- Kenmerken van speciale verbindingen
- Carbonoïden
- Stikstofoïden
- Nomenclatuur
- Opleiding
- Carbonoïden
- Stikstofoïden
- Toepassingen
- Referenties
De speciale verbindingen zijn allemaal samengesteld uit de covalente hydriden van de carbonoïden en stikstofoïden. Dit zijn verbindingen met de formule EH 4 , voor de carboniden of groep 14 elementen, of de formule EH 3 voor de stikstofoïden of groep 15 elementen.
De reden waarom sommige chemici naar deze hydriden verwijzen als speciale verbindingen, is niet erg duidelijk; deze naam kan relatief zijn, hoewel sommige erg onstabiel en zeldzaam zijn , als we negeren dat er geen H 2 O in voorkomt, zodat ze een dergelijke kwalificatie waardig kunnen zijn.
Carboïde en stikstofhydriden. Bron: Gabriel Bolívar.
Twee hydridemoleculen EH 4 (links) en EH 3 (rechts) worden weergegeven in de bovenste afbeelding met een bolletjes- en staafmodel. Merk op dat EH 4- hydriden tetraëdrisch zijn, terwijl EH 3 een trigonale piramidegeometrie heeft, met een paar elektronen boven het centrale E-atoom.
Als je groep 14 en 15 naar beneden gaat, groeit het centrale atoom en wordt het molecuul zwaarder en instabieler; omdat de EH-bindingen worden verzwakt door de slechte overlapping van hun orbitalen. De zwaardere hydriden zijn misschien wel de echte speciale verbindingen, terwijl CH 4 bijvoorbeeld vrij overvloedig in de natuur voorkomt.
Kenmerken van speciale verbindingen
Door de speciale verbindingen in twee gedefinieerde groepen covalente hydriden te verdelen, zal een korte beschrijving van hun kenmerken afzonderlijk worden gegeven.
Carbonoïden
Zoals aan het begin vermeld, zijn hun formules EH 4 en bestaan ze uit tetraëdrische moleculen. De eenvoudigste van deze hydriden is CH 4 , dat ironisch genoeg ook als koolwaterstof wordt geclassificeerd. Het belangrijkste van dit molecuul is de relatieve stabiliteit van zijn CH-bindingen.
Bovendien CC bindingen zijn erg sterk, waardoor CH 4 te worden samengevoegd tot de familie van koolwaterstoffen te vormen. Op deze manier ontstaan CC-ketens met grote lengtes en met veel CH-bindingen.
Niet hetzelfde met zijn zwaardere tegenhangers. SiH 4 heeft bijvoorbeeld zeer onstabiele Si-H-bindingen, waardoor dit gas een reactievere verbinding is dan waterstof zelf. Bovendien zijn hun aaneenschakelingen niet erg efficiënt of stabiel, omdat ze Si-Si-ketens van hoogstens tien atomen voortbrengen.
Onder dergelijke aaneenschakelingsproducten bevinden zich de hexahydriden, E 2 H 6 : C 2 H 6 (ethaan), Si 2 H 6 (disilaan), Ge 2 H 6 (digestman) en Sn 2 H 6 (diestannaan).
De andere hydriden: GeH 4 , SnH 4 en PbH 4 zijn zelfs nog instabielere en explosievere gassen, waarvan hun reducerende werking wordt benut. PbH 4 wordt beschouwd als een theoretische verbinding, omdat het zo reactief is dat het niet goed kon worden verkregen.
Stikstofoïden
Aan de zijde van stikstofhydriden of groep 15 vinden we de trigonale piramidemoleculen EH 3 . Deze verbindingen zijn ook gasvormig, onstabiel, kleurloos en giftig; maar veelzijdiger en nuttiger dan EH 4 .
NH 3 , de eenvoudigste van hen, is bijvoorbeeld een van de meest industrieel geproduceerde chemische verbindingen, en zijn onaangename geur kenmerkt het heel goed. De PH 3 ruikt naar knoflook en vis, en de AsH 3 ruikt naar rotte eieren.
Alle EH 3- moleculen zijn basisch; maar NH 3 gekroond in dit kenmerk de sterkste base als gevolg van de hogere elektronegativiteit en elektronendichtheid stikstof.
NH 3 kan ook aaneengeschakeld worden, net als CH 4 , maar in veel mindere mate; hydrazine, N 2 H 4 (H 2 N-NH 2 ) en triazaan, N 3 H 5 (H 2 N-NH-NH 2 ), zijn voorbeelden van verbindingen die worden veroorzaakt door de aaneenschakeling van stikstof.
Evenzo worden de hydriden PH 3 en AsH 3 aaneengeschakeld om respectievelijk P 2 H 4 (H 2 P-PH 2 ) en As 2 H 4 (H 2 As-AsH 2 ) te geven.
Nomenclatuur
Om deze speciale verbindingen te noemen, worden meestal twee nomenclaturen gebruikt: de traditionele en de IUPAC. Hieronder worden de hydriden EH 4 en EH 3 uitgesplitst met hun respectievelijke formules en namen.
- CH 4 : methaan.
- SiH 4 : silaan.
- GeH 4 : Duits.
- SnH 4 : stannane.
- PbH 4 : plumban.
- NH 3 : ammoniak (traditioneel), azano (IUPAC).
- PH 3 : fosfine, fosfaan.
- AsH 3 : arsine, arsan.
- SbH 3 : stibniet, stiban.
- BiH 3 : bismutine, bismutaan.
Uiteraard kunnen ook de systematische en voorraadnomenclaturen worden gebruikt. De eerste specificeert het aantal waterstofatomen met de Griekse voorvoegsels di, tri, tetra, etc. De CH 4 zou volgens deze nomenclatuur koolstoftetrahydride gaan heten. Terwijl volgens de voorraadnomenclatuur CH 4 koolstof (IV) hydride zou worden genoemd.
Opleiding
Elk van deze speciale verbindingen biedt meerdere bereidingsmethoden, zowel op industriële schaal, laboratoriumschaal als zelfs in biologische processen.
Carbonoïden
Methaan wordt gevormd door verschillende biologische verschijnselen waarbij hoge drukken en temperaturen koolwaterstoffen met een hoger molecuulgewicht fragmenteren.
Het hoopt zich op in enorme gaszakken die in evenwicht zijn met olie. Ook blijft het diep in het noordpoolgebied ingekapseld in ijskristallen die clathrates worden genoemd.
Silaan is minder overvloedig, en een van de vele methoden waarmee het wordt geproduceerd, wordt weergegeven door de volgende chemische vergelijking:
6H 2 (g) + 3SiO 2 (g) + 4Al (s) → 3SiH 4 (g) + 2Al 2 O 3 (s)
Wat betreft GeH 4 , het wordt op laboratoriumniveau gesynthetiseerd volgens de volgende chemische vergelijkingen:
Na 2 GeO 3 + NaBH 4 + H 2 O → GeH 4 + 2 NaOH + NaBO 2
En SnH 4 wordt gevormd wanneer het reageert met KAlH 4 in een tetrahydrofuran (THF) -medium .
Stikstofoïden
Ammoniak kan zich, net als CH 4 , in de natuur vormen, vooral in de ruimte in de vorm van kristallen. Het belangrijkste proces waarmee NH 3 wordt verkregen, is via het Haber-Bosch-proces, weergegeven door de volgende chemische vergelijking:
3 H 2 (g) + N 2 (g) → 2 NH 3 (g)
Het proces omvat het gebruik van hoge temperaturen en drukken, evenals katalysatoren om de vorming van NH 3 te bevorderen .
Fosfine wordt gevormd wanneer witte fosfor wordt behandeld met kaliumhydroxide:
3 KOH + P 4 + 3 H 2 O → 3 KH 2 PO 2 + PH 3
Arsine wordt gevormd wanneer de metaalarseniden reageren met zuren, of wanneer een arseenzout wordt behandeld met natriumboorhydride:
Na 3 As + 3 HBr → AsH 3 + 3 NaBr
4 AsCl 3 + 3 NaBH 4 → 4 AsH 3 + 3 NaCl + 3 BCl 3
En bismutine als methylbismutine onevenredig is:
3 BiH 2 CH 3 → 2 BiH 3 + Bi (CH 3 ) 3
Toepassingen
Ten slotte worden enkele van de vele toepassingen van deze speciale verbindingen genoemd:
- Methaan is een fossiele brandstof die wordt gebruikt als kookgas.
- Silaan wordt gebruikt bij de organische synthese van organosiliciumverbindingen door toevoeging aan de dubbele bindingen van alkenen en / of alkynen. Ook kan er silicium uit worden afgezet tijdens de fabricage van halfgeleiders.
- Net als SiH 4 wordt Germaans ook gebruikt om Ge-atomen toe te voegen als films in halfgeleiders. Hetzelfde geldt voor stibine, waarbij Sb-atomen op siliciumoppervlakken worden toegevoegd door elektrodepositie van zijn dampen.
- Hydrazine is gebruikt als raketbrandstof en om edele metalen te winnen.
- Ammoniak is bestemd voor de kunstmest- en farmaceutische industrie. Het is praktisch een reactieve stikstofbron, waardoor de toevoeging van N-atomen aan talloze verbindingen (aminering) mogelijk is.
- Arsine werd tijdens de Tweede Wereldoorlog beschouwd als een chemisch wapen, waardoor het beruchte fosgeengas, COCl 2 , op zijn plaats bleef .
Referenties
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde druk). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8e ed.). CENGAGE Leren.
- Chemie. (2016, 30 april). Speciale verbindingen. Hersteld van: websterquimica.blogspot.com
- Alonso-formule. (2018). H zonder metaal. Hersteld van: alonsoformula.com
- Wikipedia. (2019). Groep 14 hydride. Hersteld van: en.wikipedia.org
- De chemiegoeroe. (sf). Hydriden van stikstof. Hersteld van: thechemistryguru.com