سیستم ذخیره هیدروژن هیدرید هیدریدهای عنصر انتقالی هیدریدهای بین فلزی معمولی

در حالی که تئوری تکتونیک صفحه ای "پیروزی" خود را جشن گرفت، همزمان با معایبی در طول مطالعات بیشتر ساختار زیر زمین و حرکت به سمت فروپاشی آن، نظریه انبساط زمین دو مشکل اصلی آن را حل کرد و در در همان زمان - نسخه ای از چنین مکانیزم گسترش یافت شد که به طور همزمان همه سوالات را با فشارهای "گزاف" در هسته حذف می کند.

راهی برای خروج از بن بست طولانی حدود سه دهه پیش توسط دانشمند شوروی ولادیمیر لارین (در حال حاضر دکترای علوم زمین شناسی) پیشنهاد شد، که همانطور که اغلب اتفاق می افتد، از زاویه ای کاملاً متفاوت به این مشکل برخورد کرد.

برنج. 69. نمودار اتم های فلز و هیدروژن

اول از همه، انحلال هیدروژن در یک فلز صرفاً مخلوط کردن آن با اتم های فلز نیست - در این حالت، هیدروژن الکترون خود را که تنها یک دارد، به خزانه مشترک محلول می دهد و کاملاً "برهنه" می ماند. پروتون و ابعاد یک پروتون 100 هزار برابر (!) کوچکتر از ابعاد هر اتمی است که در نهایت (همراه با غلظت بسیار زیاد بار و جرم پروتون) به آن اجازه می دهد حتی به اعماق پوسته الکترونی اتم های دیگر نفوذ کند. (این توانایی یک پروتون لخت قبلاً به صورت تجربی ثابت شده است).

اما به نظر می رسد پروتون با نفوذ به داخل اتم دیگر، بار هسته این اتم را افزایش می دهد و جاذبه الکترون ها را به سمت آن افزایش می دهد و در نتیجه اندازه اتم را کاهش می دهد. بنابراین، انحلال هیدروژن در یک فلز، مهم نیست که چقدر متناقض به نظر می رسد، می تواند منجر به شل شدن چنین محلولی نشود، بلکه برعکس، منجر به سستی آن شود. فشرده سازی فلز اصلی. در شرایط عادی (یعنی در فشار اتمسفر معمولی و دمای اتاق)، این تأثیر ناچیز است، اما در فشار و دمای بالا کاملاً قابل توجه است.

بنابراین، این فرض که هسته مایع بیرونی زمین حاوی مقدار قابل توجهی هیدروژن است، اولاً با آن تناقض ندارد. خواص شیمیایی; ثانیاً، مشکل ذخیره هیدروژن عمیق برای ذخایر سنگ معدن را حل می کند. و سوم اینکه چه چیزی برای ما مهمتر است امکان فشردگی قابل توجه یک ماده را بدون افزایش فشار به همان اندازه در آن فراهم می کند.

«در دانشگاه مسکو استوانه‌ای بر اساس... ترکیبی بین فلزی [آلیاژی از لانتانیم و نیکل] ایجاد کردند. شیر آب را بچرخانید و هزار لیتر هیدروژن از سیلندر لیتری آزاد می شود!» (M. Kuryachaya، "هیدریدهایی که وجود نداشتند").

اما معلوم می شود که همه اینها "دانه" هستند ...

