Czy wodór jest litowcem?

Jeśli napatrzyliście się w szkole na tablicę Mendelejewa to zapewne zauważyliście, że układ pierwiastków jest nieco rogaty. Po lewej nad wszystkimi pierwiastkami w górę wystaje zwykle wodór a po prawej nad gazami szlachetnymi hel. Nie jest to jednak jedyny sposób rysowania - czasem wodór umieszczany jest koło helu, zupełnie jakby był najlżejszym fluorowcem.
Jak więc powinno być? Tu już sami chemicy nie są do końca pewni.

Układ okresowy to bardzo przydatne zestawienie naszej wiedzy o pierwiastkach. Każdy jego element jest nieprzypadkowy. Podział na bloki obrazuje na jakiej podpowłoce znajdują się na elektrony  walencyjne; okresy wskazują na liczbę powłok elektronowych. Pierwiastki na końcach bloków mają pewne specyficzne właściwości. Niektóre wykazują podobieństwo diagonalne.
 Jest multum takich prostych zależności, które można wyjaśnić wielkością atomu, energią jonizacji i właściwościami powłok, a które obrazuje tablica jako podobieństwa sąsiadujących pierwiastków.

Jaką zależność ma obrazować pozycja wodoru? Jest wyrzucany nad wszystkie pierwiastki, bo wraz z helem tworzy pierwszy okres. Rozpoczyna zbiór pierwiastków mających tylko jedną powłokę. 

Fluorowce

Za pomysłem aby umieszczać wodór nad fluorem stoją dwie właściwości - wodór potrzebuje tylko jednego elektronu aby uzyskać zamkniętą zewnętrzną powłokę. W jego przypadku to dublet elektronów, u fluorowców oktet. Tworzy wtedy anion wodorkowy. Ponadto ma elektroujemność wyższą niż większość metali. Może więc tworzyć związki z metalami o niższej elektroujemności. Atom metalu alkalicznego jonizuje się tworząc kation, a wodór tworzy anion wodorkowy. Związek nabiera charakteru jonowej soli, ma wysoką temperaturę topnienia. Wodorek sodu przyjmuje strukturę krystaliczną podobną do chlorku sodu.  W stanie wolnym formuje dwuatomowe cząsteczki a po schłodzeniu do temperatury krzepnięcia tworzy kryształy molekularne. 

Oddając elektron, atom wodoru w zasadzie nie tworzy wolnych kationów. Kation wodorowy niezwiązany to swobodny proton, który w reakcjach chemicznych występuje tylko w formach związanych, zwykle solwatowany rozpuszczalnikiem. Energia jonizacja wodoru do wolnego elektronu i nagiego protonu jest wyższa niż u metali, podobna do fluorowców. No i ostatecznie w stanie ciekłym i stałym nie wykazuje charakteru metalicznego.

Litowce

Z drugiej strony wodór ma elektroujemność niższą od wielu niemetali i tworzy z fluorowcami połączenia, w których ładunek jest przeniesiony na niemetal. Z większością pierwiastków o bardziej pośrednich elektroujemnościach tworzy wiązania kowalencyjne, jak to jest w związkach organicznych. Anion wodorkowy jest nietrwały, natomiast formy kationowe, w których proton jest związany z inną cząsteczką, są stabilne. Pierwiastkowy wodór reaguje z innymi pierwiastkami jako reduktor a nie utleniacz. Wyjątkiem są tylko wspomniane związki z metalami alkalicznymi.  

Najważniejszą właściwością, która decyduje o umieszczaniu go zwykle na początku układu, jest budowa zewnętrznej powłoki elektronowej. Posiada jeden elektron na powłoce s, zatem pasuje do pierwiastków bloku s. Budowę [X] 1s mają wszystkie litowce. Pod ekstremalnie wysokimi ciśnieniami nabiera charakteru metalicznego - z drugiej strony teoretycznie każdy pierwiastek pod bardzo wysokim ciśnieniem powinien nabrać takiego charakteru.

Fluorowce posiadają elektrony walencyjne na powłoce p i to na nią ściągają elektron aby uzyskać oktet, a wodór takiej powłoki w ogóle nie posiada. 

Za nietypowe właściwości wodoru odpowiada mały rozmiar całego atomu. Tylko jeden elektron na najbliższej orbicie czuje ładunek jądra bardzo efektywnie. Stąd elektroujemność 2,2 w skali Paulinga, podobna do metali przejściowych i półmetali. Za tym idą właściwości i reaktywność pośrednie między metalami alkalicznymi a niemetalami. Stąd nawet propozycja, z którą także się spotkałem, aby na tablicach umieszczać go samotnie gdzieś nad środkiem Układu Okresowego. Dla cząsteczek i atomów o właściwościach trochę podobnych do litowców zaproponowano kategorię pseudometali alkalicznych, analogicznie do pseudohalogenów. Należałby do nich pierwiastek tal, rodnik amonowy (*NH4) [1], niektóre cząsteczki organiczne a w niektórych sytuacjach podobne jest nawet srebro. 

------

https://www.reed.edu/reed_magazine/summer2009/columns/NoAA/downloads/CronynHydrogen.pdf

[1] https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/chem.201101949