水素化物とその分類

水素は周期表で最初で最も軽い元素です。このユニークな元素は、その特性により、ほぼすべての他の元素と化合物を形成することができます。これらの水素化合物は水素化物として知られています。水素化物の研究は化学の重要な部分であり、これらの化合物は産業的にも生物学的にも重要です。

「水素化物」という用語は、水素が他の元素やグループと結合している化合物を指します。結合の性質と水素と組み合わさっている元素に応じて、水素化物は異なるタイプに分類することができます。これらの分類を理解することによって、これらの化合物の特性や反応性を予測することができます。

水素化物の分類

水素化物は大まかに3つのタイプに分類できます：

分子性水素化物、または共有結合性水素化物は、水素が同様またはより高い電気陰性度を持つ元素と共有結合を形成する際に生成されます。これらは通常非金属と形成され、結合には電子対の共有が含まれます。

分子性水素化物の一般的な例は水（H ₂ O）です。水中では、各水素原子が酸素原子と電子を1個ずつ共有し、共有結合を形成します。以下に水の簡略化された電子共有図を示します：

        H – O – H

分子性水素化物はさらに電子正確、水素不足、または電子豊富に分類することができます：

電子正確水素化物： 構成原子の価電子を満たすために十分な数の結合を含みます。たとえばメタン（_{CH 4}）は4つの水素と共有結合を形成するため電子正確です。
電子不足水素化物： 従来の共有結合を形成するために十分な電子がありません。ホウ化水素（B ₂ H ₆）がその例で、3心2電子結合として説明されるバナナ結合があります。
電子豊富水素化物： 水素に参加しない電子対を含んでいます。たとえばアンモニア（_{NH 3}）。

イオン性水素化物または生理的水素化物は通常、特にアルカリ金属やアルカリ土類金属などの金属と形成されます。これらは非常に電気陽性です。これらの水素化物では、水素原子が金属原子から電子を得て、水素化物イオンH ^-を形成します。

ナトリウム水素化物（NaH）を考えてみましょう。これはイオン性水素化物の例です。ナトリウムが水素と反応すると、一つの電子を水素に渡し、ナトリウムイオンNa ⁺および水素化物イオン^{H -}になります。

        Na + H → Na ⁺ + H ^-

⁺ H ^-

イオン性水素化物は通常、白色の結晶性固体です。それらは化学合成において水素イオンの供給源や水素イオンの形での水素の移動に使用されます。

金属水素化物は、水素が遷移金属と相互作用する際に形成されます。これらの水素化物では、水素原子は金属格子内の間質部、すなわち金属原子間の隙間を占めます。これらは間質性水素化物と呼ばれます。

金属水素化物はしばしば単純な化学量論を守らず、その組成は変化する可能性があります。たとえば、チタン水素化物やパラジウム水素化物は異なる量の水素を吸収することができます。

金属水素化物、特にパラジウム水素化物は水素を吸収し放出する能力を持ち、水素貯蔵ソリューションに有用です。

水素化物は、タイプや特性の影響を受けた様々な応用があります。以下はいくつかの例です：

水素化物の反応性は、分類に応じて広く異なります：

分子性水素化物： これらはメタンのように比較的惰性のあることができるか、ジボランのように非常に反応性の高いことができます。アンモニアのような化合物における孤立電子対の存在は、それらの塩基性および求核性の特性に寄与します。
イオン性水素化物： これらは水と激しく反応し、水素ガスを放出します。たとえば、ナトリウム水素化物の水との反応：
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                NaH + H ₂ O → NaOH + H ₂ ↑
            
```
金属水素化物： それらはしばしば金属格子によって安定性を提供され、低い反応性を示します。ただし、適切な条件下で水素ガスを放出することができます。