- Caratteristiche dei composti speciali
- Carbonoids
- Nitrogenoids
- Nomenclatura
- Formazione
- Carbonoids
- Nitrogenoids
- applicazioni
- Riferimenti
I composti speciali sono tutti quelli costituiti dagli idruri covalenti dei carbonoidi e dei nitrogenoidi. Si tratta di composti di formula EH 4 , per i carbonidi o elementi del gruppo 14, o di formula EH 3 per i nitrogenoidi o elementi del gruppo 15.
Il motivo per cui alcuni chimici si riferiscono a questi idruri come composti speciali non è molto chiaro; Questo nome può essere relativo, sebbene, ignorando il fatto che H 2 O non si trova tra di loro , alcuni sono molto instabili e rari, quindi potrebbero essere degni di tale qualificazione.
Carboidi e idruri di azoto. Fonte: Gabriel Bolívar.
Due molecole di idruro EH 4 (a sinistra) e EH 3 (a destra) sono mostrate nell'immagine in alto con un modello di sfere e aste. Si noti che gli idruri EH 4 sono tetraedrici, mentre EH 3 hanno una geometria piramidale trigonale, con una coppia di elettroni sopra l'atomo di E centrale.
Man mano che si scende nei gruppi 14 e 15, l'atomo centrale cresce e la molecola diventa più pesante e instabile; poiché i legami EH sono indeboliti dalla scarsa sovrapposizione dei loro orbitali. Gli idruri più pesanti sono forse i veri composti speciali, mentre il CH 4 , ad esempio, è abbastanza abbondante in natura.
Caratteristiche dei composti speciali
Dividendo i composti speciali in due gruppi definiti di idruri covalenti, verrà fornita separatamente una breve descrizione delle loro caratteristiche.
Carbonoids
Come accennato all'inizio, le loro formule sono EH 4 e sono costituite da molecole tetraedriche. Il più semplice di questi idruri è CH 4 , che ironicamente è anche classificato come un idrocarburo. La cosa più importante di questa molecola è la stabilità relativa dei suoi legami CH.
Inoltre, i legami CC sono molto forti, causando la concatenazione del CH 4 per formare la famiglia degli idrocarburi. In questo modo nascono catene CC di grande lunghezza e con molti legami CH.
Non è la stessa cosa con le sue controparti più pesanti. SiH 4 , ad esempio, ha legami Si-H molto instabili, il che rende questo gas un composto più reattivo dell'idrogeno stesso. Inoltre, le loro concatenazioni non sono molto efficienti o stabili, dando origine a catene Si-Si di soli dieci atomi al massimo.
Tra tali prodotti di concatenazione vi sono le esaidridi, E 2 H 6 : C 2 H 6 (etano), Si 2 H 6 (disilano), Ge 2 H 6 (digestman) e Sn 2 H 6 (diestannano).
Gli altri idruri: GeH 4 , SnH 4 e PbH 4 sono gas ancora più instabili ed esplosivi, di cui si sfrutta la loro azione riducente. PbH 4 è considerato un composto teorico, poiché è così reattivo che non potrebbe essere ottenuto correttamente.
Nitrogenoids
Sul lato degli idruri di azoto o gruppo 15, troviamo le molecole della piramide trigonale EH 3 . Questi composti sono anche gassosi, instabili, incolori e tossici; ma più versatile e utile di EH 4 .
Ad esempio, NH 3 , il più semplice di loro, è uno dei composti chimici più prodotti industrialmente e il suo odore sgradevole lo caratterizza molto bene. Il PH 3 da parte sua odora di aglio e pesce e l'AsH 3 odora di uova marce.
Tutte le molecole di EH 3 sono basiche; ma NH 3 è incoronato in questa caratteristica, essendo la base più forte a causa della maggiore elettronegatività e densità elettronica dell'azoto.
NH 3 può anche essere concatenato, così come CH 4 , solo in misura molto minore; l'idrazina, N 2 H 4 (H 2 N-NH 2 ) e il triazano, N 3 H 5 (H 2 N-NH-NH 2 ), sono esempi di composti causati dalla concatenazione dell'azoto.
Allo stesso modo, gli idruri PH 3 e AsH 3 vengono concatenati per dare origine rispettivamente a P 2 H 4 (H 2 P-PH 2 ) e As 2 H 4 (H 2 As-AsH 2 ).
Nomenclatura
Per denominare questi composti speciali, la maggior parte delle volte vengono utilizzate due nomenclature: la tradizionale e la IUPAC. Di seguito verranno scomposti gli idruri EH 4 e EH 3 con le rispettive formule e nomi.
- CH 4 : metano.
- SiH 4 : silano.
- GeH 4 : tedesco.
