר, ולכן אורביטלים גדולים יותר. כתוצאה מכך, הקשר HX מציג חפיפה פחות טובה במסלולי המפתח ככל ש- X גדול יותר, מה שבתורו משפיע על כוח החומצה בעת מגע עם מים.

לפיכך, סדר החומציות היורד לחומצות ההידרו של ההלוגנים הוא הבא: HF <HCl

מִנוּחַ

צורה נטולת מים

איך קוראים למכונות הידראידים? בצורתם המיידית, HX (g), יש להזכיר אותם כמוכתבים להלידים מימן: על ידי הוספת הסיומת –אורו בסוף שמם.

לדוגמא, HI (g) מורכב מהליד (או הידריד) שנוצר על ידי מימן ויוד, ולכן שמו הוא: מימן יוד . מכיוון שאינן מתכות הן בדרך כלל אלקטרוניות יותר מאשר מימן, יש לה מספר חמצון של +1. ב NaH לעומת זאת, למימן יש מספר חמצון של -1.

זוהי דרך עקיפה נוספת להבדיל בין הידרידים מולקולריים להלוגנים או להלידים מימן מתרכובות אחרות.

ברגע ש- HX (g) בא במגע עם מים, הוא מיוצג כ- HX (ac) ואז מתקבל ההידרקיד.

בתמיסה מימית

על מנת לקרוא למילה החמצנית, HX (ac), יש להחליף את הסיומת - אורו של צורותיו המימיות - על ידי הסיומת –הידרי. ויש להזכיר אותם מלכתחילה כחומצות. כך, לדוגמא לעיל, HI (aq) נקרא בשם: מים חומצה יוד .

איך הם נוצרים?

פירוק ישיר של הלידים מימן

ניתן ליצור הידרצידים על ידי פירוק פשוט של הלידות המימן המקבילות שלהם במים. ניתן לייצג זאת על ידי המשוואה הכימית הבאה:

HX (g) => HX (ac)

HX (g) מסיס מאוד במים, כך שאין איזון של מסיסות, בניגוד לניתוק היוני שלו לשחרור פרוטונים חומציים.

עם זאת, ישנה שיטה סינתטית שעדיפה מכיוון שהיא משתמשת במלחים או מינרלים כחומר גלם, ממיסה אותם בטמפרטורות נמוכות עם חומצות חזקות.

פירוק מלחים של לא מתכות עם חומצות

אם מלח שולחן, NaCl, מומס בחומצה גופרתית מרוכזת, התגובה הבאה מתרחשת:

NaCl (ים) + H ₂ SO ₄ (aq) => HCl (aq) + NaHSO ₄ (aq)

חומצה גופרתית תורמת את אחד הפרוטונים החומציים שלה לאניון Cl ^- כלוריד , ובכך ממירים אותו לחומצה הידרוכלורית. מימן כלוריד, HCl (g), יכול לברוח מתערובת זו מכיוון שהוא נדיף מאוד, במיוחד אם ריכוזו במים הוא גבוה מאוד. המלח הנוסף הנוצר הוא חומצת נתרן סולפט, NaHSO ₄ .

דרך נוספת לייצר אותה היא להחליף חומצה גופרתית בחומצה זרחתית מרוכזת:

NaCl (ים) + H ₃ PO ₄ (aq) => HCl (aq) + NaH ₂ PO ₄ (aq)

H ₃ PO ₄ מגיב באותו אופן כמו H ₂ SO ₄ , מייצר חומצה הידרוכלורית ופוספט נתרן דיאץ. NaCl הוא מקור ה- Cl ^- anion , כך שלצורך סינתזה של הידרואידים האחרים, מלחים או מינרלים המכילים F ^- , Br ^- , I ^- , S ^2- וכו '.

עם זאת, השימוש ב- H ₂ SO ₄ או ב- H ₃ PO ₄ יהיה תלוי בעוצמתו החמצונית. H ₂ SO ₄ הוא סוכן חמצון חזק מאוד, עד כדי כך שהוא מתחמצן אפילו Br ^- ואני ^- כדי Br שלהם ₂ ואני ₂ צורות המולקולריות ; הראשון הוא נוזל אדמדם, והשני מוצק סגול. לכן, H ₃ PO ₄ מייצג את האלטרנטיבה המועדפת ב סינתזות כאלה.

יישומים

חומרי ניקוי וממסים

הידראזידים משמשים למעשה לפירוק סוגים שונים של חומר. הסיבה לכך היא שהן חומצות חזקות, ויכולות לנקות כל משטח במתינות.

הפרוטונים החומציים שלו מתווספים לתרכובות של זיהומים או לכלוך, מה שהופך אותם למסיסים במדיום המימי ואז מועברים על ידי המים.

בהתאם לאופי הכימי של פני השטח האמורים, ניתן להשתמש באחד מימי החלבון או אחר. לדוגמה, לא ניתן להשתמש בחומצה הידרפלואורית לניקוי זכוכית שכן היא תמיס אותה במקום. חומצה הידרוכלורית משמשת להסרת כתמים מאריחי בריכת השחייה.

