Hydrid

Ein Hydrid ist ein Anion von Wasserstoff, H-, oder allgemeiner eine Verbindung, in der ein oder mehrere Wasserstoffzentren nukleophile, reduzierende oder basische Eigenschaften haben. In Verbindungen, die als Hydride angesehen werden, ist das Wasserstoffatom an ein elektropositiveres Element oder eine elektropositive Gruppe gebunden. Die Polarität der basischen Metall-Wasserstoff-Bindung führt jedoch dazu, dass Hydride heftig mit Wasser reagieren, oft in irreversibler Weise.

Hydrid-Kategorien

Es gibt drei Grundtypen von Hydriden: (i) Salzhydride oder ionische Hydride, (ii) Metallhydride und (iii) kovalente Hydride, die nach der Art der chemischen Bindung unterschieden werden können. Eine vierte Art von Hydrid, das dimere Hydrid (z. B. Boran, BH3), lässt sich ebenfalls anhand der Struktur unterscheiden.

Salzige oder ionische Hydride sind durch die Anwesenheit von Wasserstoff als negativ geladenes Ion (d. h. H-) gekennzeichnet. Zu den Salzhydriden werden im Allgemeinen die Hydride der Alkali- und Erdalkalimetalle gezählt (mit der möglichen Ausnahme von Berylliumhydrid, BeH2, und Magnesiumhydrid, MgH2). Diese Metalle reagieren bei hohen Temperaturen (30-700 °C [570-1300 °F]) direkt mit Wasserstoff und bilden Hydride der allgemeinen Formeln MH und MH2. Diese Verbindungen sind in reinem Zustand weiße kristalline Feststoffe, die jedoch aufgrund von Spurenverunreinigungen des Metalls meist grau sind.

Metallhydride werden durch Erhitzen von Wasserstoffgas mit den Metallen oder ihren Legierungen gebildet. Die am besten untersuchten Verbindungen sind die der elektropositiven Übergangsmetalle (Scandium-, Titan- und Vanadiumfamilie). In der Titanfamilie bilden zum Beispiel Titan (Ti), Zirkonium (Zr) und Hafnium (Hf) nichtstöchiometrische Hydride, wenn sie Wasserstoff absorbieren und Wärme abgeben. Diese Hydride haben eine ähnliche chemische Reaktivität wie das fein verteilte Metall selbst: Sie sind in Luft bei Umgebungstemperatur stabil, aber reaktiv, wenn sie in Luft oder mit sauren Verbindungen erhitzt werden. Sie haben auch das Aussehen des Metalls und sind grauschwarze Feststoffe. Das Metall scheint in einer + 3-Oxidation vorzuliegen, und die Bindungen sind überwiegend ionisch.

Kovalente Hydride sind in erster Linie Verbindungen aus Wasserstoff und Nichtmetallen, bei denen die Bindungen offensichtlich aus gemeinsamen Elektronenpaaren von Atomen mit vergleichbarer Elektronegativität bestehen. So sind die meisten Nichtmetallhydride flüchtige Verbindungen, die im kondensierten Zustand durch relativ schwache intermolekulare Van-der-Waals-Wechselwirkungen zusammengehalten werden. Kovalente Hydride sind Flüssigkeiten oder Gase mit niedrigem Schmelz- und Siedepunkt, außer in den Fällen (wie z. B. Wasser), in denen ihre Eigenschaften durch Wasserstoffbrückenbindungen verändert werden. Kovalente Hydride können aus Bor (B), Aluminium (Al) und Gallium (Ga) der Gruppe 13 des Periodensystems gebildet werden (Tabelle 3.7). Ionische Wasserstoffspezies von Bor (BH4-) und Aluminium (AlH4-) werden in großem Umfang als Hydridquellen verwendet.

Verwendung von Hydriden

* Hydride wie Natriumborhydrid, Lithiumaluminiumhydrid, Diisobutylaluminiumhydrid (DIBAL) und Superhydrid werden häufig als Reduktionsmittel in der chemischen Synthese verwendet. Das Hydrid addiert an ein elektrophiles Zentrum, in der Regel ungesättigten Kohlenstoff.

* Hydride wie Natriumhydrid und Kaliumhydrid werden als starke Basen in der organischen Synthese verwendet. Das Hydrid reagiert mit der schwachen Brönsted-Säure und setzt dabei H2 frei.

* Hydride wie Kalziumhydrid werden als Trocknungsmittel verwendet, um Spuren von Wasser aus organischen Lösungsmitteln zu entfernen. Das Hydrid reagiert mit Wasser unter Bildung von Wasserstoff und Hydroxidsalz. Das trockene Lösungsmittel kann dann destilliert oder im Vakuum aus dem "Lösungsmittel-Topf" abgezogen werden.

* Hydride sind wichtig für Akkutechnologien wie die Nickel-Metallhydrid-Batterie. Verschiedene Metallhydride wurden auf ihre Eignung als Wasserstoffspeicher für brennstoffzellenbetriebene Elektroautos und andere Aspekte einer Wasserstoffwirtschaft untersucht.

* Hydridkomplexe sind Katalysatoren und katalytische Zwischenprodukte in einer Vielzahl von homogenen und heterogenen katalytischen Zyklen. Wichtige Beispiele sind Katalysatoren für die Hydrierung, Hydroformylierung, Hydrosilylierung und Hydrodesulfurierung. Sogar bestimmte Enzyme, die Hydrogenase, arbeiten über Hydrid-Zwischenstufen. Der Energieträger Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid reagiert als Hydrid-Donor oder Hydrid-Äquivalent.

Referenz

James G. Speight: Natürliche Wassersanierung - Chemie und Technologie. 2020, Seiten 91-129
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydride