Гидриды металлов и интерметаллидов

Гидриды металлов и интерметаллидов — их соединения с водородом.

Системы водород — металл

Системы «водород — металл» часто являются прототипами при изучении ряда фундаментальных физических свойств. Предельная простота электронных свойств и малая массы атомов водорода позволяют анализировать явления на микроскопическом уровне. Рассматриваются следующие задачи:

• Перестройка электронной плотности вблизи протона в сплаве с малыми концентрациями водорода, включая сильное электрон-ионное взаимодействие
• Определение косвенного взаимодействия в металлической матрице через возмущение «электронной жидкости» и деформацию кристаллической решётки.
• При больших концентрациях водорода возникает проблема формирования металлического состояния в сплавах с нестехиометрическим составом.

В последнее время всё больше внимания к водороду как к источнику дешевой энергии. С решением проблемы хранения и транспортировки водорода, водородная энергетика в скором будущем, возможно, выйдет на лидирующие позиции. Водород хорошо растворим во многих металлах, лучше всего в палладии Pd (в одном объёме Pd растворяется 850 объёмов водорода). С учётом отношения плотностей газообразного водорода и металлического палладия на единицу массы палладия приходится менее 0.006 единиц массы водорода, что в два с половиной раза проигрывает методу хранения водорода в стальных баллонах. Это свойство позволяет с ограничениями рассматривать систему «водород — металл» в области техники хранения и транспортировки водорода. Водород можно хранить и транспортировать в виде твёрдых гидридов металлов и интерметаллических соединениях, способных поглощать и отдавать при нагревании несколько сотен объёмов водорода на единицу своего объёма.

Сплавы водород — металл

Водород, локализованный в междоузлиях металлической матрицы, слабо искажает кристаллическую решётку. С точки зрения статистической физики реализуется модель взаимодействующего «решёточного газа». Особый интерес представляет исследование термодинамических и кинетических свойств вблизи точек фазового перехода. При низких температурах образуется квантовая подсистема с большой энергией нулевых колебаний и с большой амплитудой смещения. Это позволяет изучать квантовые эффекты при фазовых превращениях. Большая подвижность атомов водорода в металле делает возможным изучение процессов диффузии. Другим направлением исследований являются физика и физхимия поверхностных явлений взаимодействия водорода с металлами: распад молекулы водорода и адсорбция на поверхности атомарного водорода. Особый интерес представляет случай, когда начальное состояние водорода является атомарным, а конечное — молекулярным. Это важно при создании метастабильных металл-водородных систем.

Применение систем водород — металл

Типичные никель-металлогидридные аккумуляторы.

• Очистка водорода и водородные фильтры
• Порошковая металлургия
• Использование металлогидридов в ядерных реакторах в качестве замедлителей, отражателей и т. д.
• Разделение изотопов
• Термоядерные реакторы — извлечение трития из лития
• Устройства для диссоциации воды
• Электроды для топливных элементов и батарей
• Аккумуляция водорода для автомобильных двигателей на базе металлогидридов
• Тепловые насосы на базе металлогидридов, включая кондиционеры для автотранспорта и жилища
• Преобразователи энергии для тепловых электростанций
• Хранение и транспортировка водорода

Интерметаллические металлогидриды

Гидриды интерметаллических соединений нашли широкое применение в промышленности. Значительная часть перезаряжаемых батарей и аккумуляторов (обозначаются NiMH), например, для сотовых телефонов, переносных компьютеров (ноутбуков), фото- и видеокамер содержала электрод из металлогидрида. Такие аккумуляторы являются экологически чистыми, так как не содержат кадмия.

Литература

• Хомченко, Г. П. Пособие по химии для поступающих в ВУЗы : уч. пос.. — 5-е, испр. и доп. — М. : Высшая школа, 1972. — ББК Х56. — УДК 54.
• Общая химия в формулах, определениях, схемах : уч. пос. / И. Е. Шиманович, М. Л. Павлович, В. Ф. Тикавый, П. М. Малащко ; под ред. В. Ф. Тикавого. — Мн. : Унiверсiтэцкае, 1996. — С. 22−23. — 528 с. : ил. — ББК 24я73. — УДК 54(075.8). — ISBN 385-09-0033-4.
• Балезин, С. А. Практикум по неорганической химии : уч. пос.для студ. химико-биол. факульт-ов педаг. инст-ов / С. А. Балезин, Г. С. Разумовский, А. И. Филько. — 4-е, доп. — М. : Просвещение, 1967. — ББК Б20. — УДК 346(076.5).
• Делимарский, Ю. К. Неорганическая химия : избранные главы. — К. : Вища школа, 1973. — Гл. IV : Водородистые соединения. — С. 109−. — 196 с. : табл. 38, илл. 49, библ. 20. — ББК Д29. — УДК 546(07).
• Антонова, М. М. Препаративная химия гидридов / М. М. Антонова, Р. А. К. Морозова. — К. : Наукова думка, 1976. — 99 с. : ил. 20, табл. 2. — УДК 541.
• Потапов, В. М. §6. Натрий и калий // Химия : уч. / В. М. Потапов, Г. П. Хомченко. — М. : Высшая школа, 1982. — С. 171. — 367 с. : ил. — ББК 24. — УДК 54(075).
• Михеева, В. И. Гидриды редкоземельных металлов / В. И. Михеева, М. Е. Кост // Успехи химии. — 1960. — Т. 29, вып. 1. — С. 55–73.

Ссылки

• Водород. Гидриды металлов и неметаллов // Справочник химика 21. — Дата обращения: 09.04.2020.