金屬氫化物

金屬氫化物（metal hydride）是由某些金屬元素（鹼金屬元素、除鈹（Be）以外的鹼土金屬元素、部分d區元素和部分f區元素）與氫元素組成的化合物。此類化合物化學性質活潑，儲量少，但具有很高的使用價值。常見的金屬氫化物有、氫化鈉、氫化鉀、氫化鈣、氫化亞銅、氫化鋁鋰、氫化鋰。

基本介紹

• 中文名：金屬氫化物
• 外文名：metal hydride
• 組成元素：部分金屬元素和氫元素
• 拼音：jīn shǔ qīng huà wù
• 常見種類：氫化鋁鋰、氫化鋰
• 套用：負氫離子來源

定義

總體定義

氫化物可分成離子型氫化物、分子型氫化物和金屬型氫化物三類。金屬氫化物分屬於離子型氫化物和金屬型氫化物兩類。

離子型金屬氫化物

氫氣同鹼金屬及多數鹼土金屬在較高的溫度下直接化合時，氫原子獲得一個電子，成為H^-離子，生成離子型金屬氫化物。常見的離子型金屬氫化物有LiH、NaH、KH、CaH₂、BaH₂等。

離子型金屬氫化物需要在較高的溫度下才能生成，因為反應 H₂====H^- Δ_rH>0需要吸收熱量。而鹵素單質的相應反應 X₂====X^- Δ_rH<0是放熱反應，因此離子型氫化物遠不如相應的鹵化物存在得普遍。

離子型金屬氫化物都是白色或灰白色晶體，其中LiH和BaH₂熱穩定性較高，分別在688.7℃和1200℃時熔融而不分解，其他離子型金屬氫化物均在熔化前分解成相應的單質。熔融態的離子型金屬氫化物導電。它們的很多性質與鹽類相似，因此有時被稱為鹽型氫化物。

離子型金屬氫化物可與水發生劇烈反應放出氫氣。而在非水性溶劑（如乙醚）中，離子型氫化物能與一些缺電子化合物結合生成複合氫化物。離子型金屬氫化物和複合氫化物均具有強還原性，在高溫下可還原金屬氯化物、氧化物和含氧酸鹽，也可以還原出H₂O中的H，還可以將CO₂還原為CO。

金屬型金屬氫化物

大多數d區元素和f區元素能形成金屬型氫化物，而VIB族僅有Cr能形成氫化物。VIII族Pd在適當壓強下可與氫形成穩定的鬆散相，其化合物組成為PdH_x（x<1）。Ni只有在高壓下才形成金屬氫化物。Pt在任何條件下都不能形成氫化物，氫只能在Pt表面形成化學吸附氫化物。常見的金屬型金屬氫化物有CrH₂、NiH、CuH、ZnH₂、PdH_0.8等。

金屬型金屬氫化物基本上保留著金屬的外觀特徵，有金屬光澤，具有導電性，且導電性隨氫含量的增多而降低。金屬型金屬氫化物的另一性質是在溫度稍有提高時，H原子通過固體迅速擴散。普通氫氣通過Pd-Ag合金管擴散製得超純氫氣即利用了這一特性。

用途

金屬氫化物尤其是離子型金屬氫化物被廣泛用於無機和有機合成中作還原劑和負氫離子的來源，或在野外用作生氫劑，使用方便但價格昂貴。

另外，研究證明，某些金屬具有很強的捕捉氫的能力，在一定的溫度和壓力條件下，這些金屬能夠大量“吸收”氫氣，反應生成金屬氫化物，同時放出熱量。其後，將這些金屬氫化物加熱，它們又會分解，將儲存在其中的氫釋放出來。這些會“吸收”氫氣的金屬，稱為儲氫合金。
儲氫合金的儲氫能力很強。單位體積儲氫的密度，是相同溫度、壓力條件下氣態氫的1000倍，也即相當於儲存了1000個大氣壓的高壓氫氣。
由於儲氫合金都是固體，既不用儲存高壓氫氣所需的大而笨重的鋼瓶，又不需存放液態氫那樣極低的溫度條件，需要儲氫時使合金與氫反應生成金屬氫化物並放出熱量，需要用氫時通過加熱或減壓使儲存於其中的氫釋放出來，如同蓄電池的充、放電，因此使用儲氫合金不愧是一種極其簡便易行的理想儲氫方法。
目前研究發展中的儲氫合金主要有鈦系儲氫合金、鋯系儲氫合金、鐵系儲氫合金及稀土系儲氫合金。
儲氫合金不但有儲氫的本領，而且還有將儲氫過程中的化學能轉換成機械能或熱能的能量轉換功能。儲氫合金在吸氫時放熱，在放氫時吸熱，利用這种放熱－吸熱循環，可進行熱的儲存和傳輸，製造製冷或採暖設備。
儲氫合金還可以用於提純和回收氫氣，它可將氫氣提純到很高的純度。例如，普通氫氣通過Pd-Ag合金管擴散後可得超純氫氣。採用儲氫合金，可以以很低的成本獲得純度高於99.9999%的超純氫。

儲氫合金的飛速發展，給氫氣的利用開闢了廣闊的道路。

反應過程

金屬氫化物體系較多，不同種類的金屬氫化物因組成元素及晶體結構的不同，其控制步驟可能是不同的。如對於 Mg2Fe 合金而言，其大量存在的自由 Fe元素可作為一種催化劑，使其表面反應速率加快，再加上其表面和體積間比例關係的改變，將使得控制步驟主要為氫原子的擴散或氫化物形核及長大過程。即使是同一種金屬合金，其控制機理也存在爭議。以最常見的 LaNi5合金為例，通過實驗測定了氫氣與 LaNi5在兩相最初階段的吸氫動力學特性，通過分析認為吸氫反應的控制機理應為兩相界面處的化學反應過程。LaNi5的吸氫反應的控制機理為氫在灰層的內擴散過程。其控制機理應該為游離的氫氣分子吸附與分解過程。