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Inorganic Chemistry अकार्बनिक रसायन (Inorganic Chemistry)

Hydrides हाइड्राइड (Hydrides)

Hydrides are binary compounds formed by hydrogen with elements of lower or similar electronegativity across the periodic table. They are classified into ionic, covalent, and metallic hydrides based on bonding characteristics and electronegativity differences. हाइड्राइड ऐसे द्विअंगी यौगिक (binary compounds) हैं जो हाइड्रोजन द्वारा आवर्त सारणी में कम या समान विद्युत ऋणात्मकता (electronegativity) वाले तत्वों के साथ मिलकर बनते हैं। इन्हें बंधन विशेषताओं और विद्युत ऋणात्मकता के अंतर के आधार पर आयनिक, सहसंयोजक और धात्विक हाइड्राइड में वर्गीकृत किया गया है।

UP PGT Chemistry Subject Code 02 B.Sc. / M.Sc. Level

Classification and Bonding of Hydrides हाइड्राइड का वर्गीकरण और बंधन

  • Saline or ionic hydrides are formed by s-block elements (except Be and Mg) and possess high melting points as crystalline solids.
  • Covalent or molecular hydrides are formed by p-block elements and are further subdivided into electron-precise, electron-deficient, and electron-rich categories.
  • Metallic or interstitial hydrides are formed by d-block and f-block transition metals where hydrogen occupies interstitial sites in the metal lattice.
  • Polymeric hydrides such as BeH2 and MgH2 exhibit bridge bonding through hydrogen atoms.
  • लवणीय (Saline) या आयनिक हाइड्राइड s-ब्लॉक तत्वों (Be और Mg को छोड़कर) द्वारा बनते हैं और क्रिस्टलीय ठोस के रूप में उच्च गलनांक रखते हैं।
  • सहसंयोजक (Covalent) या आणविक हाइड्राइड p-ब्लॉक तत्वों द्वारा बनते हैं और इन्हें आगे इलेक्ट्रॉन-सटीक (electron-precise), इलेक्ट्रॉन-न्यून (electron-deficient) और इलेक्ट्रॉन-समृद्ध (electron-rich) श्रेणियों में उप-विभाजित किया गया है।
  • धात्विक (Metallic) या अंतराकाशी (interstitial) हाइड्राइड d-ब्लॉक और f-ब्लॉक के संक्रमण धातुओं द्वारा बनते हैं, जहाँ हाइड्रोजन धातु जालक (metal lattice) के अंतराकाशी स्थानों पर स्थित होता है।
  • बहुलकीय (Polymeric) हाइड्राइड जैसे BeH2 और MgH2 हाइड्रोजन परमाणुओं के माध्यम से सेतु बंधन (bridge bonding) प्रदर्शित करते हैं।

Periodic Trends in Hydride Properties हाइड्राइड गुणों में आवर्ती प्रवृत्तियाँ

  • Thermal stability of group 17 hydrides decreases down the group due to a decrease in M-H bond dissociation enthalpy.
  • Acidic strength of group 17 hydrides increases down the group (HF < HCl < HBr < HI) owing to decreasing bond strength.
  • Basic strength of group 15 hydrides decreases down the group (NH3 > PH3 > AsH3 > SbH3) as the electron density on the central atom decreases.
  • Boiling points of hydrides of groups 15, 16, and 17 show anomalous high values for the first element (NH3, H2O, HF) due to intermolecular hydrogen bonding.
  • समूह 17 के हाइड्राइडों की तापीय स्थिरता (thermal stability) समूह में नीचे जाने पर M-H बंध वियोजन एन्थैल्पी (bond dissociation enthalpy) में कमी के कारण घटती है।
  • समूह 17 के हाइड्राइडों की अम्लीय शक्ति (acidic strength) समूह में नीचे जाने पर (HF < HCl < HBr < HI) बंध शक्ति में कमी के कारण बढ़ती है।
  • समूह 15 के हाइड्राइडों की क्षारीय शक्ति (basic strength) समूह में नीचे जाने पर (NH3 > PH3 > AsH3 > SbH3) घटती है क्योंकि केंद्रीय परमाणु पर इलेक्ट्रॉन घनत्व कम हो जाता है।
  • समूह 15, 16 और 17 के हाइड्राइडों के क्वथनांक (boiling points) पहले तत्व (NH3, H2O, HF) के लिए अंतर-आणविक हाइड्रोजन बंधन (intermolecular hydrogen bonding) के कारण असामान्य रूप से उच्च मान प्रदर्शित करते हैं।

Chemical Reactivity and Stoichiometry रासायनिक अभिक्रियाशीलता और स्टॉइकियोमेट्री

  • Ionic hydrides react violently with water to liberate dihydrogen gas and form metal hydroxides.
  • Electron-deficient hydrides like diborane (B2H6) act as Lewis acids and react readily with Lewis bases like amines to form adducts.
  • Transition metal interstitial hydrides often exhibit variable stoichiometry and are non-stoichiometric in nature.
  • Saline hydrides act as strong reducing agents and find extensive use in organic synthesis for generating complex reducing species like LiAlH4.
  • आयनिक हाइड्राइड जल के साथ तीव्रता से अभिक्रिया करके डाइहाइड्रोजन गैस मुक्त करते हैं और धातु हाइड्रॉक्साइड बनाते हैं।
  • इलेक्ट्रॉन-न्यून हाइड्राइड जैसे डाइबोरेन (B2H6) लुईस अम्ल (Lewis acids) के रूप में कार्य करते हैं और एमाइन जैसे लुईस क्षार के साथ आसानी से अभिक्रिया करके योगात्मक उत्पाद (adducts) बनाते हैं।
  • संक्रमण धातु अंतराकाशी हाइड्राइड अक्सर परिवर्तनशील स्टॉइकियोमेट्री (variable stoichiometry) प्रदर्शित करते हैं और प्रकृति में गैर-स्टॉइकियोमेट्रिक होते हैं।
  • लवणीय हाइड्राइड प्रबल अपचायक (reducing agents) के रूप में कार्य करते हैं और कार्बनिक संश्लेषण में LiAlH4 जैसे जटिल अपचायक प्रजातियों को उत्पन्न करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।
📐 Key Formulas & Equations 📐 महत्वपूर्ण सूत्र एवं समीकरण
Hydrolysis of Saline Hydride लवणीय हाइड्राइड का जल-अपघटन (Hydrolysis of Saline Hydride)
H- + H2O → H2 + OH-
Conditions: Standard aqueous conditions
शर्तें: मानक जलीय स्थितियाँ
इकाइयाँ: लागू नहीं
Borane Dimerization बोरेन द्विलकीकरण (Borane Dimerization)
2BH3 → B2H6
Conditions: Lewis acid-base interaction involving three-center two-electron bonds
शर्तें: तीन-केंद्र दो-इलेक्ट्रॉन बंधों से जुड़ी लुईस अम्ल-क्षार अन्योन्यक्रिया
इकाइयाँ: लागू नहीं
Thermal Stability Parameter तापीय स्थिरता पैरामीटर (Thermal Stability Parameter)
ΔHf° decreases down the group
Conditions: Group 16 and Group 17 hydrides
शर्तें: समूह 16 और समूह 17 के हाइड्राइड
इकाइयाँ: kJ/mol
General Ionic Hydride Formation सामान्य आयनिक हाइड्राइड निर्माण (General Ionic Hydride Formation)
2M + H2 → 2MH
Conditions: Reaction of alkali and heavier alkaline earth metals with dihydrogen at high temperatures
शर्तें: उच्च तापमान पर क्षार और भारी क्षारीय मृदा धातुओं की डाइहाइड्रोजन के साथ अभिक्रिया
इकाइयाँ: लागू नहीं
⚠️ Important Exceptions & Anomalies ⚠️ महत्वपूर्ण अपवाद एवं विसंगतियाँ
Exceptionअपवाद Alkaline earth metals form ionic hydridesक्षारीय मृदा धातुएँ आयनिक हाइड्राइड बनाती हैं

Observation: Beryllium hydride (BeH2) and magnesium hydride (MgH2) are covalent and polymeric — High charge density and polarizing power of Be2+ and Mg2+ cause partial covalent character through orbital polarization. प्रेक्षण: बेरिलियम हाइड्राइड (BeH2) और मैग्नीशियम हाइड्राइड (MgH2) सहसंयोजक और बहुलकीय होते हैं — Be2+ और Mg2+ का उच्च आवेश घनत्व और ध्रुवण क्षमता (polarizing power) कक्षीय ध्रुवण के माध्यम से आंशिक सहसंयोजक गुण उत्पन्न करती है।

Exceptionअपवाद Boiling points increase down a group as molecular weight increases due to van der Waals forcesआणविक भार बढ़ने के साथ समूह में नीचे जाने पर क्वथनांक बढ़ता है

Observation: NH3, H2O, and HF have abnormally high boiling points compared to subsequent hydrides in their respective groups — Presence of strong intermolecular hydrogen bonding in the first-row hydrides. प्रेक्षण: NH3, H2O और HF के क्वथनांक अपने संबंधित समूहों के बाद के हाइड्राइडों की तुलना में असामान्य रूप से उच्च होते हैं — प्रथम पंक्ति के हाइड्राइडों में प्रबल अंतर-आणविक हाइड्रोजन बंधन की उपस्थिति।

Exceptionअपवाद Hydrides of group 13 are electron-precise or electron-richसमूह 13 के हाइड्राइड इलेक्ट्रॉन-सटीक या इलेक्ट्रॉन-समृद्ध होते हैं

Observation: Group 13 hydrides like diborane are electron-deficient — Central boron atoms possess fewer valence electrons than required for conventional two-center two-electron bonds, leading to 3c-2e banana bonds. प्रेक्षण: डाइबोरेन जैसे समूह 13 के हाइड्राइड इलेक्ट्रॉन-न्यून होते हैं — केंद्रीय बोरॉन परमाणुओं में पारंपरिक दो-केंद्र दो-इलेक्ट्रॉन बंधों के लिए आवश्यक इलेक्ट्रॉनों से कम इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिससे 3c-2e बनाना बंध (banana bonds) बनते हैं।

💡 Shortcuts & Memory Aids 💡 शॉर्टकट एवं स्मरणीय सूत्र
Acidic Strength Trend Ruleअम्लीय शक्ति प्रवृत्ति नियम
Acid Strength ∝ Size of Central Atom (Down the group)

Application: Directly apply for hydrides of groups 16 and 17 where bond length overrides electronegativity. अनुप्रयोग: समूह 16 और 17 के हाइड्राइडों के लिए सीधे लागू करें जहाँ बंध लंबाई विद्युत ऋणात्मकता पर हावी होती है।

Basic Strength Trend Ruleक्षारीय शक्ति प्रवृत्ति नियम
Base Strength ∝ Charge Density / Lone Pair Availability

Application: Applies inversely to group size for groups 15, 16, and 17 hydrides. अनुप्रयोग: समूह 15, 16 और 17 के हाइड्राइडों के लिए समूह आकार के व्युत्क्रमानुपाती लागू होता है।

Banana Bond Countingबनाना बंध गणना
Number of 3c-2e bonds in B2H6 = 2

Application: Quick identification of bridging hydrogens in electron-deficient hydrides. अनुप्रयोग: इलेक्ट्रॉन-न्यून हाइड्राइडों में सेतु हाइड्रोजन की त्वरित पहचान।

