كالكوجينيد الهيدروجين

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 22 صور
الموسوعة الحرة

الكالكوجينيدات الهيدروجينية (وتسمى أيضًا هيدريدات الكالكوجين أو كالسيدات الهيدروجينية ) هي مركبات ثنائية من الهيدروجين مع ذرات الكالكوجين (عناصر المجموعة 16: الأكسجين والكبريت والسيلينيوم والتيلوريوم والبولونيوم والليفرموريوم ). الماء ، أول مركب كيميائي في هذه السلسلة، يحتوي على ذرة أكسجين واحدة وذرتي هيدروجين ، وهو المركب الأكثر شيوعًا على سطح الأرض. [1]

كالكوجينيدات ثنائي الهيدروجين

السلسلة الأكثر أهمية، بما في ذلك الماء، لها الصيغة الكيميائية H 2 X، حيث يمثل X أي كالكوجين. وبالتالي فهي ثلاثية الذرات . تأخذ بنية منحنية وبالتالي فهي جزيئات قطبية . الماء مركب أساسي للحياة على الأرض اليوم ، [2] يغطي 70.9٪ من سطح الكوكب. عادة ما تكون كالكوجينيدات الهيدروجين الأخرى شديدة السمية، ولها روائح كريهة قوية تشبه عادة البيض المتعفن أو الخضار. كبريتيد الهيدروجين هو منتج شائع للتحلل في البيئات الفقيرة بالأكسجين وبالتالي فهو مادة كيميائية مسؤولة عن رائحة انتفاخ البطن . وهو أيضًا غاز بركاني . وعلى الرغم من سميته، فإن جسم الإنسان ينتجه عمدًا بكميات صغيرة لاستخدامه كجزيء إشارة .

يمكن للماء أن يذيب مركبات الكالكوجينيد الهيدروجينية الأخرى (على الأقل تلك التي تصل إلى تيلوريد الهيدروجين)، مكونًا محاليل حمضية تُعرف باسم أحماض الهيدروكالوجينيك . على الرغم من أن هذه الأحماض أضعف من أحماض الهيدروهاليك ، إلا أنها تتبع اتجاهًا مشابهًا لزيادة قوة الحمض مع الكالكوجينات الأثقل، وتتشكل أيضًا بطريقة مماثلة (تحويل الماء إلى أيون هيدرونيوم H3O + والمذاب إلى أيون XH- ) . من غير المعروف ما إذا كان هيدريد البولونيوم يشكل محلولًا حمضيًا في الماء مثل نظائره الأخف وزناً ، أو ما إذا كان يتصرف أكثر مثل هيدريد المعدن (انظر أيضًا أستاتيد الهيدروجين ).

مُجَمَّع كمحلول مائي الصيغة الكيميائية الهندسة ص ك أ نموذج
أكسيد الهيدروجين
هيدريد الأكسجين
الماء
(الأوكسيدان)		 ماء ماء 2 أوم 13.995
كبريتيد الهيدروجين
هيدريد الكبريت
(السلفان)		 حمض الهيدروكبريتيد ح 2 س 7.0
سيلينيد الهيدروجين
هيدريد السيلينيوم
(سيلان)		 حمض الهيدروسيلينيك ح 2 س 3.89
تيلوريد الهيدروجين
هيدريد التيلوريوم
(تيلان)		 حمض الهيدروتيلوريك H2Te​​ 2.6
هيدروجين بولونييد
هيدريد البولونيوم
(بولان)		 حمض الهيدروبولونيك هيدروجين بو​ ؟
هيدروجين ليفرموريد
ليفرموريوم هيدريد
(ليفرموران)		 حمض الهيدروليفموريك ح 2 ل ؟

فيما يلي بعض خصائص الكالكوجينيدات الهيدروجينية: [3]

