Dvojprvkové sloučeniny vodíku

Dvouprvkové sloučeniny vodíku (v učebnicích také dvojprvkové) jsou sloučeniny vodíku s jediným dalším prvkem. Jak se jmenují a jak vypadá jejich vzorec, záleží na tom, s jakým prvkem je vodík sloučený. Podle toho se dělí do tří skupin:

• hydridy kovů s kovy 1. a 2. skupiny: název hydrid a přídavné jméno s koncovkou podle oxidačního čísla kovu, vodík má −I. Například hydrid sodný `\ce{NaH}` a hydrid vápenatý `\ce{CaH2}`.
• kovalentní hydridy s prvky 13. až 16. skupiny: jednoslovný název s koncovkou -an, například boran `\ce{BH3}`, silan `\ce{SiH4}`, fosfan `\ce{PH3}` a sulfan `\ce{H2S}`. Výjimkou jsou zažité názvy methan, amoniak a voda.
• halogenovodíky s prvky 17. skupiny: název prvku a -vodík, například fluorovodík `\ce{HF}` a chlorovodík `\ce{HCl}`.

Počet vodíků ve vzorci se u hydridů kovů dopočítá z oxidačního čísla kovu, stejně jako u oxidů. U ostatních prvků ho určuje skupina, ve které prvek leží v periodické tabulce:

`\begin{gathered} \text{13. skupina: } \mathrm{XH_3} \qquad \text{14. skupina: } \mathrm{XH_4} \\[4pt] \text{15. skupina: } \mathrm{XH_3} \qquad \text{16. skupina: } \mathrm{H_2X} \\[4pt] \text{17. skupina: } \mathrm{HX} \end{gathered}`

Kdo chce mít výsledek hned, najde ho v kalkulačkách hydrid z názvu na vzorec a ze vzorce na název. Znají hydridy kovů i názvy s koncovkou -an a ke každému výsledku vypíšou postup. Níže je celé názvosloví krok za krokem, s tabulkami a příklady.

Kde v periodické tabulce co platí

Na obrázku jsou hlavní skupiny periodické tabulky. Barva říká, jak se sloučenina prvku s vodíkem jmenuje, číslo nad sloupcem, kolik vodíků váže jeden atom prvku. Šedé prvky se na základní ani střední škole nepojmenovávají.

Skupiny se dnes číslují 1 až 18. Ve starších učebnicích mají hlavní skupiny římská čísla I.A až VIII.A, takže 13. skupina je III.A, 15. skupina V.A a 17. skupina VII.A. Pravidlo pro počet vodíků se ve starém číslování říká takto: u III.A a IV.A je vodíků tolik, kolik je číslo skupiny (3 a 4), u V.A až VII.A je jich 8 minus číslo skupiny (3, 2 a 1).

Hydridy kovů: hydrid sodný, hydrid vápenatý

S kovy 1. a 2. skupiny tvoří vodík hydridy v užším smyslu. Kov je méně elektronegativní než vodík, takže vodík od něj elektron přijme a stane se z něj hydridový aniont `\ce{H-}`. Oxidační číslo vodíku je tedy −I, což je výjimka: ve většině sloučenin, například ve vodě, v amoniaku nebo v kyselinách, má vodík +I.

Název se tvoří stejně jako u oxidů nebo chloridů: podstatné jméno hydrid a přídavné jméno od kovu s koncovkou podle jeho oxidačního čísla (-ný I, -natý II, -itý III). Kladné a záporné náboje se musí vyrovnat, takže kov s oxidačním číslem II potřebuje dva vodíky:

`\begin{gathered} \mathrm{Ca}^{\mathrm{II}}\,\mathrm{H}^{-\mathrm{I}}_{2} \\[4pt] (+2)+2\cdot(-1)=0 \end{gathered}`

Hliník do tabulky patří napůl. Jeho sloučenina s vodíkem `\ce{AlH3}` se podle pravidla jmenuje hydrid hlinitý, ale běžně se jí říká i alan, stejně jako kovalentním hydridům sousedních prvků. Oba názvy jsou správně a vzorec je v obou případech `\ce{AlH3}`.

Příklad 1

Napište vzorec hydridu hořečnatého.

Koncovka -natý znamená oxidační číslo II, hořčík je tedy `\ce{Mg^2+}`. Vodík má v hydridu −I, takže na vyrovnání náboje +2 jsou potřeba dva hydridové anionty: `\ce{MgH2}`. Kontrola: `(+2)+2\cdot(-1)=0`.

