Oxyhydrid - Oxyhydride
An oxyhydrid je směsná aniontová sloučenina obsahující obojí kysličník Ó2− a hydridové ionty H−. Tyto sloučeniny mohou být neočekávané, protože vodík a kyslík lze očekávat reakci na vodu. Ale pokud kovy tvořící anionty jsou elektropozitivní a podmínky jsou snižování dostatečně, mohou být vyrobeny pevné materiály, které kombinují vodík a kyslík v roli negativních iontů.
Výroba
Prvním objeveným oxyhydridem byl oxyhydrid lanthanitý, objev z roku 1982. Vyrábělo se topením oxid lanthanitý v atmosféře vodíku při 900 ° C.[1] Avšak zahřívání oxidů přechodových kovů vodíkem obvykle vede k redukci na kov.[1]
Topochemické syntéza si zachovává základní strukturu mateřské sloučeniny a převádí pouze minimální přeskupení atomů na konečný produkt.[1] Topotaktický reakce zachovávají původní symetrii krystalů.[1] Reakce při nižších teplotách nerozrušují stávající strukturu. Oxyhydridy v topochemické syntéze lze vyrobit zahříváním oxidů s hydrid sodný NaH nebo hydrid vápenatý CaH2 při teplotách od 200 do 600 ° C.[2] TiH2 nebo LiH lze také použít jako činidlo pro zavedení hydridu.[1] Li hydroxid vápenatý nebo hydroxid sodný je vytvořen, mohl by být odplaven.[1] U některých výchozích oxidů by však tento druh redukce hydridů mohl jen poskytnout kyslík s nedostatkem kyslíku.[1]
Reakce pod horkým vysokotlakým vodíkem mohou být výsledkem zahřívání hydridů oxidy. Je vyžadováno vhodné těsnění víka na nádobě a jedna taková látka je chlorid sodný.[3]
Oxyhydridy obsahují alkalické kovy, kovy alkalických zemin nebo kovy vzácných zemin, které jsou nutné k tomu, aby se elektronicky nabila vodík.[3]
Vlastnosti
Vodíková vazba v oxyhydridech může být kovalentní, kovové a iontová vazba, v závislosti na kovech přítomných ve sloučenině.[3]Oxyhydridy ztrácejí svůj vodík méně než čisté hydridy kovů.[2]Vodík v oxyhydridech je mnohem více vyměnitelný. Například oxynitridy lze vyrobit při mnohem nižších teplotách zahřátím oxyhydridu dovnitř amoniak nebo dusík plyn (řekněme přibližně 400 ° C místo 900 ° C potřebný pro oxid)[2] Kyselý útok může nahradit vodík, například mírné zahřívání fluorovodík poskytuje sloučeniny obsahující oxidové, fluoridové a hydridové ionty. (oxyfluorohydrid[4]) Vodíku je více termolabil, a mohou být ztraceny zahříváním, čímž se získá sloučenina kovu se sníženou valencí.[2]
Změna poměru vodíku a kyslíku může změnit elektrické nebo magnetické vlastnosti. Pak mezera v pásmu lze změnit.[2] Atom hydridu může být mobilní ve sloučenině, která prochází elektronově vázaným hydridovým přenosem.[3] Hydridový iont je vysoce polarizovatelný, takže jeho přítomnost zvýšila dielektrická konstanta a index lomu.[3]
Některé oxyhydridy mají fotokatalytické schopnost. Například BaTiO2.5H0.5 může fungovat jako katalyzátor pro výrobu amoniaku z vodíku a dusíku.[2]
Hydridový iont má poměrně proměnlivou velikost v rozmezí od 130 do 153 odpoledne.[3]
Hydridový iont ve skutečnosti nemá pouze náboj −1, ale bude mít náboj závislý na svém prostředí, proto se často píše jako Hδ−.[3] V oxyhydridech je hydridový ion mnohem stlačitelnější než ostatní atomy ve sloučeninách.[3] Hydrid je jediný aniont bez π-orbitální, takže pokud je začleněn do sloučeniny, působí jako π-blokátor, což snižuje rozměrnost tělesa.[3]
Oxyhydridové struktury s těžké kovy nelze správně studovat s Rentgenová difrakce, protože vodík téměř nemá žádný vliv na rentgenové záření. Neutronová difrakce lze použít k pozorování vodíku, ale ne, pokud jsou v materiálu těžké absorbéry neutronů jako Eu, Sm, Gd, Dy.[1]
Seznam
Vzorec | Struktura | Vesmírná skupina | Jednotková buňka | Komentáře | Odkaz |
---|---|---|---|---|---|
Los Angeles2LiHO3 | [3] | ||||
Los Angeles0.6Sr1.4LiH1.6Ó2 | H− dirigent | [3] | |||
SrVO2H | [2] | ||||
Sr2VO3H | [2] | ||||
Sr3PROTI2Ó5H2 | [2] | ||||
LaSr3NiRuO4H4 | [2] | ||||
LaSrMnO3.3H0.7 | výroba pod vysokým tlakem | [2] | |||
SrCrO2H | krychlový | vyráběné pod 5 GPa 1000 ° C | [2] | ||
LaSrCoO3H0.7 | izolátor | [2] | |||
Sr3Spol2Ó4.33H0.84 | izolátor | [2] | |||
EuTiO3 − xHX (x ≤ 0,6) | Vedení; H v neuspořádané poloze | [2] | |||
CaTiO3 − xHX (x ≤ 0,6) | Vedení; H v neuspořádané poloze | [2] | |||
Sr21Si2Ó5H14 | krychlový | [5] | |||
SrTiO3 − xHX (x ≤ 0,6) | Vedení; H v neuspořádané poloze | [2] | |||
Ba3AlO4H | ortorombický | Pnma | Z=4,A=10.4911,b=8.1518,C=7.2399 | [6] | |
BaTiO3 − xHX (x ≤ 0,6) | Vedení; H v neuspořádané poloze | [2] | |||
BaVO3 − xHX (x = 0,3) | 5 GPa šestihranný, 7 GPa kubický | [2] | |||
Ba21Zn2Ó5H12 | krychlový | A = 20.417 | [5] | ||
Ba21CD2Ó5H12 | krychlový | a = 20 633 | [5] | ||
Ba21Hg2Ó5H12 | krychlový | a = 20 507 | [5] | ||
Ba21v2Ó5H12 | krychlový | a = 20 607 | [5] | ||
Ba21Tl2Ó5H12 | krychlový | a = 20,68 | [5] | ||
Ba21Si2Ó5H14 | krychlový | a = 20,336 | [5] | ||
Ba21Ge2Ó5H14 | krychlový | a = 20,356 | [5] | ||
Ba21Sn2Ó5H14 | krychlový | a = 20,532 | [5] | ||
Ba21Pb2Ó5H14 | krychlový | a = 20,597 | [5] | ||
Ba21Tak jako2Ó5H16 | krychlový | a = 20,230 | [5] | ||
Ba21Sb2Ó5H16 | krychlový | a = 20,419 | [5] | ||
Ba21Bi2Ó5H16 | krychlový | a = 20,459 | [5] | ||
YOXHy | fotochromní; mezera pásma 2,6 eV | [7] | |||
LaHO | [8] | ||||
CeHO | [8] | ||||
PrHO | [8] | ||||
NdHO | P4/ nmm | a = 7,8480, c = 5,5601 V = 342,46 | [8] | ||
GdHO | Fmm | A = 5.38450 | [9] | ||
CeNiHZÓY | Katalyzovat ethanol do H2 | [10] | |||
BaScO2H | Krychlový | Odpoledne3̅m | a = 4,1518 | [11] | |
Ba2ScHO3 | H− dirigent | [12] | |||
Mg2AlNiXHZÓY | [13] | ||||
Sr2LiH3Ó | iontový vodič | [14] | |||
Zr3PROTI3OD5 | [1] | ||||
Zr5Al3OH5 | [1] | ||||
Ba3AlO4H | [1] | ||||
Ba21Si2Ó5H24 | Zintl fáze | [1] | |||
Ba21Ge2Ó5H24 | Zintl fáze | [1] | |||
Ba21Ga2Ó5H24 | Zintl fáze | [1] | |||
Ba21v2Ó5H24 | Zintl fáze | [1] | |||
Ba21Tl2Ó5H24 | Zintl fáze | [1] |
Tři nebo více aniontů
Vzorec | Struktura | Vesmírná skupina | Jednotková buňka | Komentáře | Odkaz |
---|---|---|---|---|---|
LiEu2HOCl2 | ortorombický | Cmcm | a = 1492,30 (11) hodin, b = 570,12 (4) hodin, c = 1143,71 (8) hodin, Z = 8 | žlutá | [15] |
Reference
- ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó p Kobayashi, Yoji; Hernandez, Olivier; Střapec, Cédric; Kageyama, Hiroshi (16. listopadu 2017). "Nová chemie oxyhydridů přechodových kovů". Věda a technologie pokročilých materiálů. 18 (1): 905–918. Bibcode:2017STAdM..18..905K. doi:10.1080/14686996.2017.1394776. PMC 5784496. PMID 29383042.
- ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó p q r s Kageyama, Hiroši; Yajima, Takeshi; Tsujimoto, Yoshihiro; Yamamoto, Takafumi; Střapec, Cedric; Kobayashi, Yoji (15. srpna 2019). „Zkoumání struktur a vlastností pomocí aniontové chemie“. Bulletin of the Chemical Society of Japan. 92 (8): 1349–1357. doi:10.1246 / bcsj.20190095.
- ^ A b C d E F G h i j k Kageyama, Hiroši; Hayashi, Katsuro; Maeda, Kazuhiko; Attfield, J. Paul; Hiroi, Zenji; Rondinelli, James M .; Poeppelmeier, Kenneth R. (22. února 2018). „Rozšiřování hranic v chemii a fyzice materiálů s více anionty“. Příroda komunikace. 9 (1): 772. Bibcode:2018NatCo ... 9..772K. doi:10.1038 / s41467-018-02838-4. PMC 5823932. PMID 29472526.
- ^ KAMIGAITO, Osami (2000). "Hustota oxidů sloučenin". Journal of the Ceramic Society of Japan. 108 (1262): 944–947. doi:10.2109 / jcersj.108.1262_944.
- ^ A b C d E F G h i j k l m Jehle, Michael; Hoffmann, Anke; Kohlmann, Holger; Scherer, Harald; Röhr, Caroline (únor 2015). „Hydridy„ sub “metallidoxidu Sr 21 Si 2 O 5 H 12 + x a Ba 21 M 2 O 5 H 12 + x (M = Zn, Cd, Hg, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi) ". Journal of Alloys and Compounds. 623: 164–177. doi:10.1016 / j.jallcom.2014.09.228.
- ^ Huang, Baoquan; Corbett, John D. (prosinec 1998). „Ba3AlO4H: Syntéza a struktura nové fáze stabilizované vodíkem“. Journal of Solid State Chemistry. 141 (2): 570–575. Bibcode:1998JSSCh.141..570H. doi:10.1006 / jssc.1998.8022.
- ^ Plokker, M.P .; Eijt, S.W.H .; Naziris, F .; Schut, H .; Nafezarefi, F .; Schreuders, H .; Cornelius, S .; Dam, B. (duben 2018). „Elektronická struktura a tvorba volných míst ve fotochromních yttriových oxy-hydridových tenkých filmech studována pozitronovou anihilací“. Materiály pro solární energii a solární články. 177: 97–105. doi:10.1016 / j.solmat.2017.03.011.
- ^ A b C d Wideroe, Marius; Fjellvåg, Helmer; Norby, Truls; Willy Poulsen, Fin; Willestofte Berg, Rolf (červenec 2011). „NdHO, nový oxyhydrid“. Journal of Solid State Chemistry. 184 (7): 1890–1894. Bibcode:2011JSSCh.184.1890W. doi:10.1016 / j.jssc.2011.05.025.
- ^ Ueda, Jumpei; Matsuishi, Satoru; Tokunaga, Takayuki; Tanabe, Setsuhisa (2018). "Příprava, elektronová struktura gadolinium oxyhydridu a nízkoenergetické 5d excitační pásmo pro zelenou luminiscenci dopovaných iontů Tb 3+". Journal of Materials Chemistry C. 6 (28): 7541–7548. doi:10.1039 / C8TC01682H. ISSN 2050-7526.
- ^ Pirez, Cyril; Capron, Mickaël; Jobic, Hervé; Dumeignil, Franck; Jalowiecki-Duhamel, Louise (2011-10-17). „Vysoce účinný a stabilní nano-oxyhydridový katalyzátor CeNiHZOY pro výrobu H2 z ethanolu při pokojové teplotě“. Angewandte Chemie International Edition. 50 (43): 10193–10197. doi:10,1002 / anie.201102617. PMID 21990250.
- ^ Goto, Yoshihiro; Střapec, Cédric; Noda, Yasuto; Hernandez, Olivier; Pickard, Chris J .; Zelená, Mark A .; Sakaebe, Hikari; Taguchi, Noboru; Uchimoto, Yoshiharu; Kobayashi, Yoji; Kageyama, Hiroshi (květen 2017). "Tlakově stabilizovaný kubický perovskitový oxyhydrid BaScO 2 H". Anorganická chemie. 56 (9): 4840–4845. doi:10.1021 / acs.inorgchem.6b02834. ISSN 0020-1669. PMID 28398729.
- ^ Takeiri, Fumitaka; Watanabe, Akihiro; Kuwabara, Akihide; Nawaz, Haq; Ayu, Nur Ika Puji; Yonemura, Masao; Kanno, Ryoji; Kobayashi, Genki (20. února 2019). „Ba2 ScHO3: H- vodivý vrstvený oxyhydrid se selektivitou pro H-stránky“. Anorganická chemie. 58 (7): 4431–4436. doi:10.1021 / acs.inorgchem.8b03593. PMID 30784265.
- ^ Fang, Wenhao; Romani, Yann; Wei, Yaqian; Jiménez-Ruiz, Mónica; Jobic, Hervé; Paul, Sébastien; Jalowiecki-Duhamel, Louise (září 2018). „Parní reformování a oxidativní parní reformování pro výrobu vodíku z bioethanolu nad nano-oxyhydridovými katalyzátory Mg2AlNiXHZOY“. International Journal of Hydrogen Energy. 43 (37): 17643–17655. doi:10.1016 / j.ijhydene.2018.07.103.
- ^ Kobayashi, G .; Hinuma, Y .; Matsuoka, S .; Watanabe, A .; Iqbal, M .; Hirayama, M .; Yonemura, M .; Kamiyama, T .; Tanaka, I .; Kanno, R. (17. března 2016). „Čisté H-vedení v oxyhydridech“. Věda. 351 (6279): 1314–1317. Bibcode:2016Sci ... 351.1314K. doi:10.1126 / science.aac9185. PMID 26989251.
- ^ Rudolph, Daniel; Poradenství, David; Jüstel, Thomas; Schleid, Thomas (17. listopadu 2017). „Krystalová struktura a luminiscenční vlastnosti prvního chloridu hydridu oxidu s dvojmocným europiem: LiEu2HOCl2“. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 643 (21): 1525–1530. doi:10.1002 / zaac.201700224.