ملكية ماء 2 أوم ح 2 س ح 2 س H2Te​​ هيدروجين بو​
نقطة الانصهار (درجة مئوية) 0.0 -85.6 -65.7 -51 -35.3
نقطة الغليان (درجة مئوية) 100.0 -60.3 -41.3 -4 36.1
-285.9 +20.1 +73.0 +99.6 ؟
زاوية الرابطة (H–X–H) (غاز) 104.45 درجة 92.1 درجة 91 درجة 90 درجة 90.9 درجة (متوقعة) [4]
ثابت التفكك (HX − , K 1 ) 1.8 × 10 −16 1.3 × 10 −7 1.3 × 10 −4 2.3 × 10 −3 ؟
ثابت التفكك (X 2− , K 2 ) 0 7.1 × 10 −15 1 × 10 −11 1.6 × 10 −11 ؟
مقارنة بين نقاط غليان كالكوجينيدات الهيدروجين وهاليدات الهيدروجين ؛ يمكننا أن نرى أن فلوريد الهيدروجين يُظهِر تأثيرات شاذة أيضًا بسبب الرابطة الهيدروجينية. كما يتصرف الأمونيا بشكل غير طبيعي على نحو مماثل.
مقارنة بين نقطتي الانصهار (الأزرق) والغليان (الأحمر) لكالكوجينيدات الهيدروجين. الخطوط الزرقاء والحمراء هي أقل المربعات ملاءمة للكالكوجينيدات غير الأكسجينية، مما يدل على أن الماء يجب أن يذوب عند -88 درجة مئوية ويغلي عند -75 درجة مئوية.

يمكن أن تُعزى العديد من الخصائص الشاذة للماء مقارنة ببقية الكالكوجينيدات الهيدروجينية إلى الرابطة الهيدروجينية الكبيرة بين ذرات الهيدروجين والأكسجين. بعض هذه الخصائص هي نقاط الانصهار والغليان العالية (إنه سائل في درجة حرارة الغرفة)، بالإضافة إلى ثابت العزل الكهربائي العالي والتفكك الأيوني الملحوظ. تؤدي الرابطة الهيدروجينية في الماء أيضًا إلى قيم كبيرة من الحرارة وانتروبيا التبخر والتوتر السطحي واللزوجة. [5]

تعتبر كالكوجينيدات الهيدروجين الأخرى غازات شديدة السمية وذات رائحة كريهة. يوجد كبريتيد الهيدروجين بشكل شائع في الطبيعة وتكشف خصائصه مقارنة بالماء عن عدم وجود أي رابطة هيدروجينية مهمة. [6] نظرًا لأن كلاهما غازان في STP، يمكن ببساطة حرق الهيدروجين في وجود الأكسجين لتكوين الماء في تفاعل طارد للحرارة للغاية ؛ يمكن استخدام مثل هذا الاختبار في الكيمياء المبتدئة لاختبار الغازات الناتجة عن التفاعل حيث يحترق الهيدروجين مع فرقعة. يمكن صنع الماء وكبريتيد الهيدروجين وسيلينيد الهيدروجين عن طريق تسخين العناصر المكونة لها معًا فوق 350 درجة مئوية، ولكن لا يمكن الحصول على تيلوريد الهيدروجين وهيدريد البولونيوم بهذه الطريقة بسبب عدم استقرارهما الحراري؛ يتحلل تيلوريد الهيدروجين في الرطوبة والضوء وفي درجات حرارة أعلى من 0 درجة مئوية. هيدريد البولونيوم غير مستقر، وبسبب النشاط الإشعاعي الشديد للبولونيوم (مما يؤدي إلى التحلل الإشعاعي الذاتي عند التكوين)، لا يمكن الحصول إلا على كميات ضئيلة من خلال معالجة حمض الهيدروكلوريك المخفف برقائق المغنيسيوم المطلية بالبولونيوم . خصائصه مختلفة إلى حد ما عن بقية الكالكوجينيدات الهيدروجينية، حيث أن البولونيوم معدن بينما الكالكوجينات الأخرى ليست كذلك، وبالتالي فإن هذا المركب وسيط بين كالكوجينيد الهيدروجين العادي أو هاليد الهيدروجين مثل كلوريد الهيدروجين ، وهيدريد معدني مثل ستانان . مثل الماء، الأول من المجموعة، يكون هيدريد البولونيوم أيضًا سائلًا في درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك، على عكس الماء، فإن عوامل الجذب بين الجزيئات القوية التي تسبب نقطة الغليان الأعلى هي تفاعلات فان دير فالس ، وهي تأثير السحب الإلكترونية الكبيرة للبولونيوم. [3]

