Hydrure

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Un hydrure est un composé chimique de l’hydrogène avec d’autres éléments. À l’origine, le terme “hydrure” était strictement réservé à des composés contenant des métaux mais la définition a été étendue à des composés où l’hydrogène a un lien direct avec un autre élément.

Sommaire 1 Les types d’hydrures 2 Hydrures ioniques 2.1 Description 2.2 Préparation 3 Hydrures covalents 4 Hydrures interstitiels des métaux de transition 5 Utilisation

[modifier] Les types d’hydrures

• • Hydrures métalloïdiques à liaison covalente
  • Hydrures métalliques
    • Hydrures ioniques
    • hydrures à liaison covalente
  • Composés d’insertion de l’hydrogène dans un réseau métallique

Dans les hydrures contenant des éléments des groupes principaux, l’électronégativité d’un élément en rapport à l’hydrogène détermine si le composé est de l’un des deux premiers types. Les métaux électropositifs, à la gauche du tableau périodique forment des hydrures covalents bien que le silane soit une des exceptions.

[modifier] Hydrures ioniques

[modifier] Description

Dans les hydrures ioniques, l’hydrogène se comporte comme un halogène et capte un électron du métal pour former l’ion hydrure ( H^-) obtenant ainsi la configuration électronique stable de l’hélium ou complétant une orbitale s. L’autre élément est un métal plus électropositif que l’hydrogène, en général un métal alcalin ou alcalino terreux. Ces hydrures sont binaires s’ils comportent seulement deux éléments y compris l’hydrogène. La formule chimique des hydrures binaires ioniques est ou MH comme dans l’hydrure de lithium, ou MH₂ comme dans l’hydrure de magnésium. Les hydrures de gallium, indium, thallium et de lanthanides sont aussi ioniques. Leur structure est totalement cristalline.

[modifier] Préparation

Ils sont préparés en faisant réagir l’élément avec l’hydrogène gazeux, si nécessaire sous pression. Les hydrures ioniques sont couramment utilisés comme agents réducteurs dans la chimie de synthèse mais ce sont des bases trop puissantes et trop réactives pour être utilisées purs. On utilise des hydrures de réactivité plus faible spécialement dans les réactions dans l’eau ou dans des solvants organiques . On peut opérer des réductions dans l’eau par le borohydrure de sodium (NaBH₄) . Si on doit utiliser un hydrure réactif, la réduction doit être effectuée dans un milieu qui réellement dissout l’hydrure sans le décomposer ; par exemple l’ammoniac liquide. Des hydrures purement binaires ne sont pas souvent utilisés dans ce cas. La réactivité de l’hydrure de lithium est réduite formant l’hydrure de lithium et d’aluminium.

4 LiH + AlCl₃ → LiAlH₄ + 3 LiCl

L’eau elle-même ne convient pas comme milieu pour les hydrures purement ioniques et pour l’hydrure d’aluminium et de lithium parce ce sont des bases plus fortes que les hydroxydes. L’hydrogène gazeux est dégagé en contact avec l’eau. Cette libération est une typique réaction acide-base.

H^- + H₂O → H₂ (gaz) + OH^-

[modifier] Hydrures covalents

Comme le nom l’indique, l’hydrogène est lié par covalence à des éléments plus électronégatifs : bore, aluminium et béryllium. L’hydrogène ne forme pas avec eux des composants réellement ioniques dans les conditions normales. Des composés communs comme les hydrocarbures, l’ammoniaque et l’hydrazine peuvent être considérés comme des hydrures du carbone et de l’azote mais le terme hydrure est seulement utilisé pour désigner la classe de composés de l’hydrogène avec un élément. L’ammoniac n’est jamais appelé du trihydrure d’azote. Une nomenclature à base d’hydrure ne serait pas suffisante pour fournir un nom unique pour chaque hydrocarbure. Les hydrures covalents présentent une faible liaison de London et pour cela sont volatils à la température ambiante et à la pression atmosphérique.

Les hydrures d’aluminium et de béryllium sont des polymères à cause de leurs liaisons multiples. Les propriétés des hydrures covalentes varient individuellement.

Voici la nomenclature de ces hydrures :

• métaux alcalins et terres rares 'hydrure du métal'
• bore : borane
• carbone : alcane, alcène, alcyne
• silicium : silane
• germanium : germane
• étain : stanane ou hydrure d’étain
• plomb : hydrure de plomb ou plombane
• phosphore : phosphine
• arsenic : arsine
• antimoine : hydrure d’antimoine
• bismuth : hydrure de bismuth
• sélénium :hydrure de sélénium
• tellure : hydrure de tellure
• polonium : hydrure de polonium

[modifier] Hydrures interstitiels des métaux de transition

La nature de leur liaison dépend très fort d’un élément à l’autre et change en fonction de conditions externes comme la température, la pression.

L’hydrure de titane est polymérique.

Dans d’autres composés, l’hydrogène est interstitiel. La molécule d’hydrogène se dissocie et les atomes d’hydrogène s’installent dans les trous du réseau cristallin. Très souvent, il n’y a pas de stoechiométrie; il s’agit plutôt d’une solution. L’hydrogène piégé dans le réseau peut y émigrer, réagir avec les impuretés présentes et dégrader les propriétés du matériau.

Par exemple, l’hydrure de palladium n’est pas encore tout à fait considéré comme un composé bien qu’il se forme probablement PdH₂. La molécule de dihydrogène partage un électron avec le palladium (chimie) d’une manière encore inconnue et se cache dans les espaces de la structure du cristal de palladium. Le palladium absorbe jusqu’à 900 fois son propre volume d’hydrogène à la température ambiante et est ainsi, peut être la meilleure manière de transporter l’hydrogène pour les piles à énergie des véhicules. L’hydrogène est libéré en fonction de la température et de la pression mais non en fonction de la composition chimique. Les hydrures interstitiels montrent des promesses pour l’emmagasinage de l’hydrogène. Pendant les derniers 25 ans, on a développé beaucoup d’hydrures interstitiels pour absorber et désorber l’hydrogène à la température ambiante et pression atmosphérique.

En général, ils sont basés sur des composés intermétalliques .Cependant leur application est encore limitée puisqu’ils ne sont capables d’emmagasiner que 2 % en poids d’hydrogène ce qui n’est pas assez pour des applications automobiles.

[modifier] Utilisation

Divers hydrures métalliques sont normalement utilisés comme moyens de stockage d’hydrogène dans les cellules équipant les voitures électriques et les batteries électriques.

Ils ont aussi des applications importantes comme agent réducteur.

Exemples :

• hydrure de nickel utilisé dans les batteries NiMH
• hydrure de palladium - électrodes en expérience.
• Tétrahydruroaluminate de lithium - puissant réducteur utilisé en chimie organique
• borohydrure de sodium, - réducteur spécifique, stockage d’hydrogène
• hydrure de sodium - une base puissante utilisée en chimie organique
• diborane - agent réducteur, combustible de fusée, dopant pour semi-conducteur, catalyseur, utilisé en synthèse organique comme le borane, le pentaborane et le décaborane
• arsine - utilisée pour doper les semi-conduteurs
• hydrure d’antimoine - utilisée dans l’industrie des semi-conducteurs
• phosphine - utilisée pour les fumigations
• silane - beaucoup d'utilisations industrielles par exemple fabrication de matériaux composites.
• hydrogène sulfuré - contenu dans le gaz naturel ; importante source de soufre
• des composés comme l'eau et les hydrocarbures peuvent être considérés comme des hydrures