هيدريد الحديد (II)

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

هيدريد الحديد (II) ، والذي يُسمى بشكل منهجي ثنائي هيدريد الحديد وبولي (ثنائي هيدريد الحديد)، هو مركب صلب غير عضوي ذو الصيغة الكيميائية (FeH2 )ن (تكتب أيضًا([FeH2 ])nأوFeH٢ ) إنه غير مستقر حركيًا عند درجة حرارة الغرفة، ولذلك، لا يُعرف الكثير عن خصائصه الكلية. ومع ذلك، فهو معروف على أنه مسحوق أسود غير متبلور، تم تصنيعه لأول مرة في عام ٢٠١٤. [ ١ ]

يُعدّ هيدريد الحديد الثنائي ثاني أبسط هيدريدات الحديد البوليمرية (بعد هيدريد الحديد الأحادي ). ونظرًا لعدم استقراره، فإنه لا يُستخدم عمليًا في الصناعة. مع ذلك، يُعدّ هيدريد الحديد الثنائي عنصرًا أساسيًا في بعض أنواع سبائك الحديد والهيدروجين في الكيمياء المعدنية .

التسمية

يُصاغ الاسم النظامي ثنائي هيدريد الحديد ، وهو اسم معتمد من الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) ، وفقًا للتسمية التركيبية. ومع ذلك، ولأن هذا الاسم تركيبي بطبيعته، فإنه لا يُميّز بين المركبات ذات التركيب الكيميائي المتشابه، مثل الجزيئات، التي تُظهر خصائص كيميائية مختلفة. أما الاسمان النظاميان متعدد (ثنائي هيدريد الحديد) ومتعدد [فيران (2)] ، وهما أيضًا اسمان معتمدان من الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC)، فيُصاغان وفقًا للتسمية الإضافة والتسمية الاستبدالية الفقيرة بالإلكترونات، على التوالي. وهما يُميّزان المركب المذكور عن غيره.

ثنائي هيدروحديد

ثنائي هيدريدو الحديد، والذي يُسمى أيضًا بشكل منهجي فيران (2)، هو مركب غير عضوي ذو صلة صيغته الكيميائية FeH2 (يكتب أيضًا[FeH2 ]). إنه غير مستقر حركيًا عند التركيز وعند درجة الحرارة المحيطة.

يُعد ثنائي هيدريدو الحديد ثاني أبسط هيدريد حديد جزيئي (بعد هيدريدو الحديد)، وهو أيضًا المركب الأصلي للتجمعات التي لها نفس التركيب الكيميائي. إضافةً إلى ذلك، يمكن اعتباره مونومر هيدريد الحديد الثنائي.

وقد لوحظ ذلك في عزل المصفوفة . [ 2 ]

ملكيات

الحموضة والقاعدية

يمكن لزوج من الإلكترونات في قاعدة لويس أن يرتبط بمركز الحديد في ثنائي هيدريدو الحديد عن طريق الإضافة:

[FeH2 ]+ :L →[FeH2 لتر]

بسبب هذه القدرة على التقاط زوج إلكتروني إضافي ، يتمتع ثنائي هيدريدو الحديد بخاصية حمضية لويس. ويملك ثنائي هيدريدو الحديد القدرة على التقاط ما يصل إلى أربعة أزواج إلكترونية من قواعد لويس.

يمكن للبروتون أن يرتبط بمركز الحديد عن طريق البروتنة التفكيكية:

FeH2 +H +→ FeH ++ ح2

لأن البروتون التفكيكي يتضمن التقاط البروتون ( H + )) لتشكيل مركب كوباس ( [FeH(H2 )]+) كوسيط، يتمتع ثنائي هيدريدو الحديد ومشتقاته مع قواعد لويس ذات المجال الضعيف، مثل الماء، بخاصية قاعدية برونستد-لوري. ولديها القدرة على التقاط ما يصل إلى بروتونين.أحماضه المرافقةهي هيدريدو الحديد(1+) والحديد(2+) (FeH +و Fe 2+).

FeH2 +H3 O +⇌ FeH ++ ح2 O+H2

ومع ذلك، فإن المحاليل المائية لمركبات إضافة قواعد لويس ذات المجال الضعيف غير مستقرة بسبب تحلل مجموعات ثنائي هيدريدو الحديد وهيدريدو الحديد (1+):

FeH2 + 2H 2 O→Fe(OH)2 + 2H 2
FeH ++ 3 ساعات 2 O→Fe(OH)2 +H3 O ++ ح2

من المتوقع أن يكون لمجموعات ثنائي هيدريد الحديد وهيدريد الحديد (II) خصائص حمضية قاعدية متشابهة، على الرغم من اختلاف معدلات التفاعل وثوابت التوازن.