ثنائي هيدروجين الكالكوجينيدات

تمتلك ثنائيات الكالكوجينيدات ثنائية الهيدروجين الصيغة الكيميائية H 2 X 2 ، وهي أقل استقرارًا بشكل عام من أحاديات الكالكوجينيدات، وتتحلل عادةً إلى أحادي الكالكوجينيد والكالكوجين المعنيين.

أهم هذه المركبات هو بيروكسيد الهيدروجين ، H2O2 ، وهو سائل أزرق باهت عديم اللون تقريبًا وله تقلبات أقل من الماء وكثافة ولزوجة أعلى. وهو مهم كيميائيًا لأنه يمكن أن يتأكسد أو يختزل في محاليل بأي درجة حموضة، ويمكنه بسهولة تكوين معقدات فوق معدنية ومعقدات فوق حمضية، فضلاً عن خضوعه للعديد من تفاعلات حمض/قاعدة البروتون. في شكله الأقل تركيزًا، يستخدم بيروكسيد الهيدروجين في بعض الاستخدامات المنزلية الرئيسية، مثل المطهر أو لتبييض الشعر؛ والمحاليل الأكثر تركيزًا تكون أكثر خطورة.

مُجَمَّع الصيغة الكيميائية طول الرابطة نموذج
بيروكسيد الهيدروجين
(ديوكسيدان)		 هيدروجين الهيدروجين​​
ثنائي كبريتيد الهيدروجين
(ديسلفان)		 ح 2 س 2
ثنائي سيلينيد الهيدروجين [7]
(ديسلين)		 ح 2 س 2 —
ثنائي تيلورايد الهيدروجين [8]
(ديتيلان)		 ح 2 ت 2 —

فيما يلي بعض خصائص ثنائيات الكالكوجينيد الهيدروجينية:

ملكية هيدروجين الهيدروجين​​ ح 2 س 2 ح 2 س 2 ح 2 ت 2
نقطة الانصهار (درجة مئوية) -0.43 -89.6 ؟ ؟
نقطة الغليان (درجة مئوية) 150.2 (يتحلل) 70.7 ؟ ؟

تم فحص متزامرات هيكلية بديلة للديكالكوجينيدات، حيث ترتبط ذرتا الهيدروجين بنفس ذرة الكالكوجين، والتي ترتبط أيضًا بذرة الكالكوجين الأخرى، حسابيًا. هذه الهياكل H 2 X + –X – هي يليدات . لم يتم تصنيع هذا الشكل المتزامرات من بيروكسيد الهيدروجين، الماء الأكسجيني، تجريبياً. تم الكشف عن المتزامرات التناظرية لثاني كبريتيد الهيدروجين، ثيوسلفوكسيد ، من خلال تجارب مطياف الكتلة . [9]

من الممكن أن تتشارك ذرتان مختلفتان من الكالكوجين في ثنائي الكالكوجينيد، كما هو الحال في ثيوبيروكسيد الهيدروجين (H 2 SO 4)؛ وتشمل المركبات الأكثر شهرة ذات الوصف المماثل حمض الكبريتيك (H 2 SO 4 ).

الكالكوجينيدات ذات الهيدروجين العالي

تتبع جميع كالكوجينيدات الهيدروجين ذات السلسلة المستقيمة الصيغة H 2 X n .

