该特殊化合物都是那些carbonoids和nitrogenoids的共价氢化物组成。对于羰基或第14族元素,这些是具有式EH 4的化合物,对于类氮或第15族元素,是具有式EH 3的化合物。
一些化学家将这些氢化物称为特殊化合物的原因尚不清楚。尽管忽略了其中未发现H 2 O 的事实,但该名称可能是相对的,有些名称非常不稳定且稀有,因此它们可能值得这种修饰。
类胡萝卜素和氢化氮。资料来源:加布里埃尔·玻利瓦尔(GabrielBolívar)。
上部图像中显示了两个氢化物分子EH 4(左)和EH 3(右)以及球体和棒模型。请注意,EH 4氢化物是四面体,而EH 3具有三角锥几何形状,在中心E原子上方有一对电子。
当您沿着第14和15组下降时,中心原子会生长,并且分子变得更重且更不稳定。因为EH键的轨道重叠不佳而使其减弱。较重的氢化物也许是真正的特殊化合物,而例如CH 4的性质非常丰富。
特殊化合物的特征
通过将特殊化合物分为两个定义的共价氢化物组,将分别对其特性进行简要描述。
类固醇
如开头所述,其分子式为EH 4,由四面体分子组成。这些氢化物中最简单的是CH 4,具有讽刺意味的是,CH 4也被分类为烃。该分子最重要的是其CH键的相对稳定性。
而且,CC键非常牢固,导致CH 4连锁形成烃族。以这种方式,产生了很长的且具有许多CH键的CC链。
与较重的同行不同。例如,SiH 4具有非常不稳定的Si-H键,这使该气体比氢本身更具活性。此外,它们的级联不是非常有效或稳定,最多只能产生十个原子的Si-Si链。
在这些串联产物中,有六氢化物,E 2 H 6:C 2 H 6(乙烷),Si 2 H 6(乙硅烷),Ge 2 H 6(消化),和Sn 2 H 6(二苯乙烯)。
其他氢化物:GeH 4,SnH 4和PbH 4甚至更不稳定和易爆,它们的还原作用得到了利用。PbH 4被认为是一种理论化合物,因为它的反应性太强以至于无法正确获得。
氮素
在氢化氮或第15组一侧,我们发现了三角锥分子EH 3。这些化合物也是气态,不稳定,无色和有毒的。但是比EH 4更通用和有用。
例如,最简单的NH 3是工业上生产的化合物之一,其难闻的气味很好地表征了它。PH 3本身闻起来像大蒜和鱼,而AsH 3闻起来像烂鸡蛋。
所有的EH 3分子都是碱性的;但是NH 3具有这一特征,因为氮的电负性和电子密度较高,因此是最强的碱。
NH 3和CH 4也可以级联,但程度要小得多。肼,N 2 H 4(H 2 N-NH 2)和三氮烷,N 3 H 5(H 2 N-NH-NH 2),是由氮的连接引起的化合物的实例。
类似地,将氢化物PH 3和AsH 3连接起来分别产生P 2 H 4(H 2 P-PH 2)和As 2 H 4(H 2 As-AsH 2)。
命名法
为了命名这些特殊的化合物,大多数时候使用两种命名法:传统命名法和IUPAC。在氢化物下方,EH 4和EH 3分别具有各自的式和名称。
-CH 4:甲烷。
-SiH 4:硅烷。
-GeH 4:德语。
-SnH 4:锡烷。
-PbH 4:李子。
-NH 3:氨(传统),氮杂(IUPAC)。
-PH 3:膦,膦。
-提供AsH 3:胂,arsan。
- SBH 3:辉锑矿,stiban。
-波黑3:bismutin,bismutane。
当然,也可以使用系统命名法和常规命名法。第一个指定希腊字母为di,tri,tetra等的氢原子数。根据该命名法四氢化碳,CH 4将被称为。根据库存命名法,CH 4将被称为氢化碳(IV)。
训练
这些特殊化合物中的每一种都代表多种制备方法,无论是在工业规模,实验室还是在生物过程中。
类固醇
甲烷是由各种生物现象形成的,在这些现象中,高压和高温会破碎更高分子量的烃。
它积聚在与石油平衡的大量气体中。而且,在北极深处,它仍被包裹在称为包合物的冰晶中。
硅烷的含量较差,其生产方法之一由以下化学方程式表示:
6H 2(克)+ 3SiO 2(克)+ 4Al(s)→3SiH 4(克)+ 2Al 2 O 3(s)
关于GeH 4,它是根据以下化学方程式在实验室水平合成的:
Na 2 GeO 3 + NaBH 4 + H 2 O→GeH 4 + 2 NaOH + NaBO 2
和SNH 4,当它与KAlH反应形成4在四氢呋喃(THF)中。
氮素
氨气像CH 4一样可以在自然界中形成,尤其是在外太空中以晶体形式出现。NH 3的主要获得过程是通过Haber-Bosch过程进行的,由以下化学方程式表示:
3 H 2(g)+ N 2(g)→2 NH 3(g)
该方法涉及使用高温和高压,以及促进NH 3形成的催化剂。
用氢氧化钾处理白磷时会生成膦:
3 KOH + P 4 + 3 H 2 O→3 KH 2 PO 2 + PH 3
当其金属砷化物与酸反应,或用硼氢化钠处理砷盐时,会形成砷化氢:
Na 3 As + 3 HBr→AsH 3 + 3 NaBr
4 AsCl 3 + 3 NaBH 4 →4 AsH 3 + 3 NaCl + 3 BCl 3
当甲基bismuthin不相称时,使用bismuthin:
3 BiH 2 CH 3 →2 BiH 3 + Bi(CH 3)3
应用领域
最后,提到了这些特殊化合物的许多用途:
-甲烷是用作烹饪气体的化石燃料。
-硅烷通过添加至烯烃和/或炔烃的双键而用于有机硅化合物的有机合成中。同样,可以在半导体制造过程中从中沉积硅。
-像SiH 4一样,日耳曼语也用于添加Ge原子作为半导体中的薄膜。同样适用于锑,通过电沉积蒸气在硅表面添加Sb原子。
-肼已被用作火箭燃料和提取贵金属。
-氨气将用于化肥和制药行业。它实际上是氮的反应性来源,允许将N原子添加到无数化合物中(胺化)。
-在第二次世界大战期间,砷化氢被认为是化学武器,而臭名昭著的光气COCl 2被取代了。
参考文献
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