Příklad 2

Pojmenujte `\ce{KH}` a `\ce{BaH2}`.

V `\ce{KH}` je jeden vodík s −I, draslík tedy má I a koncovku -ný: hydrid draselný. V `\ce{BaH2}` jsou dva vodíky, celkem −2, baryum má II a koncovku -natý: hydrid barnatý. Rychlá kontrola: kovy 1. skupiny mají vždy I, kovy 2. skupiny vždy II, takže vzorec hydridu kovu z 1. skupiny má vždy jeden vodík a z 2. skupiny dva.

Vlastnosti hydridů kovů

Hydridy alkalických kovů a vápníku, stroncia a barya jsou bílé pevné látky s iontovou krystalovou mřížkou, podobně jako kuchyňská sůl. S vodou reagují bouřlivě: hydridový aniont si vezme vodík z vody a vznikne plynný vodík a hydroxid kovu.

`\ce{NaH + H2O -> NaOH + H2}`
`\ce{CaH2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + 2H2}`

Proto se hydrid vápenatý v laboratoři používá k vysoušení rozpouštědel (odstraní z nich poslední zbytky vody) a dřív sloužil jako přenosný zdroj vodíku do balonů. Z jednoho molu hydridu vápenatého vzniknou dva moly vodíku.

Kovalentní hydridy: boran, silan, fosfan, sulfan

S prvky 13. až 16. skupiny tvoří vodík molekuly spojené kovalentními vazbami. Jejich názvy jsou jednoslovné s koncovkou -an, odvozené většinou od latinského názvu prvku: bor → boran, silicium (křemík) → silan, fosfor → fosfan, stibium (antimon) → stiban, sulfur (síra) → sulfan, stannum (cín) → stannan, plumbum (olovo) → plumban.

Počet vodíků je dán skupinou: prvky 13. skupiny vážou tři vodíky, 14. skupiny čtyři, 15. skupiny tři, 16. skupiny dva. Žádné přídavné jméno ani oxidační číslo k tomu není potřeba.

Tři z těchto sloučenin mají zažité názvy, které se používají místo systematických: voda `\ce{H2O}` (systematicky oxidan), amoniak `\ce{NH3}` (azan) a methan `\ce{CH4}`. U sulfanu se dodnes používá i starší název sirovodík. Pokud se v testu ptají na „vzorec alanu“, chtějí `\ce{AlH3}`, a „vzorec sulfanu“ je `\ce{H2S}`.

Kdy se vodík píše první

U prvků 13. až 15. skupiny se vodík píše až za prvkem (`\ce{BH3}`, `\ce{CH4}`, `\ce{NH3}`, `\ce{PH3}`), u prvků 16. a 17. skupiny před ním (`\ce{H2O}`, `\ce{H2S}`, `\ce{HCl}`). Ve starších textech stojí pravidlo „elektronegativnější prvek se píše vpravo“, ale u amoniaku a methanu neplatí: dusík i uhlík jsou elektronegativnější než vodík, a přesto se píšou první. Je to ustálené pořadí, které si stačí zapamatovat po skupinách.

Příklad 3

Napište vzorec stibanu.

Stiban je od latinského stibium, antimon, značka Sb. Antimon je v 15. skupině (V.A), váže tedy 8 − 5 = 3 vodíky. Prvek 15. skupiny se píše před vodíkem: `\ce{SbH3}`.

Příklad 4

Pojmenujte `\ce{GeH4}` a `\ce{H2Se}`.

Germanium je ve 14. skupině a čtyři vodíky tomu odpovídají. Název je od germanium s koncovkou -an: german. Selen je v 16. skupině, váže dva vodíky, které se píšou první, a sloučenina se jmenuje selan.

Vlastnosti kovalentních hydridů

Kromě vody a alanu, který je pevný, jsou to za běžných podmínek plyny. Methan je hlavní složka zemního plynu, amoniak štiplavě páchne a vyrábějí se z něj dusíkatá hnojiva, sulfan páchne po zkažených vejcích a je jedovatý. Fosfan a arsan jsou prudce jedovaté a silan na vzduchu sám vzplane. Boran `\ce{BH3}` samostatně nevydrží: dvě jeho molekuly se spojí na diboran `\ce{B2H6}`. Podobně jako uhlík tvoří řadu uhlovodíků (methan, ethan, propan), tvoří křemík řadu silanů (`\ce{SiH4}`, disilan `\ce{Si2H6}` a další).