در هیدریدهای فلزی - یعنی در ترکیبات شیمیایی یک فلز با هیدروژن - تصویر متفاوتی داریم: این هیدروژن نیست که الکترون خود را می دهد (به قلک الکترونیکی نسبتاً شل عمومی)، بلکه فلز از شر بیرونی خود خلاص می شود. پوسته الکترونی، تشکیل یک پیوند یونی به اصطلاح با هیدروژن. در همان زمان، اتم هیدروژن، با پذیرش یک الکترون اضافی در همان مداری که الکترونی که از قبل دارد می‌چرخد، عملاً اندازه خود را تغییر نمی‌دهد. اما شعاع یک یون اتم فلز - یعنی اتمی بدون لایه الکترونی بیرونی اش - به طور قابل توجهی کوچکتر از شعاع خود اتم است. برای آهن و نیکل، شعاع یون تقریباً 0.6 شعاع یک اتم خنثی است و برای برخی فلزات دیگر این نسبت حتی چشمگیرتر است. چنین کاهشی در اندازه یون‌های فلزی به آنها اجازه می‌دهد تا چندین بار به شکل هیدرید فشرده شوند، بدون اینکه در نتیجه چنین فشردگی فشاری افزایش یابد.

علاوه بر این، این توانایی برای بیش از حد متراکم کردن بسته بندی ذرات هیدرید به طور تجربی حتی در شرایط عادی معمولی تشخیص داده می شود (جدول 1 را ببینید)، و در فشارهای بالا حتی بیشتر افزایش می یابد.

چگالی، گرم بر سانتی متر

فلز

هیدرید

تراکم، %

جدول 1. تراکم پذیری برخی از هیدریدها (در شرایط عادی)

علاوه بر این، خود هیدریدها نیز قادر به حل کردن هیدروژن اضافی هستند. زمانی آنها حتی سعی کردند از این توانایی در توسعه موتورهای خودروهای هیدروژنی برای ذخیره سوخت استفاده کنند.

برای مثال، یک سانتی‌متر مکعب هیدرید منیزیم یک و نیم برابر بیشتر از وزنی هیدروژنی دارد که در یک سانتی‌متر مکعب هیدروژن مایع وجود دارد و هفت برابر بیشتر از گازی که تا صد و پنجاه اتمسفر فشرده شده است! ” (M. Kuryachaya، "هیدریدهایی که وجود نداشتند").

یک مشکل این است که در شرایط عادی هیدریدها بسیار ناپایدار هستند...

اما ما به شرایط عادی نیاز نداریم، زیرا ما در مورد احتمال وجود آنها در اعماق روده های سیاره صحبت می کنیم - جایی که فشار به طور قابل توجهی بالاتر است. و با افزایش فشار، پایداری هیدریدها به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

امروزه، تأیید تجربی این ویژگی ها به دست آمده است و زمین شناسان بیشتر و بیشتر به تدریج تمایل دارند که باور کنند که مدل هسته هیدرید ممکن است بسیار نزدیکتر از مدل قبلی آهن نیکل باشد. علاوه بر این، محاسبات تصفیه شده شرایط در روده های سیاره ما ماهیت نامطلوب مدل آهن نیکل "خالص" هسته آن را نشان می دهد.

اندازه‌گیری‌های لرزه‌شناسی نشان می‌دهد که هم هسته‌های داخلی (جامد) و هم هسته خارجی (مایع) زمین با چگالی کمتری در مقایسه با مقدار به‌دست‌آمده بر اساس مدلی از یک هسته متشکل از تنها آهن فلزی تحت پارامترهای فیزیکوشیمیایی یکسان مشخص می‌شوند. .

وجود هیدروژن در هسته به دلیل حلالیت کم آن در آهن در فشار اتمسفر مدت‌ها مورد بحث بوده است. با این حال، آزمایش‌های اخیر نشان داده‌اند که هیدرید آهن FeH می‌تواند در دماها و فشارهای بالا تشکیل شود و هنگام فرو رفتن در عمق، در فشارهای بیش از 62 گیگا پاسکال، که مربوط به عمق 1600 کیلومتری است، پایدار است. در این راستا وجود مقادیر قابل توجهی (تا 40 مول درصد) هیدروژن در هسته کاملاً قابل قبول است و چگالی آن را به مقادیری مطابق با داده های زلزله شناسی کاهش می دهد"(یو. پوشچاروفسکی، "تکتونیک و ژئودینامیک گوشته زمین").

