14族水素化物

第 14 族水素化物は、水素原子と第 14 族原子 (第 14 族の元素は、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛、フレロビウム) から構成される化合物です。

四水素化物

四水素化物系列の化学式はXH ₄で、Xは炭素族のいずれかを表します。メタンは一般的に有機物の分解によって生成され、温室効果ガスです。その他の水素化物は一般的に不安定で有毒な金属水素化物です。

これらはピラミッド構造をしており、他のp ブロック水素化物のような極性分子ではありません。

アンモニア、水、フッ化水素などの他の軽い水素化物とは異なり、メタンは水素結合に起因する異常な効果を示さないため、その特性は、より重い第 14 族の水素化物の一般的な傾向によく適合します。

化合物	化学式	分子構造	空間充填モデル
四水素化炭素 、炭化水素、 メタン （カルバン）	CH 4
四水素化 ケイ素水素化物 （シラン）	SiH 4
四水素化ゲルマニウム 水素ゲルマニウム （ゲルマン）	GeH 4
四水素化スズ 水素化スズ （スタンナン）	スズH4
四水素 化鉛水素化鉛 （プルンバン）	PbH4​
フレロビウム四水素化物 水素フレロビド （フレロバン）	FlH 4

六水素化物

この系列の化学式はX ₂ H ₆です。エタンはメタンと並んで天然ガス中によく見られます。化学式X ₂ H ₆の他の水素化物は、対応する四水素化物XH ₄よりも安定性が低く、周期表においてXが炭素（エタンC ₂ H ₆は安定）から鉛（またはフレロビウム）へと下がるにつれて、ますます安定性が低くなります（ジプルンバンPb ₂ H ₆は不明です^[1]）。

化合物	化学式	分子構造	空間充填モデル
エタン （ ジカルバン）	C2H6​​​
ジシラン （六水素化二ケイ素）	Si 2 H 6
ディゲルマン （六水化ジゲルマニウム）	ゲルマニウム2水素6
ジスタンナン （ジスズヘキサヒドリド）	スズ2 H 6
ジプルンバン （二鉛六水和物）	鉛2H6​​
ジフレロバン （ジフレロビウムヘキサヒドリド）	フロア2 H 6

14族の高次水素化物

すべての直鎖飽和第14族水素化物は、式X _n H _{2 n +2}に従い、アルカンの式と同じです。

キュバン、プラトン炭化水素およびプリズマン

他にも多くの第14族水素化物が知られています。炭素は多種多様な炭化水素を形成します（最も単純なアルカンには、メタン CH ₄、エタンC ₂ H ₆、プロパンC ₃ H ₈、ブタンC ₄ H ₁₀、ペンタンC ₅ H ₁₂、ヘキサンC ₆ H ₁₄があり、幅広い用途があります。また、nが非常に大きいポリエチレン（CH ₂）_nは、安定した炭化水素ポリマーであり、最も一般的に生産されるプラスチックです。^[2]炭化水素には、炭素原子間に二重結合を含むアルケン（例：エチレンH ₂ C = CH ₂）、炭素原子間に三重結合を含むアルキン（例：アセチレンH−C≡C−H）、環状および分岐炭化水素（例：シクロヘキサンC ₆ H ₁₂、炭素原子間に二重結合を持つ環状炭化水素のリモネンC ₁₀ H ₁₆、ネオペンタンC（CH ₃）₄（分岐炭化水素）やベンゼンC ₆ H ₆、トルエンC ₆ H ₅ −CH ₃などの芳香族炭化水素の研究は有機化学の中核をなしています。^[3]

炭素は水素と共に、化学的に類似したハロゲンと化合物を形成し、ハロアルカンを形成します。この系列の中で最も単純なハロメタンには、ジクロロメタン （CH ₂ Cl _{2 ）}、クロロホルム（CHCl ₃ ） 、ヨードホルム（ CHI _{3 ）}などの化合物が含まれます。その他の重要な化学物質には、PVCの製造に使用される塩化ビニル（H ₂ C=CHCl ）などがあります。