لا تكون أكاسيد الهيدروجين المتعددة الأعلى من H 2 O 2 مستقرة. [10] ثلاثي أكسيدان ، مع ثلاث ذرات أكسجين، هو وسيط غير مستقر مؤقت في العديد من التفاعلات. كما تم تصنيع المركبين التاليين في سلسلة الأكسجين، رباعي أكسيدان وبنتاوكسيدان ، ووجد أنهما شديدا التفاعل. تم فحص متزامرات هيكلية بديلة لثلاثي أكسيدان، حيث ترتبط ذرتا الهيدروجين بالأكسجين المركزي لسلسلة الأكسجين الثلاثة بدلاً من ذرة واحدة في كل طرف، حسابيًا. [ 11]

إلى جانب H2S و H2S2 ، تُعرف العديد من البولي سلفانات الأعلى H2Sn (n = 3–8) بأنها مركبات مستقرة. [ 12 ] وتتميز بسلاسل كبريتية غير متفرعة، مما يعكس ميل الكبريت إلى الترابط. بدءًا من H2S2 ، تكون جميع البولي سلفانات المعروفة عبارة عن سوائل في درجة حرارة الغرفة. يكون H2S2 عديم اللون بينما تكون البولي سلفانات الأخرى صفراء؛ يصبح اللون أكثر ثراءً مع زيادة n ، وكذلك الكثافة واللزوجة ونقطة الغليان. يوجد جدول للخصائص الفيزيائية أدناه. [ 13]

مُجَمَّع الكثافة عند 20 درجة مئوية (جم·سم −3 ) ضغط البخار ( مم زئبق ) نقطة الغليان المقدرة ( °C )
ح 2 س 1.363 (جرام ديسيمتر مكعب -3 ) 1740 (كيلو باسكال، 21 درجة مئوية) -60
ح 2 س 2 1.334 87.7 70
ح 2 س 3 1.491 1.4 170
ح 2 س 4 1.582 0.035 240
ح 2 س 5 1.644 0.0012 285
ح 2 س 6 1.688 ؟ ؟
ح 2 س 7 1.721 ؟ ؟
ح 2 س 8 1.747 ؟ ؟

ومع ذلك، يمكن أن تتأكسد بسهولة وهي غير مستقرة حرارياً، وغير متناسبة بسهولة مع الكبريت وكبريتيد الهيدروجين، وهو تفاعل يعمل فيه القلوي كمحفز: [13]

8 H 2 S n → 8 H 2 S + ( n − 1) S 8

كما أنها تتفاعل مع الكبريتيت والسيانيد لإنتاج الثيوكبريتات والثيوسيانات على التوالي. [13]

تم فحص متزامِر هيكلي بديل للثلاثي كبريتيد، حيث ترتبط ذرتا الهيدروجين بالكبريت المركزي لسلسلة الكبريت الثلاثية بدلاً من ذرة واحدة في كل طرف، حسابيًا. [11] كما تم فحص حمض الثيوكبريتيد ، وهو متزامِر متفرع للرباعي كبريتيد، حيث يرتبط الكبريت الرابع بالكبريت المركزي لهيكل ثلاثي كبريتيد ثنائي الهيدروجين الخطي ( (HS) 2 S + −S − )، حسابيًا. [14] كما تمت دراسة حمض الثيوكبريتيد ، حيث تتفرع ذرتا كبريتيد من مركز هيكل ثلاثي كبريتيد ثنائي الهيدروجين الخطي حسابيًا أيضًا. [15]

قد توجد هيدريدات بولونيوم أعلى. [16]

مركبات هيدروجين-شالكوجين أخرى

الماء الثقيل

توجد بعض مركبات الكالكوجينيد أحادي الهيدروجين وقد تمت دراسة البعض الآخر نظريًا. وباعتبارها مركبات جذرية ، فهي غير مستقرة تمامًا. أبسط مركبين هما الهيدروكسيل (HO) والهيدروبيروكسيل (HO2 ) . يُعرف أيضًا مركب أوزونيد الهيدروجين (HO3 ) ، [17] إلى جانب بعض أملاح أوزونيد الفلز القلوي الخاصة به ( MO3 المختلفة ). [18] نظير الكبريت المقابل للهيدروكسيل هو السلفانيل (HS) وHS2 للهيدروبيروكسيل .

