Hidrogen dan Hidrida

Ada sekitar 20 unsur non logam yang biasanya ditemukan sebagai anion dalam senyawa ion atau sebagai unsur bebas. Dengan klasifikasi yang relatif sederhana dimungkinkan untuk mempelajari nama, struktur, dan sifat utama berbagai senyawa non logam ini. Hidrida, oksida, sulfida, dan halida sangat penting dan merupakan menu utama dalam studi kimia anorganik padat baik untuk studi saintifik maupun aplikasi.
Hidrogen
Hidrogen adalah unsur tersederhana terdiri atas satu proton  dan satu elektron, dan paling melimpah di alam semesta. Di bumi kelimpahannya ketiga setelah oksigen dan silikon, sekitar 1% massa semua unsur di bumi. Tak perlu dikatakan sebagian besar hidrogen di bumi ada sebagai air. Karena kepolarannya dapat berubah dengan mudah antara hidrida (H^-), atom (H), dan proton (H⁺), hidrogen juga membentuk berbagai senyawa dengan banyak unsur termasuk oksigen dan karbon.  Oleh karena itu, hidrogen sangat penting dalam kimia.
Dari tiga jenis isotop hidrogen, deuterium, D, ditemukan oleh H. C. Urey dkk tahun 1932, dan kemudian tritium, T, dipreparasi dari deuterium di tahun 1934.  Sekitar 0.015% hidrogen ada sebagai deuterium, dan dapat diperkaya dengan elektrolisis air. Tritium bersifat radioaktif dan mengemisikan partikel β dengan waktu paruh 12.33 tahun.  Karena massa deuterium dan tritium sekitar dua kali dan tiga kali massa hidrogen, sifat fisik isotop, dan senyawa yang mengandung isotop ini, cukup berbeda. Beberapa sifat isotop hidrogen dan air diberikan dalam Tabel 4.1. Ketika ikatan E-H dalam senyawa hidrogen diubah menjadi E-D dengan substitusi deuterium, frekuensi E-H dalam spektrum inframerahnya direduksi menjadi sekitar 1/√2-nya, yang sangat bermanfaat untuk menentukan posisi atom hidrogen. Dalam beberapa kasus mungkin untuk menyimpulkan bahwa pemutusan ikatan hidrogen  adalah tahap penentu laju bila substitusi deuterium menunjukkan efek yang drastis pada laju reaksi senyawa yang mengandung hidrogen.
Karena spin inti hidrogen adalah 1/2 dan karena kelimpahannya, hidrogen adalah nuklida yang paling penting untuk spektroskopi NMR.  NMR digunakan luas tidak hanya untuk identifikasi senyawa organik, tetapi juga untuk kepentingan diagnostik seperti pengunaan MRI (magnetic resonance imaging) air dalam tubuh. Organ manusia dapat diobservasi tanpa dilukai dengan metoda ini.

Ada isomer spin inti molekul diatomik yang spinnya tidak nol. Khususnya dalam kasus molekul hidrogen, perbedaan sifatnya  sangat signifikan. Spin para-hidrogen bersifat anti-paralel dan jumlahnya adalah 0 serta menghasilkan keadaan singlet. Spin orto-hidrogen adalah paralel dan jumlahnya 1 menghasilkan keadaan triplet.  Karena para-hidrogen energinya lebih rendah, para-hidrogen lebih stabil di suhu rendah. Rasio teoritik para-hidrogen adalah 100 % pada 0 K, tetapi menurun ke sekitar 25 % pada suhu kamar, karena rasio orto-hidrogen meningkat pada suhu lebih tinggi. Kromatografi gas and garis rotasi dalam spektrum elektronik H₂ dapat membedakan kedua isomer hidrogen.


