水素化合物

水素化合物は、水素元素を含む化合物です。これらの化合物では、水素は+1および-1の酸化状態で形成されます。水素はイオン結合でも共有結合でも化合物を形成できます。炭化水素などの多くの有機化合物、水、その他の有機物質の一部です。H +イオンは、 1つの陽子と電子を持たないため、しばしば陽子と呼ばれますが、陽子は自由に動きません。ブレンステッド・ローリー酸は、塩基に H +イオンを供与することができます。

共有結合と有機化合物

水分子には水素原子 2 個と酸素原子 1 個が含まれています。

H 2 は標準条件下では反応性が低いですが、ほとんどの元素と化合物を形成します。水素は、ハロゲン(F、Cl、Br、I) や酸素など、より電気陰性度の高い元素と化合物を形成でき、これらの化合物では水素は部分的に正に帯電します。[ 1 ]より電気陰性度の高い元素、特にフッ素、酸素、窒素と結合すると、水素は孤立電子対を持つ別の電気陰性度の高い元素と中程度の強度の非共有結合を形成することができ、この現象は水素結合と呼ばれ、多くの生体分子の安定性に重要です。[ 2 ] [ 3 ]水素は、金属や半金属などの電気陰性度の低い元素とも化合物を形成し、部分的に負に帯電します。これらの化合物はしばしば水素化物として知られています。[ 4 ]

水は1つの酸素原子に共有結合した2つの水素原子を含んでおり[ 5 ]、最もよく研​​究されている化合物の1つです。[ 6 ]

水素は多くの希土類金属や遷移金属に非常によく溶け[ 7 ] 、ナノ結晶金属とアモルファス金属の両方に溶けます[ 8 ]。金属中の水素の溶解度は、結晶格子の局所的な歪みや不純物の影響を受けます[ 9 ]。これらの特性は、水素を高温パラジウムディスクに通して精製する際には有用ですが、ガスの高い溶解度は冶金学上の問題であり、多くの金属の脆化に寄与し[ 10 ] 、パイプラインや貯蔵タンクの設計を複雑にします[ 11 ] 。

炭化水素

メタンは炭化水素です。

水素は、炭素と炭化水素と呼ばれる多様な化合物を形成し、さらにヘテロ原子と結合した化合物は、生物との一般的な関連性から有機化合物と呼ばれています。[ 12 ]それらの特性の研究は有機化学と呼ばれ、 [ 13 ]生物を対象とする研究は生化学と呼ばれています。[ 14 ]いくつかの定義では、「有機」化合物は炭素のみを含んでいればよいとされています。しかし、ほとんどの化合物は水素も含み、このクラスの化合物に特有の化学的特性のほとんどを与えるのは炭素-水素結合であるため、化学における「有機」という単語のいくつかの定義では炭素-水素結合が必須となっています。[ 12 ]炭化水素は何百万種類も知られており、通常は複雑な経路で生成され、元素水素が関与することはめったにありません。

水素化物

水素化ナトリウムのサンプル

水素の化合物はしばしば水素化物と呼ばれるが、この用語はかなり曖昧に使用されている。「水素化物」という用語は、H原子がH −で示される陰イオン性またはアニオン性を獲得したことを示唆し、水素がより電気陽性の元素と化合物を形成するときに使用される。 1916年にギルバート・N・ルイスが第1族および第2族の塩状水素化物について示唆した水素化物アニオンの存在は、1920年にモースが溶融水素化リチウム（LiH）の電気分解によって実証し、陽極で化学量論量の水素を生成した。 [ 15 ]第1族および第2族金属以外の水素化物の場合、水素の電気陰性度が低いことを考えると、この用語は非常に誤解を招く可能性がある。第2族水素化物における例外はポリマーであるBeH 2である。水素化アルミニウムリチウムでは、[AlH 4 ] −アニオンはAl(III)にしっかりと結合した水素中心を持っています。

水素化物はほとんど全ての主族元素で形成できるが、可能な化合物の数と組み合わせは多岐にわたる。例えば、100種類以上の二元ボラン水素化物が知られているが、二元アルミニウム水素化物は1種類しかない。[ 16 ]二元インジウム水素化物はまだ特定されていないが、より大きな錯体が存在する。[ 17 ]

無機化学において、水素化物は配位錯体中の2つの金属中心を繋ぐ架橋配位子としても機能する。この機能は特に13族元素、特にボラン（水素化ホウ素）やアルミニウム錯体、そしてクラスター化カルボランにおいて顕著である。[ 18 ]

陽子と酸

水素の酸化により電子が除去され、H +が生成されます。H + は電子を持たず、通常は1つの陽子からなる原子核を持ちます。そのため、H +はしばしば陽子と呼ばれます。この種は酸の議論において中心的な役割を果たします。ブレンステッド・ローリーの酸塩基理論によれば、酸は陽子供与体であり、塩基は陽子受容体です。

裸の陽子H +は、電子を持つ他の原子や分子への止められない引力のため、溶液中やイオン結晶中では存在できません。プラズマに伴う高温を除き、このような陽子は原子や分子の電子雲から除去できず、それらに付着したままになります。しかし、「陽子」という用語は、このように他の種に付着した正電荷または陽イオン性の水素を指すために、緩く比喩的に使用されることもあり、そのため「 H + 」と表記されますが、個々の陽子が種として自由に存在していることを意味するものではありません。

溶液中のむき出しの「溶媒和プロトン」の含意を避けるため、酸性水溶液には「ヒドロニウムイオン」（[H 3 O] +）と呼ばれる、よりありそうもない架空の種が含まれていると考えられることがあります。しかし、この場合でも、このような溶媒和水素陽イオンは、より現実的には、[H 9 O 4 ] +に近い種を形成するクラスターに組織化されていると考えられます。[ 19 ]他のオキソニウムイオンは、水が他の溶媒と酸性溶液になったときに見られます。[ 20 ]

地球上では珍しい存在だが、宇宙で最も一般的なイオンの一つはHである。+3プロトン化分子状水素または三水素カチオンとして知られるイオンである。 [ 21 ]

参照

参考文献

パブリックドメインこの記事には、パブリック ドメインである次のソースからのテキストが組み込まれています: http://wwwchem.uwimona.edu.jm/courses/CHEM1902/IC10K_MG_hydrogen.html

  1. ^ Clark, J. (2002). 「ハロゲン化水素の酸性度」 . Chemguide . 2008年2月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年3月9日閲覧。
  2. ^ Kimball, JW (2003年8月7日). 「水素」 . Kimball's Biology Pages . 2008年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年3月4日閲覧。
  3. ^ IUPAC化学用語集、電子版、水素結合、 2008年3月19日アーカイブ、Wayback Machine
  4. ^ Sandrock, G. (2002年5月2日). 「金属水素系」 . サンディア国立研究所. 2008年2月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2008年3月23日閲覧。
  5. ^キャンベル, ニール・A.; ウィリアムソン, ブラッド; ヘイデン, ロビン・J. (2006). 『生物学：生命の探究』 ボストン, マサチューセッツ州: ピアソン・プレンティス・ホール. ISBN 978-0-13-250882-7。
  6. ^グリーンウッド、ノーマン・N. ; アーンショウ、アラン (1997). 『元素の化学』（第2版）.バターワース・ハイネマン. ISBN 978-0-08-037941-8。
  7. ^ Takeshita, T.; Wallace, WE; Craig, RS (1974). 「イットリウムまたはトリウムとニッケルまたはコバルトの1:5化合物における水素の溶解度」.無機化学. 13 (9): 2282– 2283. doi : 10.1021/ic50139a050 .
  8. ^キルヒハイム、R.;ムッチェレ、T.キーニンガー、W.グライター、H.ビリンジャー、R.コーブル、T. (1988)。 「アモルファス金属およびナノ結晶金属中の水素」。材料科学と工学。99 ( 1–2 ): 457–462 .土井: 10.1016/0025-5416(88)90377-1。
  9. ^ Kirchheim, R. (1988). 「欠陥金属およびアモルファス金属における水素の溶解度と拡散率」.材料科学の進歩. 32 (4): 262– 325. doi : 10.1016/0079-6425(88)90010-2 .
  10. ^ Rogers, HC (1999). 「金属の水素脆化」. Science . 159 (3819): 1057– 1064. Bibcode : 1968Sci...159.1057R . doi : 10.1126 /science.159.3819.1057 . PMID 17775040. S2CID 19429952 .  
  11. ^ Christensen, CH; Nørskov, JK; Johannessen, T. (2005年7月9日). 「化石燃料に依存しない社会の実現 ― デンマークの研究者が新技術を発表」 .デンマーク工科大学. 2015年5月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年5月19日閲覧。
  12. ^ a b「炭化水素の構造と命名法」パーデュー大学。2012年6月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年3月23日閲覧。
  13. ^ 「有機化学」 Dictionary.com 、 Lexico Publishing Group、2008年。2008年4月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年3月23日閲覧。
  14. ^ "Biochemistry" . Dictionary.com . Lexico Publishing Group. 2008年. 2008年3月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年3月23日閲覧。
  15. ^メールス、K. (1920)。「水素化リチウムの塩性に関する調査」有機組織とアルゲマイネ化学の時代。113 (191): 179–228 .土井: 10.1002/zaac.19201130116。2019 年 8 月 24 日のオリジナルからアーカイブ(PDF) 。2019 年8 月 24 日に取得。
  16. ^ Downs, AJ; Pulham, CR (1994). 「アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムの水素化物：再評価」. Chemical Society Reviews . 23 (3): 175– 184. doi : 10.1039/CS9942300175 .
  17. ^ Hibbs, DE; Jones, C.; Smithies, NA (1999). 「驚くほど安定なインジウム三水素化物錯体：[InH 3 P(C 6 H 11 ) 3 ]の合成と特性評価」. Chemical Communications (2): 185–186 . doi : 10.1039/a809279f .
  18. ^ Miessler, GL; Tarr, DA (2003).無機化学（第3版）. Prentice Hall. ISBN 978-0-13-035471-6。
  19. ^ Okumura, AM; Yeh, LI; Myers, JD; Lee, YT (1990). 「溶媒和ヒドロニウムイオンの赤外スペクトル：質量選択されたH 3 O+•(H 2 O )n •(H 2 ) mの振動前期解離分光法」. Journal of Physical Chemistry . 94 (9): 3416– 3427. doi : 10.1021/j100372a014 .
  20. ^ Perdoncin, G.; Scorrano, G. (1977). 「アルコール、エーテル、アセトン、ジメチルスルフィド、ジメチルスルホキシドの水中における様々な温度でのプロトン化平衡」アメリカ化学会誌. 99 (21): 6983– 6986. Bibcode : 1977JAChS..99.6983P . doi : 10.1021/ja00463a035 .
  21. ^ Carrington, A.; McNab, IR (1989). 「三原子水素陽イオン（H 3 + ）の赤外前期解離スペクトル」. Accounts of Chemical Research . 22 (6): 218– 222. doi : 10.1021/ar00162a004 .
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=水素化合物&oldid =1283871132」より取得