氢与s区元素

金属型(间充型)氢化物

想象往板条箱里码橙子:球与球之间总有小小的空隙。一块过渡金属正是这样一种金属原子的堆积,而氢原子能滑进那些微小的空隙——间隙——里去,无需重建晶格。许多过渡金属就这样像海绵吸水一样吸收氢,形成金属型或间隙型氢化物。金属仍保持其光亮、导电的性质;氢只是栖身于孔洞之中。

由于氢是填满它能到达的任何孔洞、而非满足某个固定化合价,这些氢化物通常是非化学计量的:它们的化学式会写成 PdH0.6 或 TiH1.7 这样别扭的分数,并随温度和压力变化。一般认为氢主要以原子形式、甚至部分电离地存在,把电子贡献到金属的导带中,这正是这些固体仍然导电、外观仍像金属的原因。一个著名的把戏:钯在室温下能吸收数百倍于自身体积的氢气,加热时再放出,就像一块吸气的化学海绵。

这些氢化物对储氢和催化都很重要。金属氢化物合金能为燃料电池和电池安全、可逆地储存氢(镍氢电池正因此得名),而吸附在金属表面的溶解氢则是无数加氢反应中的活性物种。需要老实说明的是:同样这种溶解的氢也可能毁掉金属——氢脆,即被吸收的氢原子使钢开裂——所以这种海绵般的吸氢是一把双刃剑,储氢时有用,在结构金属中却危险。

把一片钯箔放进氢气中,它会略微膨胀并吸收气体;轻轻加热,又会把氢释放出来——这种可逆的储存循环被用于氢气提纯和金属氢化物电池。

钯把氢可逆地储存在其晶格空隙中——一块吸氢的金属海绵。

称它们为间隙型,并不意味着金属晶格毫无变化:吸氢通常会使晶格膨胀,并可能显著改变金属的性质。而且许多根本不遵守固定化学式——非化学计量是常态,而非例外。

又称
interstitial hydridenon-stoichiometric hydride间隙型氢化物間隙型氫化物