氫與s區元素
金屬型(間充型)氫化物
想像往板條箱裡碼橙子:球與球之間總有小小的空隙。一塊過渡金屬正是這樣一種金屬原子的堆積,而氫原子能滑進那些微小的空隙——間隙——裡去,無需重建晶格。許多過渡金屬就這樣像海綿吸水一樣吸收氫,形成金屬型或間隙型氫化物。金屬仍保持其光亮、導電的性質;氫只是棲身於孔洞之中。
由於氫是填滿它能到達的任何孔洞、而非滿足某個固定化合價,這些氫化物通常是非化學計量的:它們的化學式會寫成 PdH0.6 或 TiH1.7 這樣彆扭的分數,並隨溫度和壓力變化。一般認為氫主要以原子形式、甚至部分電離地存在,把電子貢獻到金屬的導帶中,這正是這些固體仍然導電、外觀仍像金屬的原因。一個著名的把戲:鈀在室溫下能吸收數百倍於自身體積的氫氣,加熱時再放出,就像一塊吸氣的化學海綿。
這些氫化物對儲氫和催化都很重要。金屬氫化物合金能為燃料電池和電池安全、可逆地儲存氫(鎳氫電池正因此得名),而吸附在金屬表面的溶解氫則是無數加氫反應中的活性物種。需要老實說明的是:同樣這種溶解的氫也可能毀掉金屬——氫脆,即被吸收的氫原子使鋼開裂——所以這種海綿般的吸氫是一把雙刃劍,儲氫時有用,在結構金屬中卻危險。
把一片鈀箔放進氫氣中,它會略微膨脹並吸收氣體;輕輕加熱,又會把氫釋放出來——這種可逆的儲存循環被用於氫氣提純和金屬氫化物電池。
鈀把氫可逆地儲存在其晶格空隙中——一塊吸氫的金屬海綿。
稱它們為間隙型,並不意味著金屬晶格毫無變化:吸氫通常會使晶格膨脹,並可能顯著改變金屬的性質。而且許多根本不遵守固定化學式——非化學計量是常態,而非例外。
又稱
另見