- Caractéristiques des composés spéciaux
- Carbonoïdes
- Azoteoïdes
- Nomenclature
- Formation
- Carbonoïdes
- Azoteoïdes
- Applications
- Références
Les composés spéciaux sont tous ceux constitués des hydrures covalents des carbonoïdes et azotés. Il s'agit de composés de formule EH 4, pour les carbonides ou éléments du groupe 14, ou de formule EH 3 pour les éléments azotés ou du groupe 15.
La raison pour laquelle certains chimistes appellent ces hydrures des composés spéciaux n'est pas très claire; Ce nom peut être relatif, bien que, ignorant que H 2 O ne se trouve pas parmi eux, certains sont très instables et rares, ils pourraient donc être dignes d'un tel qualificatif.
Hydrures de glucides et d'azote. Source: Gabriel Bolívar.
Deux molécules d'hydrure EH 4 (à gauche) et EH 3 (à droite) sont représentées dans l'image du haut avec un modèle de sphères et de bâtonnets. Notez que les hydrures EH 4 sont tétraédriques, tandis que EH 3 ont une géométrie pyramidale trigonale, avec une paire d'électrons au-dessus de l'atome central E.
En descendant les groupes 14 et 15, l'atome central se développe et la molécule devient plus lourde et plus instable; puisque les liaisons EH sont affaiblies par le faible chevauchement de leurs orbitales. Les hydrures les plus lourds sont peut-être les véritables composés spéciaux, tandis que le CH 4, par exemple, est assez abondant dans la nature.
Caractéristiques des composés spéciaux
En divisant les composés spéciaux en deux groupes définis d'hydrures covalents, une brève description de leurs caractéristiques sera donnée séparément.
Carbonoïdes
Comme mentionné au début, leurs formules sont EH 4 et sont constituées de molécules tétraédriques. Le plus simple de ces hydrures est le CH 4, qui, ironiquement, est également classé comme un hydrocarbure. La chose la plus importante à propos de cette molécule est la stabilité relative de ses liaisons CH.
De plus, les liaisons CC sont très fortes, provoquant la concaténation du CH 4 pour former la famille des hydrocarbures. De cette manière, des chaînes CC de grandes longueurs et avec de nombreuses liaisons CH apparaissent.
Pas la même chose avec ses homologues plus lourds. SiH 4, par exemple, a des liaisons Si-H très instables, ce qui fait de ce gaz un composé plus réactif que l'hydrogène lui-même. De plus, leurs concaténations sont peu efficaces ou stables, générant des chaînes Si-Si de seulement dix atomes au plus.
Parmi ces produits de concaténation, on trouve les hexahydrures, E 2 H 6: C 2 H 6 (éthane), Si 2 H 6 (disilane), Ge 2 H 6 (digestman) et Sn 2 H 6 (diestannane).
Les autres hydrures: GeH 4, SnH 4 et PbH 4 sont des gaz encore plus instables et explosifs, dont leur action réductrice est mise à profit. PbH 4 est considéré comme un composé théorique, car il est si réactif qu'il ne peut pas être obtenu correctement.
Azoteoïdes
Du côté des hydrures d'azote ou du groupe 15, on retrouve les molécules de la pyramide trigonale EH 3. Ces composés sont également gazeux, instables, incolores et toxiques; mais plus polyvalent et utile que EH 4.
Par exemple, le NH 3, le plus simple d'entre eux, est l'un des composés chimiques les plus produits industriellement, et son odeur désagréable le caractérise très bien. Le PH 3 pour sa part sent l'ail et le poisson, et l'AsH 3 sent les œufs pourris.
Toutes les molécules EH 3 sont basiques; mais NH 3 est couronné dans cette caractéristique, étant la base la plus forte en raison de l'électronégativité et de la densité d'électrons plus élevées de l'azote.
NH 3 ne peut également être concaténé, comme le CH 4, qu'à un degré bien moindre; l'hydrazine, N 2 H 4 (H 2 N-NH 2) et le triazane, N 3 H 5 (H 2 N-NH-NH 2), sont des exemples de composés provoqués par la concaténation d'azote.
De même, les hydrures PH 3 et AsH 3 sont concaténés pour donner respectivement P 2 H 4 (H 2 P-PH 2) et As 2 H 4 (H 2 As-AsH 2).
Nomenclature
Pour nommer ces composés spéciaux, deux nomenclatures sont utilisées la plupart du temps: la traditionnelle et l'IUPAC. Ci-dessous les hydrures EH 4 et EH 3 seront décomposés avec leurs formules et noms respectifs.
- CH 4: méthane.
- SiH 4: silane.
