Hydrure

Un hydrure est un anion d'hydrogène, H-, ou plus communément un composé dans lequel un ou plusieurs centres d'hydrogène ont des propriétés nucléophiles, réductrices ou basiques. Dans les composés considérés comme des hydrures, l'atome d'hydrogène est lié à un élément ou à un groupe plus électropositif. Cependant, la polarité de la liaison basique métal-hydrogène fait que les hydrures réagissent vigoureusement avec l'eau, souvent de manière irréversible.

Catégories d'hydrures

Il existe trois types fondamentaux d'hydrures (i) l'hydrure salin ou hydrure ionique, (ii) l'hydrure métallique et (iii) l'hydrure covalent, qui peuvent être distingués en fonction du type de liaison chimique impliquée. Un quatrième type d'hydrure, l'hydrure dimérique (dont le borane, BH3, est un exemple), peut également être identifié sur la base de sa structure.

Leshydrures salins, ou ioniques, sont définis par la présence d'hydrogène en tant qu'ion chargé négativement (H-). Les hydrures salins sont généralement considérés comme les hydrures des métaux alcalins et des métaux alcalino-terreux (à l'exception peut-être de l'hydrure de béryllium, BeH2, et de l'hydrure de magnésium, MgH2). Ces métaux réagissent directement avec l'hydrogène à des températures élevées (30-700 °C [570-1300 °F]) pour produire des hydrures de formules générales MH et MH2. Ces composés sont des solides cristallins blancs lorsqu'ils sont purs, mais ils sont généralement gris, en raison des traces d'impuretés du métal.

Leshydrures métalliques se forment en chauffant de l'hydrogène gazeux avec les métaux ou leurs alliages. Les composés les plus étudiés sont ceux des métaux de transition les plus électropositifs (les familles du scandium, du titane et du vanadium). Par exemple, dans la famille du titane, le titane (Ti), le zirconium (Zr) et le hafnium (Hf) forment des hydrures non stœchiométriques lorsqu'ils absorbent de l'hydrogène et dégagent de la chaleur. Ces hydrures ont une réactivité chimique similaire à celle du métal finement divisé lui-même, étant stables dans l'air à température ambiante mais réactifs lorsqu'ils sont chauffés dans l'air ou avec des composés acides. Ils ont également l'apparence du métal, étant des solides noirs grisâtres. Le métal semble être dans un état d'oxydation + 3 et la liaison est principalement ionique.

Leshydrures covalents sont principalement des composés d'hydrogène et de non-métaux, dans lesquels les liaisons sont manifestement des paires d'électrons partagées par des atomes d'électronégativités comparables. Par exemple, la plupart des hydrures non métalliques sont des composés volatils, maintenus ensemble à l'état condensé par des interactions intermoléculaires de van der Waals relativement faibles. Les hydrures covalents sont des liquides ou des gaz dont le point de fusion est bas et le point d'ébullition autorisé, sauf dans les cas (comme l'eau) où leurs propriétés sont modifiées par la liaison hydrogène. Les hydrures covalents peuvent être formés à partir du bore (B), de l'aluminium (Al) et du gallium (Ga) du groupe 13 du tableau périodique (tableau 3.7). Les espèces d'hydrogène ionique du bore (BH4-) et de l'aluminium (AlH4-) sont largement utilisées comme sources d'hydrures.

Application des hydrures

* Les hydrures tels que le borohydrure de sodium, l'hydrure de lithium et d'aluminium, l'hydrure de diisobutylaluminium (DIBAL) et le superhydrure sont couramment utilisés comme agents réducteurs dans la synthèse chimique. L'hydrure s'ajoute à un centre électrophile, généralement un carbone insaturé.

* Les hydrures tels que l'hydrure de sodium et l'hydrure de potassium sont utilisés comme bases fortes dans la synthèse organique. L'hydrure réagit avec l'acide faible de Bronsted en libérant H2.

* Les hydrures tels que l'hydrure de calcium sont utilisés comme déshydratants, c'est-à-dire comme agents de séchage, pour éliminer les traces d'eau des solvants organiques. L'hydrure réagit avec l'eau en formant de l'hydrogène et un sel d'hydroxyde. Le solvant sec peut ensuite être distillé ou transféré sous vide à partir du "pot de solvant".

* Les hydrures sont importants dans les technologies de batteries de stockage telles que les batteries nickel-hydrure métallique. Divers hydrures métalliques ont été examinés en vue de leur utilisation comme moyen de stockage de l'hydrogène pour les voitures électriques alimentées par des piles à combustible et pour d'autres aspects de l'économie de l'hydrogène.

* Les complexes d'hydrures sont des catalyseurs et des intermédiaires catalytiques dans une variété de cycles catalytiques homogènes et hétérogènes. Parmi les exemples importants, on peut citer les catalyseurs d'hydrogénation, d'hydroformylation, d'hydrosilylation et d'hydrodésulfuration. Même certaines enzymes, l'hydrogénase, fonctionnent via des intermédiaires hydrides. Le vecteur énergétique nicotinamide adénine dinucléotide réagit comme un donneur d'hydrure ou un équivalent d'hydrure.

Référence

James G.Speight : Natural Water Remediation-Chemistry and Technology. 2020, Pages 91-129
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydride