مركبات الهيدروجين

مركبات الهيدروجين هي مركبات تحتوي على عنصر الهيدروجين . في هذه المركبات، يمكن أن يتواجد الهيدروجين في حالتي الأكسدة +1 و -1. يستطيع الهيدروجين تكوين مركبات أيونية وتساهمية. وهو يدخل في تركيب العديد من المركبات العضوية، مثل الهيدروكربونات والماء ومواد عضوية أخرى. يُطلق على أيون الهيدروجين (H ⁺⁾ غالبًا اسم البروتون لأنه يحتوي على بروتون واحد فقط ولا يحتوي على إلكترونات، مع العلم أن البروتون لا يتحرك بحرية. أحماض برونستد-لوري قادرة على منح أيونات الهيدروجين (H ⁺⁾ للقواعد.

على الرغم من أن الهيدروجين (H₂ ₎ ليس شديد التفاعل في الظروف القياسية، إلا أنه يُكوّن مركبات مع معظم العناصر. يُمكن للهيدروجين تكوين مركبات مع عناصر ذات كهرسلبية أعلى ، مثل الهالوجينات (الفلور، الكلور، البروم، اليود)، أو الأكسجين ؛ وفي هذه المركبات، يحمل الهيدروجين شحنة موجبة جزئية. ^{[ 1 ]} عند ارتباطه بعنصر ذي كهرسلبية أعلى، وخاصة الفلور أو الأكسجين أو النيتروجين ، يُمكن للهيدروجين أن يُشارك في نوع من الروابط غير التساهمية متوسطة القوة مع عنصر آخر ذي كهرسلبية عالية يمتلك زوجًا إلكترونيًا حرًا، وهي ظاهرة تُسمى الرابطة الهيدروجينية، وتُعدّ بالغة الأهمية لاستقرار العديد من الجزيئات البيولوجية. ^{[ 2 ] [ 3 ]} كما يُكوّن الهيدروجين مركبات مع عناصر ذات كهرسلبية أقل، مثل الفلزات وأشباه الفلزات ، حيث يحمل شحنة سالبة جزئية. تُعرف هذه المركبات غالبًا باسم الهيدريدات . ^{[ 4 ]}

يحتوي الماء على ذرتي هيدروجين مرتبطتين تساهميًا بذرة أكسجين واحدة ، ^{[ 5 ]} وهو أحد أكثر المركبات التي تمت دراستها. ^{[ 6 ]}

يتميز الهيدروجين بذوبانه العالي في العديد من المعادن الأرضية النادرة والمعادن الانتقالية ^{[ 7 ]} ، كما يذوب في كل من المعادن النانوية البلورية والمعادن غير المتبلورة ^{[ 8 ]} . ويتأثر ذوبان الهيدروجين في المعادن بالتشوهات الموضعية أو الشوائب الموجودة في الشبكة البلورية ^{[ 9 ]} . قد تكون هذه الخصائص مفيدة عند تنقية الهيدروجين بتمريره عبر أقراص البلاديوم الساخنة ، إلا أن ذوبان الغاز العالي يمثل مشكلة في علم المعادن، إذ يُسهم في هشاشة العديد من المعادن ^{[ 10 ]} ، مما يُعقّد تصميم خطوط الأنابيب وخزانات التخزين ^{[ 11 ] .}

الهيدروكربونات

يشكل الهيدروجين مجموعة واسعة من المركبات مع الكربون تُسمى الهيدروكربونات ، ومجموعة أوسع مع الذرات غير الكربونية التي تُسمى، لارتباطها الوثيق بالكائنات الحية، بالمركبات العضوية . ^{[ 12 ]} يُعرف علم دراسة خصائصها بالكيمياء العضوية ^{، [ 13 ]} بينما يُعرف علم دراستها في سياق الكائنات الحية بالكيمياء الحيوية . ^{[ 14 ]} وفقًا لبعض التعريفات، يُشترط أن تحتوي المركبات "العضوية" على الكربون فقط. مع ذلك، تحتوي معظمها أيضًا على الهيدروجين، ولأن الرابطة بين الكربون والهيدروجين هي التي تُكسب هذه الفئة من المركبات معظم خصائصها الكيميائية المميزة، فإن وجود هذه الروابط شرط أساسي في بعض تعريفات مصطلح "عضوي" في الكيمياء. ^{[ 12 ]} تُعرف ملايين الهيدروكربونات ، وعادةً ما تتشكل عبر مسارات معقدة نادرًا ما تتضمن الهيدروجين العنصري.