⚖️ Comparison of Hydride Types ⚖️ हाइड्राइड प्रकारों की तुलना
PropertyगुणIonic (Saline) Hydridesआयनिक (लवणीय) हाइड्राइडCovalent Hydridesसहसंयोजक हाइड्राइडMetallic Hydridesधात्विक हाइड्राइड
Constituent Elementsघटक तत्वs-Block metalss-ब्लॉक धातुएँp-Block non-metals / metalloidsp-ब्लॉक अधातु / उपधातुd- and f-Block transition metalsd- और f-ब्लॉक संक्रमण धातुएँ
Bonding Natureबंधन की प्रकृतिElectrostatic / Ionicस्थिर वैद्युत / आयनिकShared electron pairsसाझा इलेक्ट्रॉन युग्मMetallic with interstitial Hअंतराकाशी H के साथ धात्विक
Electrical Conductivityविद्युत चालकताConduct electricity in molten stateगलित अवस्था में विद्युत चालकNon-conductorsविद्युत कुचालकGood electrical conductorsअच्छे विद्युत चालक
Physical Stateभौतिक अवस्थाCrystalline solidsक्रिस्टलीय ठोसGases or volatile liquidsगैस या वाष्पशील द्रवMetallic lustrous solidsधात्विक चमक वाले ठोस
🎯 Key Exam Points 🎯 महत्वपूर्ण परीक्षा बिंदु (Key Exam Points)
  • Saline hydrides conduct electricity in the molten state and evolve hydrogen gas at the anode.
  • Beryllium hydride is prepared by the reaction of beryllium chloride with lithium aluminum hydride.
  • Diborane contains two terminal B-H bonds and two bridging B-H-B banana bonds.
  • Water has a maximum boiling point in group 16 hydrides due to an extensive three-dimensional hydrogen-bonded network.
  • Transition metal hydrides are often non-stoichiometric, historically termed metallic hydrides.
  • Hydrazine (N2H4) and hydrogen peroxide are examples of covalent hydrides with functional heteroatom linkages.
  • लवणीय हाइड्राइड गलित अवस्था में विद्युत का चालन करते हैं और एनोड पर हाइड्रोजन गैस मुक्त करते हैं।
  • बेरिलियम हाइड्राइड को बेरिलियम क्लोराइड की लिथियम एल्युमीनियम हाइड्राइड के साथ अभिक्रिया द्वारा तैयार किया जाता है।
  • डाइबोरेन में दो टर्मिनल B-H बंध और दो सेतु B-H-B बनाना बंध होते हैं।
  • व्यापक त्रि-आयामी हाइड्रोजन-बंधित नेटवर्क के कारण समूह 16 के हाइड्राइडों में जल का क्वथनांक अधिकतम होता है।
  • संक्रमण धातु हाइड्राइड अक्सर गैर-स्टॉइकियोमेट्रिक होते हैं, जिन्हें ऐतिहासिक रूप से धात्विक हाइड्राइड कहा जाता है।
  • हाइड्राज़ीन (N2H4) और हाइड्रोजन पेरोक्साइड कार्यात्मक हेटेरोएटम लिंकेज वाले सहसंयोजक हाइड्राइड के उदाहरण हैं।
🚫 Common Errors & Confusions 🚫 सामान्य भ्रांतियाँ एवं त्रुटियाँ (Common Errors)
  • Assuming all s-block hydrides are purely ionic; beryllium and magnesium form polymeric covalent hydrides.
  • Confusing the acidic trend of group 17 hydrides with their thermal stability trend.
  • Forgetting that transition metal hydrides often show non-stoichiometry and variable composition.
  • Failing to recognize that diborane has bridging hydrogens holding 3-center 2-electron bonds.
  • यह मान लेना कि सभी s-ब्लॉक हाइड्राइड पूरी तरह से आयनिक होते हैं; बेरिलियम और मैग्नीशियम बहुलकीय सहसंयोजक हाइड्राइड बनाते हैं।
  • समूह 17 के हाइड्राइडों की अम्लीय प्रवृत्ति को उनकी तापीय स्थिरता प्रवृत्ति के साथ भ्रमित करना।
  • यह भूल जाना कि संक्रमण धातु हाइड्राइड अक्सर गैर-स्टॉइकियोमेट्री और परिवर्तनशील संरचना प्रदर्शित करते हैं।
  • यह पहचानने में विफल रहना कि डाइबोरेन में सेतु हाइड्रोजन होते हैं जो 3-केंद्र 2-इलेक्ट्रॉन बंधों को धारण करते हैं।