हाइड्रोजन के द्विआधारी यौगिक

हाइड्रोजन (उदजन) के द्वयंगी यौगिक द्वयंगी रासायनिक यौगिक हैं जिनमें केवल हाइड्रोजन और एक अन्य रासायनिक तत्व होता है। अधिवेशन के अनुसार सभी द्विआधारी हाइड्रोजन यौगिकों को हाइड्राइड कहा जाता है, भले ही उनमें हाइड्रोजन परमाणु आयन न हो।   इन हाइड्रोजन यौगिकों को कई प्रकारों में समूहीकृत किया जा सकता है।

अवलोकन
समूह 1 में युग्मक हाइड्रोजन यौगिक आयनिक हाइड्राइड (जिसे लवणीय हाइड्राइड भी कहा जाता है) हैं, जिसमें हाइड्रोजन स्थिर वैद्युत विक्षेप रूप से बंधा होता है। क्योंकि हाइड्रोजन निद्युत अर्थ में कुछ हद तक केंद्रीय रूप से स्थित है, इसलिए हाइड्राइड को वस्तुतः आयनिक व्यवहार करने वाले के रूप में सटीक रूप से वर्णित करने के लिए काउंटरियन का असाधारण विद्युत् घनात्मक होना आवश्यक है। इसलिए, हाइड्राइड्स की इस श्रेणी में केवल कुछ ही घटक होते हैं।

समूह 2 में हाइड्राइड बहुलक सहसंयोजक हाइड्राइड हैं। इनमें, हाइड्रोजन सहसंयोजक बंधनों को पाटता है, जिसमें सामान्यतः आयनिक चरित्र की औसत डिग्री होती है, जिससे उन्हें सहसंयोजक या आयनिक के रूप में सटीक रूप से वर्णित करना कठिन हो जाता है। एक अपवाद बेरिलियम हाइड्राइड है, जिसमें निश्चित रूप से सहसंयोजक गुण होते हैं।

संक्रमण धातुओं और लैंथेनाइड्स में हाइड्राइड भी सामान्यतः बहुलक सहसंयोजक हाइड्राइड होते हैं। हालाँकि, उनमें सामान्यतः आयनिक चरित्र की केवल शक्तिहीन डिग्री होती है। सामान्यतः, ये हाइड्राइड परिवेशीय परिस्थितियों में तीव्रता से अपने घटक तत्वों में विघटित हो जाते हैं। परिणामों में विघटित, प्रायः उचित तत्वानुपातकीय या इसके करीब, हाइड्रोजन की सांद्रता वाले धात्विक आव्यूह सम्मिलित होते हैं, जो नगण्य से लेकर पर्याप्त तक होते हैं। ऐसे ठोस को ठोस विलयन के रूप में सोचा जा सकता है और इसे वैकल्पिक रूप से धात्विक- या अंतरालीय हाइड्राइड कहा जाता है। इन विघटित ठोसों को बिजली का संचालन करने की उनकी क्षमता और उनके चुंबकीय गुणों (हाइड्रोजन की उपस्थिति धातु के संयोजी इलेक्ट्रॉन के विस्थानन के साथ जोड़ा जाता है) और धातु की तुलना में उनके कम घनत्व से पहचाना जा सकता है। लवणीय हाइड्राइड और बहुलक सहसंयोजक हाइड्राइड दोनों सामान्यतः पानी और हवा के साथ दृढ़ता से प्रतिक्रिया करते हैं।

एक आवश्यक कदम के रूप में अपघटन की आवश्यकता के बिना धात्विक हाइड्राइड का उत्पादन संभव है। यदि थोक धातु के प्रतिरूप को कई हाइड्रोजन अवशोषण तकनीकों में से किसी एक के अधीन किया जाता है, तो धातु की चमक और कठोरता जैसी विशेषताएं प्रायः काफी हद तक सुरक्षित रहती हैं। थोक ऐक्टिनॉइड हाइड्राइड केवल इसी रूप में जाने जाते हैं। अधिकांश डी-ब्लॉक तत्वों के लिए हाइड्रोजन के प्रति आकर्षण कम है। इसलिए, दुर्ग के उल्लेखनीय अपवाद को छोड़कर, इस ब्लॉक के तत्व मानक तापमान और दबाव के अंतर्गत हाइड्राइड (हाइड्राइड गैप) नहीं बनाते हैं। पैलेडियम अपनी मात्रा से 900 गुना अधिक हाइड्रोजन को अवशोषित कर सकता है और इसलिए हाइड्रोजन भंडारण के क्षेत्र में इस पर सक्रिय रूप से शोध किया जा रहा है।