その他の第14族元素は連鎖反応を起こす傾向が低い。ヒドロシリコン（二成分ケイ素-水素化合物）は、シランSi _n H _{2 n +2}などの炭化水素のケイ素類似体で、 n = 1～8で知られている。この場合、n が増加すると熱安定性が低下する（例：シランSiH ₄、ジシランSi ₂ H ₆ ）。シクロシランも同様である（例：シクロペンタシランSi ₅ H ₁₀、シクロヘキサシランSi ₆ H ₁₂）。これらは非常に反応性が高く、自然発火性の無色の気体または揮発性液体である。揮発性はアルカンとゲルマンの中間である。^[4]不飽和シランであるシレンとシリンは、分光学的に特性評価されている。それぞれの最初のメンバーは、ジシレンH ₂ Si=SiH ₂とジシリンH−Si≡Si−Hで、それぞれエチレンとアセチレンのケイ素類似体である。

最初の5種類のヒドロゲルマニウム（Ge _n H _{2 n +2）}が知られており、ヒドロシリコーン（^[5]）と非常によく似ています。例えば、ゲルマン（GeH _4）やジゲルマン（Ge ₂ H _6）などです。これらはアルカンの ゲルマニウム類似体です。

強力な還元剤であるスタンナン （SnH _{4 ）}は、室温でゆっくりとスズと水素ガスに分解し、濃酸または濃アルカリ水溶液によっても分解されます。一方、ジスタンナン（Sn ₂ H _{6 ）}はさらに不安定で、より長いヒドロスズ化合物（ヒドロスズ）は知られていません。スタンナンとジスタンナンは、それぞれメタンとエタンのスズ類似化合物です。

プルンバン PbH ₄の特性は非常に乏しく、微量しか知られていない。低温においても、他のMH ₄化合物を生成する合成法ではPbH ₄は生成できない。他のハイドロプルンバン（ハイドロ鉛）は知られていない。^{[1]しかし、R基が}有機基である、一般化学式R ₃ Pb−PbR ₃で表される置換ジプルンバンはより安定である。

水素と第14族元素を複数含む化合物は知られており、その中で最も有名なものの1つは炭素と鉛を含むテトラエチル鉛 Pb(CH ₂ CH ₃ ) _4である。その他の例としては、炭素とケイ素を含むメチルシランH ₃ C−SiH ₃ 、炭素、ケイ素、ゲルマニウムを含むトリス(トリメチルシリル)ゲルマニウムヒドリド((CH ₃ ) ₃ Si) ₃ GeH、ケイ素とゲルマニウムを含むシリルゲルマンまたはゲルミルシランH ₃ Si−GeH ₃、炭素と鉛を含むヘキサフェニルジプルンバン(C ₆ H ₅ ) ₃ Pb−Pb(C ₆ H ₅ ) ₃などがある。^[6]

参照

• メチレン CH ₂
• メチリジン CH
• チタン(IV)水素化物 TiH ₄、第14族四水素化物の構造類似体
• 水素化ジルコニウム ZrH ₄など
• ジルコニウム(II)水素化物 ZrH ₂
• ウラン(IV)水素化物 UH ₄

参考文献

1. グリーンウッドとアーンショー、375ページ。
2. Whiteley, Kenneth S.; Heggs, T. Geoffrey; Koch, Hartmut; Mawer, Ralph L. and Immel, Wolfgang (2005)「ポリオレフィン」『Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry』Wiley-VCH, Weinheim. doi :10.1002/14356007.a21_487.
3. グリーンウッドとアーンショウ、301ページ。
4. グリーンウッドとアーンショウ、337ページ。
5. グリーンウッドとアーンショウ、374ページ。
6. 「ヘキサフェニルジリード - オプション[1H NMR] - スペクトル - SpectraBase」。

参考文献

• グリーンウッド, ノーマン・N. ; アーンショウ, アラン (1997).元素化学（第2版）.バターワース・ハイネマン. doi :10.1016/C2009-0-30414-6. ISBN 978-0-08-037941-8。