اما مهمترین چیز این است که تحت شرایط خاصی - مثلاً وقتی فشار کاهش می یابد یا هنگام گرم شدن - هیدریدها می توانند به اجزای خود تجزیه شوند. یون های فلزی با تمام عواقب بعدی به حالت اتمی تبدیل می شوند. فرآیندی اتفاق می افتد که در آن حجم یک ماده بدون تغییر جرم به طور قابل توجهی افزایش می یابد، یعنی بدون هیچ گونه نقض قانون بقای ماده. فرآیند مشابهی زمانی رخ می دهد که هیدروژن از محلول در یک فلز آزاد می شود (به بالا مراجعه کنید).

و این در حال حاضر یک مکانیسم کاملا قابل درک برای افزایش اندازه سیاره فراهم می کند!!!

پیامد اصلی زمین‌شناسی و تکتونیکی فرضیه یک زمین در ابتدا هیدرید، در طول تاریخ زمین‌شناسی قابل توجه و شاید چندگانه است. افزایش حجم آن، که به دلیل فشردگی اجتناب ناپذیر داخلی سیاره در هنگام گاز زدایی هیدروژن و انتقال هیدریدها به فلزات است» (V. Larin, "Hypothesis of an Initially hydride Earth").

بنابراین، لارین نظریه ای را ارائه کرد که نه تنها برخی از مشکلات ذخایر سنگ معدن را حل می کند و تعدادی از فرآیندهای تاریخ زمین را توضیح می دهد (که به آنها باز خواهیم گشت)، بلکه زمینه جدی برای فرضیه گسترش ما فراهم می کند. سیاره - به عنوان یک نتیجه جانبی.

لارین مهمترین کار را انجام داد - او تمام مشکلات اصلی نظریه انبساط زمین را حذف کرد!..

تنها چیزی که باقی می ماند "جزئیات فنی" است.

به عنوان مثال، دقیقاً مشخص نیست که سیاره ما در کل دوره وجودش چقدر افزایش یافته است و انبساط آن با چه سرعتی دقیق اتفاق افتاده است. محققان مختلف تخمین هایی را ارائه کردند که بسیار متفاوت از یکدیگر بودند، علاوه بر این، به شدت یادآور مکیدن ساده انگشت بودند.

طبق این فرضیه، در دوره پالئوزوئیک، شعاع زمین تقریباً 1.5 - 1.7 برابر کمتر از شعاع مدرن بود و بنابراین، از آن زمان حجم زمین تقریباً 3.5 - 5 برابر شده است. سروختین، "فاجعه زمین در حال گسترش").

محتمل‌ترین ایده‌ها در مورد مقیاس نسبتاً متوسط ​​انبساط زمین به نظر می‌رسد، که در آن از اوایل آرکئن (یعنی بیش از 3.5 میلیارد سال) شعاع آن می‌توانست بیش از یک و نیم تا دو برابر افزایش یابد. ، از اواخر پروتروزوئیک (یعنی بیش از 1.6 میلیارد سال) - نه بیشتر از 1.3 - 1.5 برابر و از آغاز مزوزوئیک (یعنی در طی 0.25 میلیارد سال گذشته) تا حداکثر 5. 10 درصد» (ای. میلانوفسکی، «زمین آیا زمین در حال گسترش است؟ آیا زمین در حال تپش است؟»).

افسوس. فرضیه لارین نیز مستقیماً به این سؤال پاسخ نمی دهد.

علاوه بر این، همه محققان از این واقعیت نتیجه گرفتند که این فرآیند از همان ابتدای شکل گیری زمین کم و بیش به طور مساوی پیش می رود (نویسنده نظریه هیدرید، V. Larin نیز به این فرضیه پایبند است). و این منجر به نرخ انبساط بسیار پایینی می شود که تشخیص آن با ابزارهای مدرن تقریباً غیرممکن است. و به نظر می رسد که آزمایش اعتبار این نظریه فقط مربوط به آینده ای دور باشد.

مشخص است که محصول برهمکنش هیدروژن با توریم، در مقایسه با مشتقات هیدروژنی تمام فلزات دیگر، حاوی بزرگترین عددهیدروژن و از نظر ترکیب با نسبت ThH 3.75 مطابقت دارد، یعنی به ترکیب مربوط به حداکثر ظرفیت عناصر گروه IV نزدیک می شود. چگالی توریم حاوی هیدروژن تقریباً 30٪ کمتر از چگالی فلز است، در حالی که برای سایر عناصر زیرگروه تیتانیوم تغییر چگالی هنگام برهمکنش با هیدروژن تقریباً 15٪ است.

ساده ترین هیدریدهای عناصر زیرگروه کربن - کربن، سیلیکون، ژرمانیوم، قلع، سرب - چهار ظرفیتی هستند و با فرمول کلی MeH 4 مطابقت دارند. پایداری حرارتی هیدریدهای عناصر گروه IV به تدریج با افزایش وزن اتمی این عناصر و شعاع اتمی کاهش می یابد.

زیر گروه وانادیوم V گروه ها . برهمکنش هیدروژن با وانادیوم، نیوبیم و تانتالیوم تا حد زیادی مشابه است. هیچ ترکیب شیمیایی با ترکیب دقیق استوکیومتری در این سیستم ها یافت نشد. از آنجایی که جذب و دفع هیدروژن باعث تغییرات برگشت ناپذیری در ساختار تانتالیوم فلزی می شود، این امکان وجود دارد که در سیستم تانتالیوم-هیدروژن و ظاهراً در سیستم نیوبیوم-هیدروژن، نسبت معینی از پیوندهای شیمیایی نوع متوسط ​​امکان پذیر باشد.

هیدریدهای ساده نیتروژن، فسفر، آرسنیک، آنتیموان و بیسموت فرمول کلی MeH3. هیدریدهای عناصر گروه V نسبت به عناصر گروه IV و VI پایداری کمتری دارند. اکثر عناصر گروه V، علاوه بر هیدریدهای ساده مانند NH 3، ترکیبات پیچیده تری را نیز با هیدروژن تشکیل می دهند.

از عناصر زیر گروه کروم گروه ششم - کروم، مولیبدن، تنگستن و اورانیوم، فقط هیدرید اورانیوم UH 3 مورد مطالعه قرار گرفته است. پیوند شیمیایی در این ترکیب احتمالاً با وجود پل های هیدروژنی توضیح داده می شود، اما نه با کووالانسی، که با خواص UH 3 سازگار است. تشکیل هیدرید اورانیوم با کاهش شدید (تقریباً 42٪) در چگالی اورانیوم همراه است. این درجه کاهش چگالی حداکثر در بین مشتقات هیدروژن مورد مطالعه فلزات است و به ترتیب بزرگی، مربوط به افزایش چگالی مشاهده شده در طول تشکیل هیدریدهای فلز قلیایی گروه I است. اطلاعات قابل اعتمادی در مورد تولید ترکیبات شیمیایی با ترکیب دقیق استوکیومتری توسط برهمکنش هیدروژن با کروم، مولیبدن و تنگستن وجود ندارد.

هیدریدهای عناصر این گروه را می توان با برهمکنش مستقیم عناصر با هیدروژن به دست آورد. در سری های H 2 O ، H 2 S ، H 2 Se ، H 2 Te و H 2 Ro ، پایداری حرارتی هیدریدها به سرعت کاهش می یابد.

در مورد برهمکنش شیمیایی هیدروژن با عناصر گروه هشتم جدول تناوبی - آهن، نیکل و کبالت - داده های متناقضی در ادبیات وجود دارد. طبیعتاً تردیدهایی در مورد وجود واقعی هیدریدهای این عناصر به وجود می آید. برهمکنش هیدروژن با آهن، کبالت و نیکل در دماهای بالا یک فرآیند شیمیایی به معنای عمومی پذیرفته شده نیست. با این حال، این هنوز عدم امکان وجود هیدریدهای این عناصر را ثابت نمی کند.

