Русская Википедия:Гидрид-ион
Гидрид-ион, отрицательно заряженный ион водорода, H- — физическая система, состоящая из одного протона и двух электронов. Два электрона создают электронную оболочку гидрид-иона, электронная конфигурация которой 1s2. Иначе говоря, ядро гидрид-иона окружает двухэлектронное облако с антипараллельными спинами электронов[1]. Образование гидрид-иона описывается физической моделью ударной ионизации атома водорода электроном. Ионизация обусловлена захватом атомом водорода дополнительного электрона с образованием отрицательно заряженного иона водорода и высвобождением энергии:
- <math>\mathsf{H + e^- \rightarrow H^-, \ \Delta H_{298}^0 = -66,9 kJ/mol}</math>
Электрон, обладая отрицательным элементарным электрическим зарядом (q = 1,6 · 10−19 Кл), создаёт электрическое поле с напряжённостью
- <math>\mathsf{E = \frac{q}{R^2}}</math>
Напряжённость электрического поля на расстоянии R от заряда около 10 Å составляет десятки миллионов вольт на сантиметр[2]. Это электрическое поле приводит к деформационной поляризации нейтрального атома водорода, попадающего в электрическое поле электрона. Центр электронной оболочки атома водорода смещается относительно ядра на некоторое расстояние L в противоположную сторону к приближающемуся электрону. Приближающийся электрон как бы вытесняет из атома водорода находящийся в нём электрон. Деформация приводит к появлению в атоме водорода наведённого дипольного момента μ.
- <math>\mathsf{\mu = \alpha _eE = Lq }</math>
Величина смещения центра электронной оболочки атома водорода L обратно пропорциональна квадрату расстояния атома водорода к приближающемуся электрону R:
- <math>\mathsf{L = \frac{\alpha _e}{R^2} }</math>
Поскольку электронная поляризуемость атома водорода αe = 0,66Å[3], то
- <math>\mathsf{L = \frac{0,6}{R^2} }</math> (рис.1)
Сближение атома водорода и электрона возможно до тех пор, пока центры областей плотностей вероятности нахождения обоих электронов не станут равноудалёнными от ядра объединённой системы — отрицательно заряженного иона водорода. Такое состояние системы имеет место при
- <math>\mathsf{r_e = L = R = \sqrt[3]{0,66} = 0,871 A}</math>
где re — орбитальный радиус двухэлектронной оболочки гидрид-иона H-.
Ионные структуры, содержащие в своём составе гидрид-ион H-, известны. Соединения этого типа образуются прямым взаимодействием наиболее активных металлов (Na, Ca и др.) с водородом при нагревании. По своему характеру они являются типичными солями. Все гидриды щелочных металлов (гидрид лития, гидрид натрия, гидрид калия, гидрид цезия) образуют кристаллическую структуру с кубической сингонией. Их расплавы высоко электропроводны, при электролизе расплавленных гидридов водород выделяется на аноде.
Гидрид-ион H- является промежуточным звеном при гидрировании органических соединений по кратным связям, дегидрировании углеводородов, в реакциях Чичибабина, Соммле и др. Гидрид-ион H- образуется также при бомбардировке молекул воды электронами[4].
Гидрид-ион H- является донором электронной пары в донорно-акцепторном механизме образования ковалентной химической связи, например
- <math>\mathsf{H^+ + H^- \rightarrow H_2}</math>
Присоединение гидрид-иона к молекуле BH3 приводит к образованию сложного (комплексного) иона BH4- :
- <math>\mathsf{BH_3 + H^- \rightarrow [BH_4]^-}</math>
См. также
Примечания