بدلاً من ذلك، قد ينفصل مركز الهيدروجين في مجموعة ثنائي هيدريدو الحديد في نواتج إضافة قواعد لويس ذات المجال القوي، مثل أول أكسيد الكربون، عن الجزيء عن طريق التأين:

[Fe(CO)4 ساعات2 ]→[Fe(CO)4 H] −+ H +

بسبب إطلاق هذا البروتون، قد تمتلك نواتج إضافة قواعد لويس ذات المجال القوي صفة حمضية برونستد-لوري. ولديها القدرة على إطلاق ما يصل إلى بروتونين.

[Fe(CO)4 ساعات2 ]+H2 O⇌[Fe(CO)4 H] −+ ح3 O +

قد تُظهر المركبات المختلطة مع قواعد لويس ذات قوى المجال المختلفة سلوكًا وسيطًا. [ 3 ]

بناء

في هيدريد الحديد الثنائي، تُشكّل الذرات شبكةً، حيث ترتبط الذرات الفردية فيما بينها بروابط تساهمية . ولأنه مادة صلبة بوليمرية، فمن غير المتوقع أن تخضع عينة أحادية البلورة لتحولات في الحالة، مثل الانصهار والذوبان، لأن ذلك يتطلب إعادة ترتيب الروابط الجزيئية، وبالتالي تغيير هويتها الكيميائية. أما العينات البلورية الغروانية، حيث تكون القوى بين الجزيئية ذات أهمية، فمن المتوقع أن تخضع لتحولات في الحالة. [ 4 ]

يُتوقع أن يمتلك هيدريد الحديد الثنائي ، على الأقل حتى درجة حرارة -173 درجة مئوية (-279 درجة فهرنهايت) ، بنية بلورية رباعية مركزية الجسم، تنتمي إلى المجموعة الفراغية I4/mmm. في هذه البنية، تتخذ مراكز الحديد هندسة تنسيقية مربعة مضادة للمنشور، بينما تتخذ مراكز الهيدروجين هندسة مربعة مستوية وهرمية مربعة.  

مركز حديد ذو 9 تنسيقمركز H رباعي الإحداثياتمركز H ذو 5 إحداثيات

An amorphous form of iron(II) hydride is also known.[1]

The infrared spectrum for dihydridoiron shows that the molecule has a linear H−Fe−H structure in the gas phase, with an equilibrium distance between the iron atom and the hydrogen atoms of 0.1665 nm.[2]

Monomeric

Electronic properties

State transitions of 56FeH2 in the ν3 fundamental band[2]
TransitionWavenumber(cm−1)Frequency(THz)
P4(10)1614.91248.4100
P4(7)1633.51948.9717
Q4(4),Q3(3)1672.65850.1450
Q4(4),Q4(5),Q3(3)1676.18350.2507
R4(4)1704.13151.0886
R4(5)1707.89251.2013
R4(8)1725.22751.7210
R4(9)1729.05652.8358

A few of dihydridoiron's electronic states lie relatively close to each other, giving rise to varying degrees of radical chemistry. The ground state and the first two excited states are all quintet radicals with four unpaired electrons (X5Δg, A5Πg, B5Σg+). With the first two excited states only 22 and 32 kJ mol−1 above the ground state, a sample of dihydridoiron contains trace quantities of excited states even at room temperature. Furthermore, Crystal field theory predicts that the low transition energies correspond to a colourless compound.

The ground electronic state is 5Δg.[2]

Metallurgical chemistry

In iron-hydrogen alloys that have hydrogen content near 3.48 wt%, hydrogen can precipitate as iron(II) hydride and lesser quantities of other polymeric iron hydrides.[5] However, due to the limited solubility of hydrogen in iron, the optimum content for the formation of iron(II) hydride can only be reached by applying extreme pressure.

In metallurgical chemistry, iron(II) hydride is fundamental to certain forms of iron-hydrogen alloys. It occurs as a brittle component within the solid matrix, with a physical makeup that depends on its formation conditions and subsequent heat treatment. As it decomposes over time, the alloy will slowly become softer and more ductile, and may start to suffer from hydrogen embrittlement.[5]

Production

Dihydridoiron has been produced by several means, including:

  • By reaction of FeCl2 and PhMgBr under a hydrogen atmosphere (1929).
  • Electrical discharge in a mixture of pentacarbonyliron and dihydrogen diluted in helium at 8.5 Torr.[2]
  • Evaporation of iron with a laser in an atmosphere of hydrogen, pure or diluted in neon or argon, and condensing the products on a cold surface below 10 K.[6][7]
  • Decomposition product of collision-excited ferrocenium ions.[8]

Iron reduction

Most iron(II) hydride is produced by iron reduction. In this process, stoichiometric amounts of iron and hydrogen react under an applied pressure of between approximately 45 and 75 GPa to produce iron(II) hydride according to the reaction:

nFe + nH2 → (FeH2)n

The process involves iron(I) hydride as an intermediate, and occurs in two steps.

  1. 2nFe + nH2 → 2(FeH)n
  2. 2(FeH)n + nH2 → 2(FeH2)n

Bis[bis(mesityl)iron] reduction

Amorphous iron(II) hydride is produced by bis[bis(mesityl)iron] reduction. In this process, bis[bis(mesityl)iron] is reduced with hydrogen under an applied pressure of 100 atmospheres to produce iron(II) hydride according to the reaction:

n [Fe(mes)2]2 + 4n H2 → 2(FeH2)n + 4n Hmes

The process involves bis[hydrido(mesityl)iron] and dihydridoiron as intermediates, and occurs in three steps.

  1. [Fe(mes)2]2 + 2H2 → [FeH(mes)]2 + 2 Hmes
  2. [FeH(mes)]2 + H2 → FeH2 + Hmes
  3. n FeH2 → (FeH2)n

Reactions

As dihydridoiron is an electron-deficient molecule, it spontaneously autopolymerises in its pure form, or converts to an adduct upon treatment with a Lewis base. Upon treatment of adducts of weak-field Lewis bases with a dilute standard acid, it converts to an hydridoiron(1+) salt and elemental hydrogen. Treatment of adducts of strong-field Lewis bases with a standard base, converts it to a metal ferrate(1−) salt and water. Oxidation of iron dihydrides give iron(II) hydroxide, whereas reduction gives hexahydridoferrate(4−) salts. Unless cooled to −243 °C (−405.4 °F) or below, dihydridoiron decomposes to produce elemental iron and hydrogen.[7] Other iron dihydrides and adducts of dihydridoiron decompose at higher temperatures to also produce elemental hydrogen, and iron or polynuclear iron adducts:

FeH2 → Fe + H2

Non-metals, including oxygen, strongly attack iron dihydrides, forming hydrogenated compounds and iron(II) compounds:

FeH2 + O2 → FeO + H2O

Iron(II) compounds can also be prepared from an iron dihydride and an appropriate, concentrated acid:

FeH2 + 2 HCl → FeCl2 + 2 H2

History

Even though complexes containing dihydridoiron was known since 1931,[9] the simple compound with the molecular formula FeH2 is only a much more recent discovery. Following the discovery of the first complex containing dihydridoiron, tetracarbonylate, it was also quickly discovered that it is not possible to remove the carbon monoxide by thermal means - heating an dihydridoiron containing complex only causes it to decompose, a habit attributable to the weak iron-hydrogen bond. Thus, a practical method has been sought since then for the production of the pure compound, without the involvement of a liquid phase. Furthermore, there is also on going research into its other adducts. Although iron(II) hydride has received attention only recently, complexes containing the dihydridoiron group have been known at least since 1931, when iron carbonyl hydride FeH2(CO)4 was first synthesised.[9] The most precisely characterised FeH2L4 complex as of 2003 is FeH2(CO)2[P(OPh)3]2.