بسیاری از محققان به دست آوردن محصولاتی را گزارش کرده اند که به اعتقاد آنها هیدرید هستند. بنابراین، اطلاعاتی در مورد تولید غیرمستقیم هیدریدهای آهن - FeH، FeH 2 و FeH 3 وجود دارد که در دمای کمتر از 150 درجه سانتیگراد پایدار هستند و در بالای آن تجزیه می شوند. تولید هیدریدهای نیکل و کبالت نیز گزارش شده است. محصولات حاصل پودرهای تیره تیره و ریز پراکنده بودند. به گفته برخی از نویسندگان، موادی از این نوع در واقع هیدرید نیستند، بلکه فلزات احیا شده ریز پراکنده هستند که حاوی مقادیر قابل توجهی هیدروژن هستند که به صورت فیزیکی روی سطح جذب شده اند. برخی دیگر معتقدند که هیدروژن جذب شده روی سطح فلز در حالت اتمی قرار دارد و شکل می گیرد پیوند شیمیاییبا اتم های فلزی

اطلاعات بسیار کمی در مورد برهمکنش شیمیایی هیدروژن با سایر عناصر گروه هشتم (به استثنای پالادیوم) وجود دارد.

روی میز جدول 5 داده های موجود در مورد تغییر چگالی فلزات را هنگام برهم کنش با هیدروژن نشان می دهد.

بیایید با ترکیب اتصالات تزریق شروع کنیم. اجازه دهید این موضوع را با استفاده از مثال هیدریدهای عناصر انتقالی در نظر بگیریم. اگر در طول تشکیل فاز بینابینی، اتم‌های هیدروژن فقط در حفره‌های چهار وجهی در شبکه فلزی قرار می‌گیرند، آنگاه محتوای محدود هیدروژن در چنین ترکیبی باید با فرمول MeH 2 مطابقت داشته باشد (که در آن Me فلزی است که اتم‌های آن یک بسته بندی نزدیک را تشکیل می‌دهند. ). به هر حال، دو برابر بیشتر از اتم هایی که یک بسته بندی نزدیک را تشکیل می دهند، حفره های چهار وجهی در شبکه وجود دارد. اگر اتم های هیدروژن فقط در حفره های هشت وجهی قرار می گیرند، پس از همان ملاحظات نتیجه می شود که محتوای محدود کننده هیدروژن باید با فرمول MeH مطابقت داشته باشد - به تعداد اتم هایی که این بسته بندی را تشکیل می دهند، در یک بسته بندی متراکم حفره های هشت وجهی وجود دارد.

به طور معمول، هنگامی که ترکیبات فلزات واسطه با هیدروژن تشکیل می شوند، حفره های هشت وجهی یا چهار وجهی پر می شوند. بسته به ماهیت مواد اولیه و شرایط فرآیند، پر شدن کامل یا فقط جزئی ممکن است رخ دهد. در مورد دوم، ترکیب ترکیب از فرمول عدد صحیح منحرف خواهد شد و تعریف نشده خواهد بود، برای مثال MeH 1-x. مردان 2-x. اتصالات پیاده سازی، بنابراین، به دلیل ماهیت خود باید باشد ترکیبات با ترکیب متغیر،یعنی کسانی که ترکیب آنها بسته به شرایط آماده سازی و پردازش بیشتر آنها در محدوده های نسبتاً گسترده ای متفاوت است.

اجازه دهید برخی از خواص معمول فازهای بینابینی را با استفاده از مثال ترکیبات با هیدروژن در نظر بگیریم. برای انجام این کار، هیدریدهای برخی از عناصر انتقالی را با هیدرید مقایسه کنید فلز قلیایی(لیتیوم).