Hidrida
Hidrida biner diklasifikasikan sesuai dengan posisi unsurnya dalam tabel periodik, dan oleh karakter ikatannya. Hidrida alkali dan alkali tanah di blok s  adalah senyawa ionik yang analog dengan halida dan disebut dengan hidrida salin. Unsur blok p golongan 13-17 membentuk hidrida kovalen molekular.  Belum ada senyawa hidrida gas mulia yang pernah dilaporkan.
Beberapa unsur transisi blok d dan f membentuk hidrida logam yang menunjukkan sifat logam. Logam-logam transisi yang tidak membentuk hidrida biner membentuk hidrida molekular kompleks yang dikoordinasikan oleh ligan penstabil, seperti karbonil (CO), fosfin tersier (PR₃), atau siklopentadienil (C₅H₅) (rujuk bagian 6.1).  Contoh-contoh khas hidrida diberikan di bawah ini.
Hidrida salin
Litium hidrida, LiH, senyawa kristalin tak bewarna (titik leleh (melting point, mp) 68^o C). Li⁺ dan H^- membentuk kristal berstruktur garam dapur. Pelepasan kuantitatif gas hidrogen di anoda saat dilakukan elektrolisis garam leburnya menyarankan keberadaan H^-. Air bereaksi dengan hebat dengan litium hidrida membebaskan gas hidrogen. Karena senyawa ini agak melarut dalam eter, hidrida ini digunakan sebagai pereduksi di kimia organik.
Kalsium hidrida, CaH₂, adalah padatan kristalin tak bewarna (mp 816^o C), dan bereaksi dengan hebat dengan air membebaskan  gas hidrogen. Hidrida ini digunakan sebagai pembentuk gas hidrogen, atau bahan dehidrator untuk pelarut  organik.  Hidrida ini  juga digunakan sebagai reduktor.
Litium tetrahidridoaluminat, LiAlH₄, adalah padatan kristalin tak bewarna (terdekomposisi di atas 125^o C) biasanya disebut litium aluminum hidrida. Hidrida melarut dalam eter, dan bereaksi hebat dengan air. Hidrida ini digunakan sebagai reduktor dan bahan untuk hidrogenasi dan untuk pengering pelarut organik.
Natrium tetrahidroborat, NaBH₄, adalah senyawa padatan kristalin bewarna putih (terdekomposisi pada 400^o C) biasanya disebut natrium borohidrida. Padatan ini larut dalam air dan terdekomposisi pada suhu tingggi dengan melepaskan gas hidrogen. Padatan ini digunakan sebagai bahan pereduksi untuk senyawa anorganik dan organik, dan untuk mempreparasi kompleks hidrida, dsb.
Hidrida molekular
Semua hidrida kecuali hidrida karbon (metana) dan oksigen (air) adalah gas beracun dengan kereaktifan sangat tinggi dan harus ditangani dengan sangat hati-hati.  Walaupun terdapat berbagai metoda untuk menghasilkan gas-gas ini di laboratorium, kini banyak gas ini mudah didapat disilinder.
Diboran, B₂H₆, adalah gas beracun dan tak bewarna (mp -164.9^o C dan bp -92.6^o C) dengan bauiritatif yang khas. Hidrida ini merupakan bahan reduktor kuat senyawa anorganik dan organik Bahan ini juga bermanfaat sebagai bahan hidroborasi untuk memasukkan gugus fungsi pada olefin, setelah adisi olefin dengan reaksinya dengan reagen yang cocok.
Silan, SiH₄, gas yang sangat mematikan dan tak bewarna (mp -185^o C dan bp -111.9^o C) denganbau yang menyengat dan juga disebut dengan monosilan.
Amonia, NH₃, adalah gas beracun dan tak bewarna (mp -77.7^o C dan bp -33.4^o C) dengan bau mengiritasi yang khas. Walaupun gas ini digunakan dalam banyak kasus sebagai larutan amonia dalam air, yakni dengan dilarutkan dalam air, amonia cair juga digunakan sebagai pelarut non-air untuk reaksi khusus. Sejak dikembangkannya proses Harber-Bosch untuk sintesis amonia di tahun 1913, amonia telah menjadi senyawa yang paling penting dalam industri kimia dan digunakan sebagai bahan baku banyak senyawa yang mengandung nitrogen.  Amonia juga digunakan sebagai refrigeran (di lemari pendingin).
Fosfin, PH₃, gas sangat beracun dan tak bewarna (mp -133^o C dan bp -87.7^o C) dengan bau yang busuk, juga disebut dengan fosfor hidrida. Fosfin terbakar spontan di udara.  Fosfin digunakan dalam pertumbuhan epitaksi, dalam kimia koordinasi logam transisi, dsb.
Hidrogen sulfida, H₂S, gas beracun dan tak bewarna (mp -85.5^o C and bp -60.7^o C) dengan bau telur busuk. Gas ini sering ditangani dengan tidak cukup hati-hati, gas ini sangat berbahaya dan harus ditangani dalam lingkungan yang ventilasinya baik. Gas ini digunakan untuk analisis kimia dengan cara pengendapan ion logam, pembuatan senyawa yang mengandung belerang, dsb.
Hidrogen fluorida, HF, adalah gas tak bewarna, berasap, bertitik didih rendah (mp -83^o C dan bp 19.5^o C), dengan bau yang mengiritasi. Gas ini biasa digunakan untuk mempreparasi senyawa anorganik dan organik yang mengandung fluor.  Karena permitivitasnya yang tinggi, senyawa ini dapat digunakan sebagai pelarut  non-air yang khusus. Larutan dalam air gas ini disebut asam fluorat dan disimpan dalam wadah polietilen karena asam ini menyerang gelas.
Hidrida logam
Hidrida MH_x yang menunjukkan sifat logam biasanya bertipe intertisi dan non stoikiometri biasanya hidrogen menempati sebagian lubang dalam kisi logam.  Biasanya x bukan bilangan bulat dalam senyawa ini. Hidrida jenis ini yang dikenal meliputi hidrida dari Golongan 3 (Sc, Y), Golongan 4 (Ti, Zr, Hf), Golongan 5 (V, Nb, Ta), Cr, Ni, Pd, dan Cu, tetapi hidrida logam lain di Golongan 6 sampai 11 tidak dikenal.  Paladium Pd bereaksi dengan gas hidrogen pada suhu kamar, dan membentuk hidrida yang mempunyai komposisi PdH_x (x < 1). Banyak hidrida logam yang menunjukkan sifat hantaran logam. LaNi₅ adalah senyawa paduan antara lantanum dan nikel, yang dapat menampung sampai 6 atom hidrogen atoms per sel satuan dan berubah menjadi LaNi₅H₆.  Paduan ini menjadi salah satu kandidat untuk digunakan sebagai bahan penyimpan hidrogen untuk pengembangan mobil berbahan hidrogen.
Kompleks hidrida
Senyawa kompleks yang berkoordinasi dengan ligan hidrida disebut kompleks hidrida. Logam transisi Golongan 6 sampai 10 yang tidak membentuk hidrida biner menghasilkan banyak kompleks hidrida dengan ligan tambahan seperti karbonil dan fosfin tersier. Walaupun baru akhir tahun 1950-an hidrida diterima sebagai ligan, ribuan senyawa kompleks kini telah dikenal.  Lebih lanjut, dengan sintesis kompleks hidrogen molekul di tahun 1980-an, kimia hidrogen mengambil peran baru. Riset dalam katalisis hidrokarbon homogen dengan peran penting dimainkan oleh hidrida atau hidrogen terus berkembang.