समूह 13 से 17 (पी-ब्लॉक) के तत्व सहसंयोजक बंधन हाइड्राइड (या अधातु हाइड्राइड) बनाते हैं। समूह 12 में तत्व जिंक हाइड्राइड एक सामान्य रासायनिक अभिकर्मक है लेकिन कैडमियम हाइड्राइड और मरकरी (पारा) (आई) हाइड्राइड बहुत अस्थिर और गूढ़ हैं। समूह 13 में बोरॉन हाइड्राइड अत्यधिक प्रतिक्रियाशील एकलक BH3 के रूप में उपस्थित हैं, उदाहरण के लिए अमोनिया बोरेन या द्वितयी डाइबोरेन के रूप में और बीएच स्तवक यौगिकों के एक पूरे समूह के रूप में। एलेन (AlH3) एक बहुलक है। गैलियम डिमर डिगैलेन के रूप में उपस्थित है। इंडियम हाइड्राइड केवल −90 C के नीचे स्थिर है। अंतिम समूह 13 हाइड्राइड, थैलियम हाइड्राइड के बारे में अधिक जानकारी नहीं है।

CnH2n+2 प्रकार के कार्बन के साथ संभावित द्विआधारी संतृप्त यौगिकों की कुल संख्या के कारण बहुत बड़ा होने के कारण, इसमें समूह 14 के कई हाइड्राइड हैं। समूह में नीचे जाने पर युग्मक सिलिकॉन यौगिकों (सिलेन) की संख्या छोटी होती है (सीधे या शाखित लेकिन संभवतः ही कभी चक्रीय) उदाहरण के लिए दिसिलाने और ट्राइसिलेन है। जर्मेनियम के लिए केवल 5 रैखिक श्रृंखला वाले द्वयंगी यौगिकों को गैस या वाष्पशील तरल पदार्थ के रूप में जाना जाता है। उदाहरण एन-पेंटेजर्मेन, आइसोपेंटेजर्मेन और नियोपेंटेजर्मेन हैं। टिन का केवल डिस्टैनेन ज्ञात है। प्लंबन एक अस्थिर गैस है।

हाइड्रोजन हैलाइड, हाइड्रोजन चाल्कोजेनाइड्स और पिन्क्टोजन हाइड्राइड भी हाइड्रोजन के साथ यौगिक बनाते हैं, जिनके सबसे हल्के घटक हाइड्रोजन बंधन के कारण कई असामान्य गुण दिखाते हैं।

चिरप्रतिष्ठितेतर हाइड्राइड वे होते हैं जिनमें अतिरिक्त हाइड्रोजन अणु केंद्रीय परमाणुओं पर संलग्नी के रूप में समन्वित होते हैं। ये बहुत अस्थिर हैं लेकिन कुछ का अस्तित्व दिखाया गया है।

पॉलीहाइड्राइड्स या सुपरहाइड्राइड्स ऐसे यौगिक हैं जिनमें हाइड्रोजन परमाणुओं की संख्या संयोजन परमाणु की संयोजकता से अधिक होती है। ये केवल अत्यधिक दबाव में ही स्थिर हो सकते हैं, लेकिन उच्च तापमान वाले अतिचालक भी हो सकते हैं, जैसे कि H3S, 203 K तक अतिचालक होते हैं। कमरे के तापमान अतिसंवाहक की खोज की आशा के साथ पॉलीहाइड्राइड्स का सक्रिय रूप से अध्ययन किया जाता है।

स्थिर युग्मक हाइड्राइड्स की आवर्त सारणी
मानक तापमान और दबाव पर युग्मक हाइड्रोजन यौगिकों और मिश्र धातुओं की सापेक्ष स्थिरता का अनुमान उनके गठन मूल्यों की मानक तापीय धारिता से लगाया जा सकता है।

आण्विक हाइड्राइड्स
एकलकी आणविक हाइड्राइड के अलगाव के लिए सामान्यतः बेहद मृदु स्थितियों की आवश्यकता होती है, जो आंशिक दबाव और परिशीतन तापमान हैं। इसका कारण त्रिमुखी है - सबसे पहले, अधिकांश आणविक हाइड्राइड अपने तत्वों में अपघटन के प्रति ऊष्मागतिक रूप से अस्थिर होते हैं; दूसरे, कई आणविक हाइड्राइड भी बहुलकीकरण के प्रति ऊष्मागतिक रूप से अस्थिर होते हैं; और तीसरा, अधिकांश आणविक हाइड्राइड भी कम सक्रियण ऊर्जा बाधाओं के कारण इस प्रकार की प्रतिक्रियाओं के प्रति गतिज रूप से अस्थिर होते हैं।

अपघटन की ओर अस्थिरता सामान्यतः भारी तत्वों की कक्षाओं से आणविक बंधन कक्षाओं में खराब योगदान के कारण होती है। बहुलकीकरण के प्रति अस्थिरता बहुलक के सापेक्ष एकलक की इलेक्ट्रॉन-कमी का परिणाम है। भारी तत्वों द्वारा निर्मित आणविक कक्षाओं के ऊर्जा स्तर को निर्धारित करने में सापेक्षतावादी प्रभाव महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। परिणामस्वरूप, इन आणविक हाइड्राइडों में सामान्यतः अपेक्षा से कम इलेक्ट्रॉन की कमी होती है। उदाहरण के लिए, केवल आवर्त सारणी के 12वें स्तंभ में इसकी स्थिति के आधार पर, पारा (II) हाइड्राइड की कमी होने की अपेक्षा की जाएगी। हालाँकि, यह वस्तुतः तृप्त है, एकलकी रूप किसी भी ऑलिगोमेरिक रूप की तुलना में अधिक ऊर्जावान रूप से अनुकूल है।