يمكن استبدال ذرة واحدة أو كلتا ذرتي البروتيوم في الماء بنظير الديوتيريوم ، مما ينتج عنه ماء شبه ثقيل وماء ثقيل على التوالي ، ويعد الأخير أحد أشهر مركبات الديوتيريوم. ونظرًا للاختلاف الكبير في الكثافة بين الديوتيريوم والبروتيوم العادي ، فإن الماء الثقيل يُظهر العديد من الخصائص الشاذة. يمكن لنظير التريتيوم المشع أيضًا تكوين ماء مشبع بالتريت بنفس الطريقة تقريبًا. ومن بين مركبات الكالكوجينيد الديوتيريوم الجديرة بالملاحظة ثنائي كبريتيد الديوتيريوم . يتمتع تيلورايد الديوتيريوم (D 2 Te) بثبات حراري أعلى قليلاً من تيلورايد البروتيوم، وقد تم استخدامه تجريبيًا في طرق الترسيب الكيميائي للأغشية الرقيقة القائمة على التيلورايد. [19]

يتشارك الهيدروجين في العديد من الخصائص مع الهالوجينات ؛ حيث يمكن أن يؤدي استبدال الهيدروجين بالهالوجينات إلى إنتاج مركبات هاليد الكالكوجين مثل ثنائي فلوريد الأكسجين وأول أكسيد ثنائي الكلور ، إلى جانب المركبات التي قد يكون من المستحيل إنتاجها مع الهيدروجين مثل ثاني أكسيد الكلور .

أيونات الهيدروجين

أحد أكثر أيونات الكالكوجينيد الهيدروجينية شهرة هو أيون الهيدروكسيد والمجموعة الوظيفية الهيدروكسيلية ذات الصلة . الأول موجود في هيدروكسيدات الفلزات القلوية والقلويات الترابية والعناصر الأرضية النادرة ، والتي تتكون عن طريق تفاعل المعدن المعني مع الماء. تظهر المجموعة الهيدروكسيلية بشكل شائع في الكيمياء العضوية، مثل داخل الكحولات . تظهر مجموعة ثنائي الكبريتيد / السلفهيدريل ذات الصلة في أملاح كبريتيد الهيدروجين والثيولات ، على التوالي.

يتواجد أيون الهيدرونيوم ( H3O + ) في المحاليل الحمضية المائية ، بما في ذلك أحماض الهيدروكالوجينيك نفسها، بالإضافة إلى الماء النقي إلى جانب الهيدروكسيد.

مراجع

  1. ^ "CIA – The world factbook". وكالة الاستخبارات المركزية . تم استرجاعه في 18 أغسطس 2016 .
  2. ^ "حول العقد الدولي للعمل "الماء من أجل الحياة" 2005-2015".
  3. ^ من تأليف جرينوود وإيرنشو، ص 766-7
  4. ^ Sumathi, K.; Balasubramanian, K. (1990). "الحالات الإلكترونية وأسطح الطاقة الكامنة لـ H 2 Te و H 2 Po وأيوناتهما الموجبة". مجلة الفيزياء الكيميائية . 92 (11): 6604–6619. رمز Bibcode :1990JChPh..92.6604S. doi :10.1063/1.458298.
  5. ^ جرينوود وإيرنشو، ص 623
  6. ^ جرينوود وإيرنشو، ص 682
  7. ^ جولدباخ، أندرياس؛ سابونجى، ماري لويز ؛ جونسون، جيه إيه؛ كوك، أندرو ر؛ مايزل، دان (2000). "أكسدة محاليل بولي سيلينيد مائية. دراسة تحليل إشعاعي نبضي ميكانيكي". مجلة الفيزياء والكيمياء أ . 104 (17): 4011-4016. رمز Bibcode :2000JPCA..104.4011G. doi :10.1021/jp994361g.
  8. ^ هوب، كورنيليس ECA؛ ميدينا، ماركو أ. (1994). "H 2 Te 2 مستقر في الطور الغازي". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 1994 (116): 3163-4. doi :10.1021/ja00086a072.
  9. ^ جيربو، باسكال؛ سالبين، جان إيف؛ بوشوكس، جاي؛ فلامانغ، روبرت (2000). "ثيوسلفوكسيدات (X 2 S = S) وثنائي السلفانات (XSSX): أول ملاحظة لثيوسلفوكسيدات العضوية". المجلة الدولية لقياس الطيف الكتلي . 195/196: 239-249. رمز Bibcode : 2000IJMSp.195..239G. doi : 10.1016/S1387-3806(99)00227-4.
  10. ^ جرينوود وإيرنشو، ص 633-8
  11. ^ ab Dobado, JA; Martínez-García, Henar; Molina, José; Sundberg, Markku R. (1999). "الترابط الكيميائي في الجزيئات فائقة التكافؤ منقحة. 2. تطبيق نظرية الذرات في الجزيئات على مركبات Y 2 XZ و Y 2 XZ 2 (Y = H, F, CH 3 ; X = O, S, Se; Z = O, S)". J. Am. Chem. Soc . 121 (13): 3156–3164. doi :10.1021/ja9828206.
  12. ^ R. Steudel "مركبات الكبريت غير العضوية H 2 S 2 ذات n > 1" في الكبريت العنصري والمركبات الغنية بالكبريت II (مواضيع في الكيمياء الحالية) 2003، المجلد 231، ص 99-125. doi :10.1007/b13182
  13. ^ abc Greenwood and Earnshaw، ص 683
  14. ^ Laitinen, Risto S.; Pakkanen, Tapani A.; Steudel, Ralf (1987). "دراسة أولية لهيدريدات الكبريت الفائقة التكافؤ كوسيطات نموذجية في تفاعلات التحويل المتبادل للمركبات التي تحتوي على روابط كبريت-كبريت". J. Am. Chem. Soc . 109 (3): 710–714. doi :10.1021/ja00237a012.
  15. ^ نيشيموتو، أكيكو؛ تشانغ، ديزي واي. (2003). "فرط التكافؤ في الكبريت؟ دراسات أولية وDFT لهياكل ثيوكبريتات وأكسجينيات الكبريت ذات الصلة". رسائل الكبريت . 26 (5/6): 171-180. doi :10.1080/02786110310001622767. S2CID  95470892.
  16. ^ ليو ، يونشيان. دوان، ديفانج؛ تيان، فوبو؛ لي دا. شا، شياو جينغ؛ تشاو، تشونغ لونغ؛ تشانغ، هوادي؛ وو، جانج؛ يو، هونغيو؛ ليو، بينج بينغ؛ كوي، تيان (2015). “مخطط الطور والموصلية الفائقة لهيدريدات البولونيوم تحت ضغط مرتفع”. أرخايف : 1503.08587 [cond-mat.supr-con].
  17. ^ Cacace, F.; de Petris, G.; Pepi, F.; Troiani, A. (1999). "الكشف التجريبي عن ثلاثي أكسيد الهيدروجين". Science . 285 (5424): 81–82. doi :10.1126/science.285.5424.81. PMID  10390365.
  18. ^ ويبرغ 2001، ص 497
  19. ^ Xiao, M. & Gaffney, TR Tellurium (Te) Precursors for Making Phase Change Memory Materials. (براءات اختراع جوجل، 2013) (https://www.google.ch/patents/US20130129603)

فهرس

تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=كالكوجنايد_الهيدروجين&oldid=1219125480"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate