Idruro

Un idruro è un anione di idrogeno, H-, o più comunemente, è un composto in cui uno o più centri di idrogeno hanno proprietà nucleofile, riducenti o basiche. Nei composti considerati idruri, l'atomo di idrogeno è legato a un elemento o gruppo più elettropositivo. Tuttavia, la polarità del legame metallo-idrogeno fa sì che gli idruri reagiscano vigorosamente con l'acqua, spesso in modo irreversibile.

Categorie di idruri

Esistono tre tipi fondamentali di idruri: (i) idruro salino o idruro ionico, (ii) idruro metallico e (iii) idruro covalente, che possono essere distinti in base al tipo di legame chimico coinvolto. Un quarto tipo di idruro, l'idruro dimerico (di cui il borano, BH3, è un esempio), può essere identificato anche sulla base della struttura.

Gliidruri salini, o ionici, sono definiti dalla presenza di idrogeno come ione con carica negativa (cioè H-). Gli idruri salini sono generalmente considerati gli idruri dei metalli alcalini e dei metalli alcalino-terrosi (con la possibile eccezione dell'idruro di berillio, BeH2, e dell'idruro di magnesio, MgH2). Questi metalli entrano in reazione diretta con l'idrogeno a temperature elevate (30-700 °C [570-1300 °F]) per produrre idruri delle formule generali MH e MH2. Questi composti sono solidi cristallini bianchi quando sono puri, ma di solito sono grigi a causa di tracce di impurità del metallo.

Gliidruri metallici si formano riscaldando l'idrogeno gassoso con i metalli o le loro leghe. I composti più studiati sono quelli dei metalli di transizione più elettropositivi (famiglie dello scandio, del titanio e del vanadio). Ad esempio, nella famiglia del titanio, il titanio (Ti), lo zirconio (Zr) e l'afnio (Hf) formano idruri non stechiometrici quando assorbono idrogeno e rilasciano calore. Questi idruri hanno una reattività chimica simile a quella del metallo finemente suddiviso, essendo stabili in aria a temperatura ambiente ma reattivi se riscaldati in aria o con composti acidi. Hanno anche l'aspetto del metallo, essendo solidi grigio-neri. Il metallo sembra essere in ossidazione + 3 e il legame è prevalentemente ionico.

Gliidruri covalenti sono principalmente composti di idrogeno e non metalli, in cui i legami sono evidentemente coppie di elettroni condivise da atomi di elettronegatività comparabile. Ad esempio, la maggior parte degli idruri non metallici sono composti volatili, tenuti insieme allo stato condensato da interazioni intermolecolari di van der Waals relativamente deboli. Gli idruri covalenti sono liquidi o gas che hanno un basso punto di fusione e permettono il punto di ebollizione, tranne nei casi (come l'acqua) in cui le loro proprietà sono modificate dal legame a idrogeno. Gli idruri covalenti possono essere formati da boro (B), alluminio (Al) e gallio (Ga) del gruppo 13 della Tavola Periodica (Tabella 3.7). Le specie ioniche di idrogeno del boro (BH4-) e dell'alluminio (AlH4-) sono ampiamente utilizzate come fonti di idruri.

Applicazione degli idruri

* Gli idruri, come la boroidruro di sodio, l'idruro di litio e alluminio, l'idruro di diisobutilalluminio (DIBAL) e il superidruro, sono comunemente utilizzati come agenti riducenti nelle sintesi chimiche. L'idruro si aggiunge a un centro elettrofilo, tipicamente un carbonio insaturo.

* Gli idruri come l'idruro di sodio e l'idruro di potassio sono utilizzati come basi forti nella sintesi organica. L'idruro reagisce con l'acido debole di Bronsted liberando H2.

* Gli idruri, come l'idruro di calcio, sono utilizzati come essiccanti, cioè agenti essiccanti, per rimuovere tracce di acqua dai solventi organici. L'idruro reagisce con l'acqua formando idrogeno e sale di idrossido. Il solvente secco può quindi essere distillato o trasferito sotto vuoto dalla "pentola del solvente".

* Gli idruri sono importanti nelle tecnologie delle batterie di accumulo, come la batteria al nichel-metallo idruro. Diversi idruri metallici sono stati esaminati per essere utilizzati come mezzo di stoccaggio dell'idrogeno per le auto elettriche alimentate da celle a combustibile e per altri aspetti dell'economia dell'idrogeno.

* I complessi dell'idruro sono catalizzatori e intermedi catalitici in una varietà di cicli catalitici omogenei ed eterogenei. Esempi importanti sono i catalizzatori di idrogenazione, idroformilazione, idrosililazione e idrodesolforazione. Anche alcuni enzimi, come le idrogenasi, operano attraverso intermedi di idruri. Il vettore energetico nicotinammide adenina dinucleotide reagisce come donatore di idruri o idruro equivalente.

Riferimento

James G. Speight: Bonifica naturale delle acque - Chimica e tecnologia. 2020, Pagine 91-129
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydride