Kapittel 7 - Hydrogen

Hva er elektronkonfigurasjonen til hydrogen?

1s^1

Hvor mange isotoper har hydrogen og hva er disse?

Tre isotoper:

Vanlig hydrogen (H), deuterium (D, ^2H) og tritium (T, ^3H).

Tritium = sjelden og radioaktiv.

Hydrogenkationet (H+)

- Veldig høyt ladning/radius-forhold

-> sterk lewissyre.

- Lite og hardt

- Polariserer andre atomer lett

Hydrogenionet (H-)

- Lett polarisert, da det har to elektroner rundt ett proton.

- Radius varer veldig etter hvilket atom det er bundet til.

Hva er noen av egenskapene til hydrogen?

- Høy ioniseringsenergi

- Lav og positiv elektronaffinitet.

- Får oksidasjonstall -I når den er i forbindelse med metaller.

- Får oksidasjonstall +I når den er i forbindelse med ikke-metaller.

Hva heter de ulike gruppene med binære hydrogenforbindelser?

1. Molekylære

2. Saline (ioniske)

3. Metalliske hydrider

Molekylære hydrider

- Eksisterer som individuelle molekyler, ofte dannes sammen med p-blokk-elementer med lik eller høyere elektronegativitet enn hydrogen.

- Bindingene er i hovedsak kovalente.

- Eks. NH3, CH4 og H2O

- Klassifiseres i tre grupper: elektron-presise, elektron-rike og elektron-fattige

Hva er de tre ulike undergruppene til molekylære hydrider?

Utdyp hva undergruppene går ut på.

1. Elektron-presise:

Alle elektroner til sentralatomet er involverte i bindinger. For eksempel hydrokarboner som metan og etan.

2. Elektron-rike:

Disse har flere elektroner rundt sentralatomet enn det som er nødvendig for bindingene. Får altså frie elektronpar. Dannes av elementer fra gruppe 15, 16 og 17.

Eks. Vann, NH3 og hydrogenhalidene

3. Elektron-fattige

Det er for få elektroner rundt sentralatomet til å danne de nødvendige bindingene. Vanlig for bor- og aluminium-hydrider.

Eks. boran, BH3, B2H6.

Saline (ioniske) hydrider

- Dannes av de mest elektropositive elementene

- Faste, elektriske ikke-ledende, krystalliske forbindelser

- Kun hydrider med stoffer fra gruppe 1 og de tyngste fra gruppe 2 kan omtales som hybride salter med H- som anion.

Eks. LiH og CaH2.

- Selvantennelige i fuktig luft

Metalliske hydrider

- Faste

- Ikke-støkiometriske, elektrisk ledende forbindelser med metallisk glans.

- Dannes av mange d- og f-blokk-elementer (unntatt gruppe 7,8,9).

- Hydrogen går inn i interstitielle posisjoner i metallstrukturen, ofte med ekspansjon eller faseendring som resultay.

- Kan lett forflytte hydrogen innad i materialet.

- Brukes til rensing av hydrogen-gass, samt at materialene er potensielle hydrogenlager.

Hva er hydrid-gapet?

Fraværet av metalliske hybrider fra gruppe 7-9.

Hvordan blir hydrogen produsert?

1. På labben

CaH2 (s) + 2H2O (l) -> Ca(OH)2 (s) + H2(g)

2. Fra fossile ressurser(dampreformasjon fra naturgass). eks. kull eller metan

3. Fornybare ressurser (elektrolyse av vann)

Hvilke reaksjoner med H2 finnes?

Homolytisk dissosiasjon, heterolytisk dissosiasjon og radikal kjedereaksjon

Homolytisk dissosiasjon

Hydrogenmolekylet splittes i to like hydrogenatomer som binder seg til et annet atom.

- Katalyseres av platina eller nikkel.

- Brukes for eksempel ved hydrogenering av alkener og ved reduksjon av aldehyder til alkoholer.

Heterolytisk dissosiasjon

Hydrogenmolekylet splittes i to hydrogenioner hvor elektronene er ulikt fordelt.

- Dannes både H+ og H-

- Et metallion og en brønstedbase må være til stede.

Radikal kjedereaksjon

Initieres ved enten termisk eller fotokjemisk energi.

En av halogenene splittes i to frie atomer som binder seg til et hydrogenmolekyl. Det frie H-atomet splitter opp et nytt molekyl osv.

Hva er kjennetegn for alkalimetallene?

- Alle har ns^1 som valenselektronkonfigurasjon.

- Alle (unntatt hydrogen) er aktive i form av at de lett gir fra seg det ene valenselektronet

- Tetthet, atom- og ioneradius øker nedover i gruppa.

- Smeltepunkt, kokepunkt og første ioniseringsenergi avtar nedover i gruppa.

- Kan benytte flammetest for å påvise hvilket metall vi har med å gjøre-

- Alle danner halider, ved enten direkte reaksjon eller via løsninger.

- Harde lewissyrer

- Danner ofte komplekser med små, harde lewisbaser som O og N-

- Hardheten avtar nedover gruppa når radiusen øker.

Hydrider

Alkalimetallene danner saline hydrider med steinsalt-struktur.

Reagerer voldsomt i vann.

Halider

Halider er kjemiske forbindelser der et halogenatom er bundet til et annet element. Når disse halogenene danner forbindelser med metaller eller ikke-metaller, kalles de resulterende forbindelsene halider.

Alle alkalimetallene danner halider. De fleste har steinsalt-struktur.

Radiusforhold:

Steinsalt -> mellom 0.414 og 0.732

Cesium-klorid -> over 0.732

- Fluor er mest negativ

- Jod er mins negativ

- Nedover i gruppe 1 vil fluoridene bli mindre negative, mens de tre andre halidene blir mer negative.

Jordalkalimetallene

- Valenselektronstruktur ns^2

- Høyere smeltepunkt, hardhet og kjerneladning enn alkalimetallene.

- Lavere atomradius -> Høyere tetthet og ioniseringsenergi.

- Ioniseringsenergien minker nedover i gruppa, og gjør at reaktiviteten øker og elementene blir mer elektropositive.

- Opptrer i hcp (Barium og Radium -> bcc).

- Identifiseres med flammetest

Hvordan forekommer beryllium?

- Finnes i naturen som mineralet beryl (varmes opp for å få beryllium)

Hvor finner man magnesium og hvordan fremstilles det?

- Opptrer i jordskorpa og mange mineraler

- Kan framstilles av vanlig sjøbann

Hvor finnes kalsium?

Jordskorpa

Hvordan fremstilles strontium og hva er dens kjennetegn?

- Fremstilles ved smelteelektrolyse av SrCl eller ved reproduksjon av SrO med magnesium

- Reagerer kraftig med vann

Hvordan produseres barium?

Produseres ved smelteelektrolyse

Hva er kjennetegnet til radium?

Radioaktivt for alle isotoper.