يمكن أن تحتوي المركبات أيضًا على FeH₂ مع جزيئات الهيدروجين كربيطة. المركبات التي تحتوي على جزيء واحد أو جزيئين من الهيدروجين غير مستقرة، لكن FeH₂ ( H₂ ) ₃ مستقر ويمكن إنتاجه عن طريق تبخير الحديد في غاز الهيدروجين. [ 6 ]

انطلاقاً من أطياف الأشعة تحت الحمراء لعينات من ثنائي هيدريدو الحديد المحصورة في الأرجون المتجمد بين 10 و30 كلفن، افترض تشيرتيهين وأندروز في عام 1995 أن ثنائي هيدريدو الحديد يتحد بسهولة مع الحديد الثنائي ليتحول إلى حديد.2 ساعة4 ، وأنه يتفاعل مع الهيدروجين الذري لإنتاج ثلاثي هيدريد الحديد (FeH3 ). [ 7 ] ومع ذلك، فقد ثبت لاحقًا أن ناتج التفاعل كان على الأرجح هيدريدو (ثنائي هيدروجين) الحديد (FeH(H2 )). [ 6 ]

مراجع

  1. 1 2 موريس، ليا؛ ترودو، ميشيل ل. ليز، مارتن ر. حنا، جون الخامس. أنتونيلي ، ديفيد م. (25 مارس 2014). "على الطريق إلى FeH السائبة2 : "تخليق وخواص مغناطيسية لهيدريد الحديد (II) غير المتبلور".مجلة السبائك والمركبات.590:199-204.doi:10.1016/j.jallcom.2013.12.099.
  2. 1 2 3 4 5 كورسجن، هيلغا؛ مورتز، بيترا؛ ليبوس، كلاوس؛ أوربان، وولفغانغ؛ تاول، جوناثان ب.؛ براون، جون م. (22 مارس 1996). "تحديد جذر FeH2 في الحالة الغازية باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء". مجلة الفيزياء الكيميائية . 104 (12): 4859-4861 . doi : 10.1063/1.471180 .
  3. ^ باسالوت ، مانويل ج. دوران، خواكين؛ فرنانديز تروخيو، م. خيسوس؛ مانيز، م. أنجيليس (1998). "حركية بروتون رابطة الدول المستقلة -[ FeH2 (dppe)2]: تكوين معقد ثنائي الهيدروجينtrans-[[FeH(H2 )(dppe)2]+ (dppe =Ph2 PCH2 قناة2 PPh2 )".مجلة الجمعية الكيميائية، معاملات دالتون(13):2205–2210.doi:10.1039/A800916C.
  4. ↑ بييرانسكي، باول (1983). "البلورات الغروية". الفيزياء المعاصرة . 24 (1): 25-73 . Bibcode : 1983ConPh..24...25P . doi : 10.1080/00107518308227471 .
  5. 1 2 كوي، يانغوانغ؛ شي، دونغيو؛ يو، بينغ؛ غو، يونلونغ؛ رونغ، يونغهوا؛ تشو، غوتشن؛ وين، ماو (يناير 2018). "تكوين هيدريد الحديد في α-Fe تحت تأثير مجال إجهاد الخلع وتأثيره على تفاعل الخلع". علوم المواد الحاسوبية . 141 : 254-259 . doi : 10.1016/j.commatsci.2017.09.032 .
  6. وانغ ، شيويه فنغ ؛ أندروز ، ليستر (22 يناير 2009). "أطياف الأشعة تحت الحمراء والحسابات النظرية لهيدريدات ومركبات ثنائي الهيدروجين لعناصر الحديد والروثينيوم والأوزميوم". مجلة الكيمياء الفيزيائية أ . 113 (3): 551-563 . Bibcode : 2009JPCA..113..551W . doi : 10.1021/jp806845h . PMID 19099441 . 
  7. 1 2 3 جورج ف. تشيرتيهين؛ ليستر أندروز (1995). "أطياف الأشعة تحت الحمراء FeH، FeH2 ، وFeH3 في الأرجو الصلب".مجلة الكيمياء الفيزيائية.99(32):12131–12134.doi:10.1021/j100032a013.Closed access icon
  8. ↑ ماسون، رود س.؛ كيلي، لارا ج. (20 أغسطس 2012). "تخليق متصاوغات الفيروسين البروتونية في الحالة الغازية ودراستها باستخدام مطياف الكتلة" . أركيفوك . 2012 (7): 137-157 . doi : 10.3998/ark.5550190.0013.709 . hdl : 2027/spo.5550190.0013.709 .
  9. 1 2 هيبر، دبليو؛ ليوترت، ف. (أبريل 1931). "Zur Kenntnis des koordinativ gebundenen Kohlenoxyds: Bildung von Eisencarbonylwasserstoff" [ حول معرفة أكسيد الكربون المرتبط بشكل منسق: تكوين هيدروجين كربونيل الحديد ] . يموت Naturwissenschaften (في المانيا). 19 (17): 360– 361. بيب كود : 1931NW .....19..360H . دوى : 10.1007/BF01522286 .