הם גם מסוגלים להמיס סלעים או דגימות מוצקות, ומשמשים אז למטרות אנליטיות או ייצור בסולמות קטנים או גדולים. בכרומטוגרפיה של חילופי יונים משתמשים בחומצה הידרוכלורית מדוללת לניקוי העמודה של היונים שנותרו.

זרזי חומצה

חלק מהתגובות דורשות פתרונות חומציים ביותר בכדי להאיץ אותן ולהקטין את הזמן בו הן מתרחשות. כאן נכנסים המרכיבים הידראידים.

דוגמא לכך היא השימוש בחומצה הידרודיודית בסינתזה של חומצה אצטית קרחונית. תעשיית הנפט זקוקה גם להידרזיד בתהליכי זיקוק.

ריאגנטים לסינתזה של תרכובות אורגניות ואורגניות

ההידראצידים לא רק מספקים פרוטונים חומציים, אלא גם האונים שלהם בהתאמה. אניונים אלה יכולים להגיב עם תרכובת אורגנית או אורגנית ליצירת הליד ספציפי. בדרך זו ניתן לסנתז אותם: פלואורידים, כלורידים, יודידים, ברומידים, סלנידים, סולפידים ותרכובות אחרות.

להלידים אלה יכולים להיות יישומים מגוונים מאוד. לדוגמה, ניתן להשתמש בהם לסינתזת פולימרים, כגון טפלון; או מתווכים, מהם ישולבו אטומי ההלוגן במבנים המולקולריים של תרופות מסוימות.

נניח שהמולקולה CH ₃ CH ₂ OH, אתנול, מגיבה עם HCl ליצירת אתיל כלוריד:

CH ₃ CH ₂ OH + HCl => CH ₃ CH ₂ Cl + H ₂ O

כל אחת מהתגובות הללו מסתירה מנגנון והיבטים רבים הנחשבים בסינתזות אורגניות.

דוגמאות

אין הרבה דוגמאות לזמינות הידרואידים, מכיוון שמספר התרכובות האפשריות מוגבל באופן טבעי. מסיבה זו, מופיעים בהמשך חלק מההידרקידים הנוספים עם הננומקלציה שלהם בהתאמה:

HF, חומצה הידרפלואורית

דו-מימני בינארי שמולקולות ה- HF שלו יוצרות קשרי מימן חזקים, עד כדי כך שבמים מדובר בחומצה חלשה.

ח

בניגוד למוצרי הידראוליות שנחשבו עד אז, זה פוליאטומי, כלומר יש לו יותר משני אטומים, עם זאת, הוא ממשיך להיות בינארי מכיוון שהוא שני יסודות: גופרית ומימן.

מולקולות ה- MSM הזוויתיות שלה אינן יוצרות קשרי מימן ניכרים וניתן לגלות באמצעות ריח הביצים הרקוב האופייני להן.

HCl, חומצה הידרוכלורית

אחת החומצות הידועות ביותר בתרבות הפופולרית. זה אפילו חלק מההרכב של מיץ קיבה, שנמצא בקיבה, ויחד עם אנזימי עיכול הם משפילים את המזון.

HBr, חומצה הידרוברומית

בדומה לחומצה הידרודיודית, בשלב הגז הוא מורכב ממולקולות H-Br ליניאריות, שמתנתקות ל H ⁺ (H ₃ O ⁺ ) ו- יוני יוני ^- Br כאשר הם נכנסים למים.

ח

למרות שלטלוריום יש אופי מתכתי מסוים, החמצן שלו מפטיר אדים לא נעימים ורעילים במיוחד, כמו מימן סלניד.

בדומה לשאר המרכיבים ההידראידים של כלקוגנידים (מקבוצה 16 בטבלה המחזורית), בתמיסה הוא מייצר את האניון טה ^2- , כך שערכיו הוא -2.

הפניות

1. קלארק ג'יי (22 באפריל 2017). החומציות של הלידים מימן. התאושש מ: chem.libretexts.org
2. לומן: מבוא לכימיה. חומצות בינאריות. נלקח מ: Courses.lumenlearning.com
3. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (22 ביוני 2018). הגדרת חומצה בינארית. התאושש מ: thoughtco.com
4. מר ד. סקוט. פורמולה כימית כתיבה וננומטוריה. . התאושש מ: celinaschools.org
5. מדושה. (9 בפברואר 2018). הבחנה בין חומצות בינאריות וחומצות חמצן. התאושש מ: pediaa.com
6. ויקיפדיה. (2018). חומצה מימית. התאושש מ: es.wikipedia.org
7. נטלי אנדרוז. (24 באפריל 2017). השימושים של חומצה הידרולית. התאושש מ: sciencing.com
8. StudiousGuy. (2018). חומצה הידרופלואורית: שימושים ויישומים חשובים. התאושש מ: studiousguy.com