Что такое гидрид?

Традиционные гидриды - это простые соединения, в которых водород несет отрицательный заряд. Они часто содержат один или несколько положительных ионов металлов - как, например, в литийалюминийгидриде (LiAlH ₄ ). Эти вещества являются основаниями и являются мощными восстановителями, с которыми опасно обращаться. Тем не менее, в поисках подходящих заменителей ископаемого топлива, гидриды металлов считаются вероятными кандидатами. Это может быть особенно актуально для гидридов переходных металлов.

Некоторыми из наиболее распространенных традиционных гидридов металлов являются гидриды натрия, кальция и никеля. Эти вещества классифицируются соответственно как гидриды щелочных, щелочноземельных и переходных металлов. Для гидрида щелочного или щелочноземельного металла химическое связывание чаще всего относится к ковалентной, ионной и смешанной ионной разновидностям. Гидрид никеля, используемый при изготовлении автомобильных аккумуляторов, образуется путем объединения элементов под высоким давлением. Этот металлический гидрид обладает другим типом химической связи, которая, как полагают, необходима для процесса хранения водорода.

Гидрид никеля в некоторой степени напоминает гидрид своего аналога переходного металла, палладия. Эти два элемента соединяются с водородом посредством различных металлических связей, называемых «межузловыми связями». В этом типе связи более крупные атомы имеют меньшие атомы - в данном случае водород - вставленные между ними. Не требуя строгих условий, необходимых для никеля, гидрид палладия образуется при комнатной температуре и атмосферном давлении, сохраняя до 900 раз его объем в водороде. Хотя палладий чрезмерно дорог, он теоретически может быть использован и будет представлять собой более безопасное и более эффективное средство переноса автомобильного водорода, чем баллоны с газом под давлением.

Атомы палладия почти в 5,5 раз больше атомов водорода. Атомы никеля в 4,6 раза больше водорода. Это сравнимо с соотношением в 2,1 раза для железа и углерода, которые связываются между собой, образуя углеродистую сталь. Независимо от отношения атомных размеров к легкости диффузионного введения, эта корреляция в связывании с углеродистой сталью указывает на то, что как гидриды никеля, так и палладия являются своего рода сплавами.

Если гидриды должны рассматриваться как серьезные претенденты на использование, необходимо решить некоторые проблемы - один из примеров этого можно увидеть в хранилище топлива. С одной стороны, когда газообразный водород диффундирует в металл, он быстро создает противодавление, которое замедляет дальнейшую диффузию. Легирование основного металла другим металлическим элементом может уменьшить эту тенденцию. Другая проблема состоит в том, что с каждым повторным циклом гидридная металлическая подложка расширяется и сжимается. Кусочки субстрата могут распадаться на более мелкие частицы, создавая мелкие частицы, которые становятся источником трудностей, если не отфильтрованы Наконец, гидриды должны превосходить конкурентов, которые включают, возможно, сжиженный водород и жидкие бор-водородные комплексы.