नीचे दी गई तालिका प्रत्येक तत्व के लिए एकलकी हाइड्राइड दिखाती है जो निकटतम है, लेकिन इसकी स्वानुभविक संयोजकता से अधिक नहीं है। स्वानुभविक संयोजकता एक तत्व की संयोजकता है जो अष्टक, डुओडेक्टेट और सेक्सडेक्टेट संयोजकता नियमों का कठोरता से पालन करता है। विभिन्न स्थैतिक और विद्युत् प्रभावों द्वारा तत्वों को उनकी स्वानुभविक संयोजकता तक पहुँचने से रोका जा सकता है। उदाहरण के लिए, क्रोमियम की स्तिथि में, स्टीयरिक बाधा यह सुनिश्चित करती है कि अष्टफलकीय और त्रिकोणीय प्रिज्मीय आणविक ज्यामिति दोनों कुबास जटिल संरचनात्मक समभारी को पुनर्व्यवस्थित करने के लिए ऊष्मागतिक रूप से अस्थिर हैं।

जहां उपलब्ध है, प्रत्येक एकलक के लिए गठन की तापीय धारिता और इसकी मानक अवस्था में हाइड्राइड के लिए गठन की तापीय धारिता दोनों को (कोष्ठक में) दिखाया गया है ताकि यह पता चल सके कि कौन से एकलक निचली तापीय धारिता अवस्थाओं में एकत्रीकरण से पारित होते हैं। उदाहरण के लिए, एकलकी लिथियम हाइड्राइड में 139 kJ mol−1 की गठन तापीय धारिता होती है, जबकि ठोस लिथियम हाइड्राइड की तापीय धारिता −91 kJ mol−1 है। इसका अर्थ यह है कि यह एकलकी LiH के एक मोल के लिए आयनिक ठोस में एकत्र होने के लिए ऊर्जावान रूप से अनुकूल है, जिसके परिणामस्वरूप 230 kJ की हानि होती है। एकत्रीकरण एक रासायनिक संघ के रूप में हो सकता है, जैसे बहुलकीकरण, या यह स्थिर वैद्युत विक्षेप संघ के रूप में हो सकता है, जैसे कि पानी में हाइड्रोजन-बंधन का निर्माण होता है।

चिरप्रतिष्ठित हाइड्राइड्स
इस तालिका में संपूर्णता के लिए तापीय रूप से अस्थिर डाइहाइड्रोजन संकुल सम्मिलित हैं। उपरोक्त तालिका की तरह, सबसे स्थिर संकुल की लापरवाही को देखते हुए केवल सबसे पूर्ण संयोजकता वाले संकुलों को ही दिखाया गया है।

चिरप्रतिष्ठितेतर सहसंयोजक हाइड्राइड्स
एक आणविक हाइड्राइड संलग्नी के रूप में कार्य करने वाले हाइड्रोजन अणुओं से बंधने में सक्षम हो सकता है। संकुल को चिरप्रतिष्ठितेतर सहसंयोजक हाइड्राइड्स कहा जाता है। इन परिसरों में चिरप्रतिष्ठित सहसंयोजक हाइड्राइड की तुलना में अधिक हाइड्रोजन होता है, लेकिन ये केवल बहुत कम तापमान पर ही स्थिर होते हैं। उन्हें अक्रिय गैस आव्यूह में, या परिशीतन गैस के रूप में अलग किया जा सकता है। अन्य की भविष्यवाणी केवल कम्प्यूटेशनल (संगणनात्मक) रसायन विज्ञान का उपयोग करके की गई है।

हाइड्रोजन समाधान
तत्वों में हाइड्रोजन की घुलनशीलता अत्यधिक परिवर्तनशील होती है। जब विलयन का निरंतर चरण धातु होता है, तो धातु की स्फटिक संरचना के भीतर हाइड्रोजन की स्थिति के कारण इसे धात्विक हाइड्राइड या अंतरालीय हाइड्राइड कहा जाता है। समाधान में, हाइड्रोजन परमाणु या आणविक रूप में हो सकता है। कुछ तत्वों के लिए, जब हाइड्रोजन की मात्रा इसकी घुलनशीलता से अधिक हो जाती है, तो अतिरिक्त मात्रा उचित तत्वानुपातकीय यौगिक के रूप में अवक्षेपित हो जाती है। नीचे दी गई तालिका ग्राम अणुक अनुपात 25 C और 100 केपीए के रूप में प्रत्येक तत्व में हाइड्रोजन की घुलनशीलता को दर्शाती है ।