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金属型氢化物


实验室k / 2018-07-19

    周期表中间的部位,包括Be、Mg、In、Tl及d区、f区金属元素都可以和氢生成氢化物。这种化合物仍常常保留金属的一些性质,如具有导电性、导热性和金属光泽等,所以称为金属型氢化物。

金属型氢化物

    从物理性质看,金属型氢化物基本上保留了金属外观特征,有金属光泽,密度比相应的金属要小,如CeH2.69密度比金属铈小17.5%。从化学性质上,铍、镁、镧系金属、锕系金属等的氢化物多类似于离子型氢化物,而In、Tl、铜族、锌族金属的氢化物则多类似于共价型氢化物,从而这类氢化物也称为过渡型氢化物。
    金属型氢化物中有的是整数比化合物,如BeH2、MgH2、FeH2、NiH2、CuH、UH3,有的是非整数比化合物,如VH0.56、TaH0.36、ZrH1.92
    过渡金属几乎都能组成氢化物。这类类氢化物没有一定的组成,含氢量随外界条件的改变而变。例如将金属钽在氢气中加热,氢逐渐进入钽中而生成氢化物,氢含量随加热温度及氢气分压而变,氢的最大含量相当于化学式TaH0.76

    近年来,以氢气作为动力燃料的氢能源研究获得了迅速的发展,由此也促进了金属氢化物化学的发展。氢作为能源有很多优点,但其储存和运输是相当困难的。现在利用过渡金属及其合金的吸氢量可随外界条件(温度、压力)而改变的特点,先使金属吸氢生成氢化物,在使用时再让氢化物分解,把吸收的氢气再释放出来,这样对氢的储存和使用带来很大的方便。例如钯吸氢量很大,可吸收700倍于其体积的氢气,吸收了氢的钯在减压下加热到100℃时,就可把吸收的氢释放出来。又如金属互化物LaNi5(镧镍合金),它的吸氢反应如下

LaNi5+3H2=LaNi5H6

    每立方米LaNi5可吸收氢88kg,比同体积的液态氢所含氢71kg还多。 LaNi5的这种吸氢反应在200~300kPa下就可逆地进行,略为加热就可把储藏的氢气完全放出。LaNi5在空气中很稳定,吸氢和放氢的循环可以反复地进行,性能不会改变,是一种理想的储氢材料。
    钢铁制件用稀硫酸或盐酸清洗铁锈时,酸与铁作用生成氢气,其中一部分被铁吸收而形成氢化物,这种化合物是不稳定的,又会放出氢气。氢气在晶格界面聚集,产生很大的压力,导致钢铁的强度大大降低,使钢铁制件发脆,这种现象称作氢脆。为了消除氢脆的危害,可在酸洗溶液中加入些缓冲剂,同时将酸洗过的金属在温度为180~400℃的烘干炉中放置2~3h,基本上可消除氢脆。


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