- GeH 4: allemand.
- SnH 4: stannane.
- PbH 4: plombier.
- NH 3: ammoniac (traditionnel), azano (IUPAC).
- PH 3: phosphine, phosphane.
- AsH 3: arsine, arsan.
- SbH 3: stibnite, stiban.
- BiH 3: bismutine, bismutane.
Bien entendu, les nomenclatures systématique et stock peuvent également être utilisées. Le premier spécifie le nombre d'atomes d'hydrogène avec les préfixes grecs di, tri, tétra, etc. Le CH 4 serait appelé selon cette nomenclature tétrahydrure de carbone. Alors que selon la nomenclature du stock, le CH 4 serait appelé hydrure de carbone (IV).
Formation
Chacun de ces composés spéciaux présente de multiples méthodes de préparation, que ce soit à l'échelle industrielle, en laboratoire et même dans des procédés biologiques.
Carbonoïdes
Le méthane est formé par divers phénomènes biologiques où des pressions et des températures élevées fragmentent les hydrocarbures de masses moléculaires plus élevées.
Il s'accumule dans d'énormes poches de gaz en équilibre avec le pétrole. En outre, au fond de l'Arctique, il reste enfermé dans des cristaux de glace appelés clathrates.
Le silane est moins abondant et l'une des nombreuses méthodes par lesquelles il est produit est représentée par l'équation chimique suivante:
6H 2 (g) + 3SiO 2 (g) + 4Al (s) → 3SiH 4 (g) + 2Al 2 O 3 (s)
Concernant GeH 4, il est synthétisé au niveau du laboratoire selon les équations chimiques suivantes:
Na 2 GeO 3 + NaBH 4 + H 2 O → GeH 4 + 2 NaOH + NaBO 2
Et SnH 4 se forme lorsqu'il réagit avec KAlH 4 en milieu tétrahydrofurane (THF).
Azoteoïdes
L'ammoniac, comme le CH 4, peut se former dans la nature, en particulier dans l'espace sous forme de cristaux. Le principal processus par lequel le NH 3 est obtenu est le processus Haber-Bosch, représenté par l'équation chimique suivante:
3 H 2 (g) + N 2 (g) → 2 NH 3 (g)
Le procédé implique l'utilisation de températures et de pressions élevées, ainsi que de catalyseurs pour favoriser la formation de NH 3.
La phosphine se forme lorsque le phosphore blanc est traité avec de l'hydroxyde de potassium:
3 KOH + P 4 + 3 H 2 O → 3 KH 2 PO 2 + PH 3
L'arsine se forme lorsque ses arséniures métalliques réagissent avec des acides ou lorsqu'un sel d'arsenic est traité avec du borohydrure de sodium:
Na 3 As + 3 HBr → AsH 3 + 3 NaBr
4 AsCl 3 + 3 NaBH 4 → 4 AsH 3 + 3 NaCl + 3 BCl 3
Et la bismuthine lorsque la méthylbismuthine est disproportionnée:
3 BiH 2 CH 3 → 2 BiH 3 + Bi (CH 3) 3
Applications
Enfin, certaines des nombreuses utilisations de ces composés spéciaux sont mentionnées:
- Le méthane est un combustible fossile utilisé comme gaz de cuisson.
- Le silane est utilisé dans la synthèse organique de composés organosiliciés par ajout aux doubles liaisons d'alcènes et / ou d'alcynes. De plus, du silicium peut en être déposé pendant la fabrication des semi-conducteurs.
- Comme SiH 4, le germanique est également utilisé pour ajouter des atomes de Ge en tant que films dans les semi-conducteurs. Il en est de même pour la stibine, en ajoutant des atomes de Sb sur des surfaces de silicium par électrodéposition de ses vapeurs.
- L'hydrazine a été utilisée comme carburant de fusée et pour extraire des métaux précieux.
- L'ammoniac est destiné à l'industrie des engrais et pharmaceutique. C'est pratiquement une source réactive d'azote, permettant l'ajout d'atomes d'azote à d'innombrables composés (amination).
- L'arsine était considérée comme une arme chimique pendant la Seconde Guerre mondiale, laissant le tristement célèbre gaz phosgène, COCl 2, à sa place.
Références
- Shiver et Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie. (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
- Chimie. (2016, 30 avril). Composés spéciaux. Récupéré de: websterquimica.blogspot.com
- Formule Alonso. (2018). H sans métal. Récupéré de: alonsoformula.com
- Wikipédia. (2019). Hydrure du groupe 14. Récupéré de: en.wikipedia.org
- Le gourou de la chimie. (sf). Hydrures d'azote. Récupéré de: thechemistryguru.com