Halogenovodíky: HF, HCl, HBr, HI

Sloučeniny vodíku s halogeny (17. skupina) mají vzorec HX: halogen váže jediný vodík a vodík se píše první. Název je kmen názvu halogenu a slovo vodík, dohromady jedno slovo. Vodík v nich má +I a halogen −I.

Chlorovodík, bromovodík a jodovodík jsou bezbarvé plyny, fluorovodík je těkavá kapalina, která vře už při 19,5 °C. Všechny čtyři se velmi dobře rozpouštějí ve vodě. Jejich vodné roztoky jsou bezkyslíkaté kyseliny a jmenují se podle plynu s koncovkou -vodíková. Stejně se tvoří název roztoku sulfanu ve vodě, kyselina sirovodíková `\ce{H2S}`. Kyselina chlorovodíková se v obchodě prodává jako kyselina solná a je i v žaludeční šťávě, kyselina fluorovodíková leptá sklo. Víc o nich je v článku Názvosloví kyselin a v kalkulačce název kyseliny ze vzorce.

Odtud se berou i názvy solí: když se vodík kyseliny nahradí kovem, z chlorovodíku je chlorid, z fluorovodíku fluorid a ze sulfanu sulfid, například chlorid sodný `\ce{NaCl}` nebo sulfid železnatý `\ce{FeS}`. Ty se procvičují v procvičování halogenidů a sulfidů, kde jsou i hydridy kovů.

Oxidační číslo vodíku: +I, nebo −I?

Vodík má ve sloučeninách skoro vždy oxidační číslo +I. Výjimkou jsou hydridy kovů, kde má −I. Rozhoduje elektronegativita: elektrony vazby si přitáhne ten prvek, který je elektronegativnější.

• `\ce{NaH}`: sodík je méně elektronegativní než vodík, vodík má −I a sodík +I.
• `\ce{HCl}`: chlor je elektronegativnější, vodík má +I a chlor −I.
• `\ce{NH3}`: dusík má −III, každý ze tří vodíků +I. Kontrola: `-3+3\cdot(+1)=0`.
• `\ce{CH4}`: uhlík má −IV, vodíky +I. Kontrola: `-4+4\cdot(+1)=0`.

U boru, křemíku nebo fosforu je elektronegativita skoro stejná jako u vodíku a učebnice se v jejich oxidačních číslech rozcházejí. Pro název ani pro vzorec je nepotřebujete, ty plynou jen ze skupiny. Oxidační čísla prvků ve vzorci dopočítá kalkulačka určení oxidačního čísla, procvičit se dají v procvičování oxidačních čísel.

Časté chyby

• „Hydrid dusitý“ místo amoniaku. Přídavné jméno s koncovkou se dává jen hydridům kovů. Sloučenina dusíku s vodíkem je amoniak `\ce{NH3}`, uhlíku methan `\ce{CH4}`, síry sulfan `\ce{H2S}`.
• Vodík na špatné straně. `\ce{SH2}` ani `\ce{ClH}` se nepíše, u 16. a 17. skupiny je vodík první. Naopak `\ce{H3N}` nebo `\ce{H4C}` je chybně, u 13. až 15. skupiny je vodík až za prvkem.
• Počet vodíků podle čísla skupiny i tam, kde neplatí. Fosfor je ve V.A skupině, ale `\ce{PH5}` neexistuje. Od V.A dál se počítá 8 minus číslo skupiny: `\ce{PH3}`, `\ce{H2S}`, `\ce{HCl}`.
• Zapomenuté vyrovnání náboje u hydridu kovu. Hydrid vápenatý není `\ce{CaH}`. Vápník má II, vodík −I, potřebuje tedy dva vodíky: `\ce{CaH2}`.
• Chlorovodík, kyselina chlorovodíková a chlorid jsou tři různé věci. Chlorovodík `\ce{HCl}` je plyn, jeho roztok ve vodě je kyselina chlorovodíková a chlorid je aniont `\ce{Cl-}` v solích, jako je `\ce{NaCl}`.

Příklady k procvičení

Kam dál

Hydridy kovů spolu s chloridy, sulfidy a nitridy jsou v procvičování halogenidů a sulfidů. Vzorec z názvu a název ze vzorce ověří kalkulačky hydridy: název na vzorec a vzorec na název, další skupiny sloučenin jsou pohromadě v kalkulačkách chemického názvosloví. Kde který prvek leží, ukáže periodická tabulka.

Na hydridy navazují články Názvosloví oxidů, Názvosloví kyselin a Názvosloví hydroxidů. Vlastnosti samotného vodíku popisuje článek Vodík, výpočet z příkladu 6 vysvětluje Molární hmotnost a látkové množství.