- SnH 4 : stannano.
- PbH 4 : idraulico.
- NH 3 : ammoniaca (tradizionale), azano (IUPAC).
- PH 3 : fosfina, fosfano.
- AsH 3 : arsine, arsan.
- SbH 3 : stibnite, stiban.
- BiH 3 : bismutina, bismutano.
Ovviamente possono essere utilizzate anche le nomenclature sistematiche e azionarie. Il primo specifica il numero di atomi di idrogeno con i prefissi greci di, tri, tetra, ecc. Il CH 4 verrebbe chiamato secondo questa nomenclatura tetraidruro di carbonio. Mentre secondo la nomenclatura stock, CH 4 sarebbe chiamato idruro di carbonio (IV).
Formazione
Ciascuno di questi composti speciali presenta molteplici metodi di preparazione, sia su scala industriale, di laboratorio e persino nei processi biologici.
Carbonoids
Il metano è formato da vari fenomeni biologici in cui pressioni e temperature elevate frammentano idrocarburi di masse molecolari più elevate.
Si accumula in enormi sacche di gas in equilibrio con il petrolio. Inoltre, nelle profondità dell'Artico rimane racchiuso in cristalli di ghiaccio chiamati clatrati.
Il silano è meno abbondante e uno dei tanti metodi con cui viene prodotto è rappresentato dalla seguente equazione chimica:
6H 2 (g) + 3SiO 2 (g) + 4Al (s) → 3SiH 4 (g) + 2Al 2 O 3 (s)
Per quanto riguarda GeH 4 , è sintetizzato a livello di laboratorio secondo le seguenti equazioni chimiche:
Na 2 GeO 3 + NaBH 4 + H 2 O → GeH 4 + 2 NaOH + NaBO 2
E SnH 4 si forma quando reagisce con KAlH 4 in un mezzo tetraidrofurano (THF).
Nitrogenoids
L'ammoniaca, come il CH 4 , può formarsi in natura, specialmente nello spazio esterno sotto forma di cristalli. Il processo principale con cui si ottiene NH 3 è attraverso il processo Haber-Bosch, rappresentato dalla seguente equazione chimica:
3 H 2 (g) + N 2 (g) → 2 NH 3 (g)
Il processo prevede l'uso di alte temperature e pressioni, oltre a catalizzatori per promuovere la formazione di NH 3 .
La fosfina si forma quando il fosforo bianco viene trattato con idrossido di potassio:
3 KOH + P 4 + 3 H 2 O → 3 KH 2 PO 2 + PH 3
L'arsina si forma quando i suoi arseniuri metallici reagiscono con gli acidi o quando un sale di arsenico viene trattato con boroidruro di sodio:
Na 3 As + 3 HBr → AsH 3 + 3 NaBr
4 AsCl 3 + 3 NaBH 4 → 4 AsH 3 + 3 NaCl + 3 BCl 3
E bismutina quando la metilbismutina è sproporzionata:
3 BiH 2 CH 3 → 2 BiH 3 + Bi (CH 3 ) 3
applicazioni
Infine, vengono menzionati alcuni dei molti usi di questi composti speciali:
- Il metano è un combustibile fossile utilizzato come gas da cucina.
- Il silano è utilizzato nella sintesi organica di composti organici di silicio mediante aggiunta ai doppi legami di alcheni e / o alchini. Inoltre, il silicio può essere depositato da esso durante la produzione di semiconduttori.
- Come SiH 4 , anche il germanico viene utilizzato per aggiungere atomi di Ge come film nei semiconduttori. Lo stesso vale per la stibina, aggiungendo atomi di Sb sulle superfici di silicio mediante elettrodeposizione dei suoi vapori.
- L'idrazina è stata utilizzata come carburante per missili e per estrarre metalli preziosi.
- L'ammoniaca è destinata all'industria dei fertilizzanti e farmaceutica. È praticamente una fonte reattiva di azoto, che consente l'aggiunta di atomi di azoto a innumerevoli composti (amminazione).
- Arsina era considerata un'arma chimica durante la seconda guerra mondiale, lasciando il famigerato gas fosgene, COCl 2 , al suo posto .
Riferimenti
- Shiver & Atkins. (2008). Chimica inorganica. (Quarta edizione). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chimica. (8 ° ed.). CENGAGE Apprendimento.
- Chimica. (2016, 30 aprile). Composti speciali. Estratto da: websterquimica.blogspot.com
- Formula Alonso. (2018). H senza metallo. Estratto da: alonsoformula.com
- Wikipedia. (2019). Gruppo 14 idruro. Estratto da: en.wikipedia.org
- Il guru della chimica. (Sf). Idruri di azoto. Estratto da: thechemistryguru.com