تُسمى مركبات الهيدروجين غالبًا بالهيدريدات ، وهو مصطلح يُستخدم بشكل فضفاض إلى حد ما. يشير مصطلح "الهيدريد" إلى أن ذرة الهيدروجين قد اكتسبت شحنة سالبة أو أنيونية، يُرمز لها بـ ^H⁻ ، ويُستخدم عندما يُكوّن الهيدروجين مركبًا مع عنصر أكثر كهرجابية . وقد تم إثبات وجود أنيون الهيدريد ، الذي اقترحه جيلبرت ن. لويس عام 1916 لهيدريدات أملاح المجموعتين 1 و2، بواسطة مويرز عام 1920 من خلال التحليل الكهربائي لهيدريد الليثيوم المنصهر (LiH)، مما ينتج كمية مكافئة من الهيدروجين عند المصعد. ^{[ 15 ]} بالنسبة للهيدريدات الأخرى غير فلزات المجموعتين 1 و2، يُعد المصطلح مُضللًا إلى حد كبير، نظرًا لانخفاض كهرسلبية الهيدروجين. ومن الاستثناءات في هيدريدات المجموعة 2 مركب BeH₂ _، وهو بوليمري. في هيدريد الليثيوم والألومنيوم _، يحمل الأنيون [ AlH4 ] ⁻ مراكز هيدريدية مرتبطة بقوة بـ Al(III).

على الرغم من إمكانية تكوين الهيدريدات مع جميع عناصر المجموعة الرئيسية تقريبًا، فإن عدد المركبات الممكنة وتركيباتها يختلف اختلافًا كبيرًا؛ فعلى سبيل المثال، يُعرف أكثر من 100 هيدريد بوران ثنائي، ولكن هيدريد ألومنيوم ثنائي واحد فقط معروف. ^{[ 16 ]} لم يتم تحديد هيدريد الإنديوم الثنائي حتى الآن، على الرغم من وجود مركبات أكبر. ^{[ 17 ]}

في الكيمياء غير العضوية ، يمكن أن تعمل الهيدريدات أيضًا كروابط جسرية تربط بين مركزين فلزيين في مركب تناسقي . هذه الوظيفة شائعة بشكل خاص في عناصر المجموعة 13 ، لا سيما في البوران ( هيدريدات البورون ) ومركبات الألومنيوم ، وكذلك في الكربورانات العنقودية . ^{[ 18 ]}

تؤدي أكسدة الهيدروجين إلى فقدان إلكترونه، مُنتجةً أيون الهيدروجين (H ⁺⁾ ، الذي لا يحتوي على إلكترونات، ونواته تتكون عادةً من بروتون واحد. ولذلك يُطلق على أيون الهيدروجين (H ⁺⁾ غالبًا اسم البروتون. يُعد هذا النوع من الأيونات محورًا أساسيًا في دراسة الأحماض . فبحسب نظرية برونستد-لوري للأحماض والقواعد ، تُعتبر الأحماض مانحة للبروتونات، بينما تُعتبر القواعد مستقبلة لها.

لا يمكن للبروتون المجرد، H ⁺ ، أن يوجد في المحلول أو في البلورات الأيونية بسبب انجذابه الشديد للذرات أو الجزيئات الأخرى التي تحتوي على إلكترونات. باستثناء درجات الحرارة العالية المصاحبة للبلازما، لا يمكن فصل هذه البروتونات عن السحب الإلكترونية للذرات والجزيئات، وستبقى مرتبطة بها. مع ذلك، يُستخدم مصطلح "بروتون" أحيانًا بشكل مجازي للإشارة إلى الهيدروجين الموجب الشحنة أو الكاتيون المرتبط بأنواع أخرى بهذه الطريقة، ويُرمز له بـ " H ⁺ " دون أي دلالة على وجود أي بروتونات منفردة حرة.

لتجنب افتراض وجود "بروتون مذاب" غير مقيد في المحلول، يُفترض أحيانًا أن المحاليل المائية الحمضية تحتوي على نوع وهمي أقل احتمالًا، يُسمى " أيون الهيدرونيوم " ( [ H₃O ] ^{⁺ ). مع ذلك، حتى في هذه الحالة، يُتصور أن كاتيونات الهيدروجين المذابة هذه أكثر واقعية على} أنها مُنظمة في تجمعات تُشكل أنواعًا أقرب إلى [ H₉O₄ _] ^⁺ . _{[ 19} ] توجد أيونات أوكسونيوم أخرى عندما يكون الماء في محلول حمضي مع مذيبات أخرى ^{. [ 20 ]}

على الرغم من غرابتها على الأرض، إلا أن أيون H + 3 ، المعروف باسم الهيدروجين الجزيئي البروتوني أو كاتيون ثلاثي الهيدروجين، هو أحد أكثر الأيونات شيوعًا في الكون. ^{[ 21 ]}

• مركبات ثنائية من الهيدروجين
• مركبات الهيليوم

تتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم : http://wwwchem.uwimona.edu.jm/courses/CHEM1902/IC10K_MG_hydrogen.html