هنگامی که لیتیوم با هیدروژن ترکیب می شود، ماده ای با ترکیب خاصی LiH تشکیل می شود. توسط مشخصات فیزیکیهیچ شباهتی با فلز اصلی ندارد. لیتیوم جریان الکتریکی را هدایت می کند، دارای درخشندگی فلزی، پلاستیسیته، در یک کلام، کل مجموعه است خواص فلزی. لیتیوم هیدرید هیچ یک از این خواص را ندارد. این یک ماده نمک مانند بی رنگ است که اصلا شبیه فلز نیست. مانند سایر هیدریدهای فلز قلیایی و قلیایی خاکی، لیتیم هیدرید یک ترکیب یونی معمولی است که در آن اتم لیتیوم دارای بار مثبت قابل توجه و اتم هیدروژن دارای بار منفی به همان اندازه است. چگالی لیتیوم 0.53 گرم بر سانتی متر مکعب است و چگالی لیتیوم هیدرید 0.82 گرم بر سانتی متر مکعب است - رخ می دهد. افزایش قابل توجه تراکم (همین مورد در هنگام تشکیل هیدریدهای سایر فلزات قلیایی و قلیایی خاکی مشاهده می شود).

پالادیوم (یک عنصر انتقالی معمولی) در هنگام تعامل با هیدروژن دچار دگرگونی های کاملاً متفاوتی می شود. مشهور - معروف تجربه نمایشی، که در آن یک صفحه پالادیوم که از یک طرف با لاک ضد گاز پوشانده شده است، هنگام دمیدن با هیدروژن خم می شود.

این به این دلیل است که چگالی پالادیوم هیدرید حاصل کاهش می یابد. این پدیده تنها زمانی رخ می دهد که فاصله بین اتم های فلز افزایش یابد. اتم‌های هیدروژن معرفی‌شده اتم‌های فلز را از هم جدا می‌کنند و ویژگی‌های شبکه کریستالی را تغییر می‌دهند.

افزایش حجم فلزات در هنگام جذب هیدروژن با تشکیل فازهای بینابینی به قدری قابل توجه است که چگالی فلز اشباع شده با هیدروژن به طور قابل توجهی کمتر از چگالی فلز اصلی است (جدول 2 را ببینید).

به بیان دقیق، شبکه تشکیل شده توسط اتم های فلز معمولاً پس از جذب هیدروژن توسط این فلز کاملاً بدون تغییر باقی نمی ماند. مهم نیست که اتم هیدروژن چقدر کوچک است، باز هم اعوجاج هایی را به شبکه وارد می کند. در این مورد، معمولاً نه تنها یک افزایش متناسب در فواصل بین اتم ها در شبکه، بلکه مقداری تغییر در تقارن آن وجود دارد. بنابراین، اغلب فقط برای سادگی گفته می شود که اتم های هیدروژن در یک بسته بندی متراکم به فضاهای خالی وارد می شوند - بسته بندی متراکم اتم های فلزی خود هنوز با وارد شدن اتم های هیدروژن مختل می شود.

جدول 2 تغییر در چگالی برخی از فلزات واسطه در طول تشکیل فازهای بینابینی با هیدروژن.

این تنها تفاوت بین هیدریدهای فلزات معمولی و واسطه است.

در طول تشکیل هیدریدهای بینابینی، خواص معمولی فلزات مانند درخشش فلزی و هدایت الکتریکی حفظ می شود. درست است، آنها ممکن است کمتر از فلزات اصلی باشند. بنابراین، هیدریدهای بینابینی بسیار شبیه به فلزات اصلی نسبت به هیدریدهای فلز قلیایی و قلیایی خاکی هستند.

چنین خاصیتی مانند پلاستیسیته به طور قابل توجهی تغییر می کند - فلزات اشباع شده با هیدروژن شکننده می شوند ، اغلب فلزات اصلی به سختی تبدیل به پودر می شوند ، اما با هیدریدهای همان فلزات این بسیار آسان تر است.

در نهایت باید به یک خاصیت بسیار مهم هیدریدهای بینابینی اشاره کرد. هنگامی که فلزات واسطه با هیدروژن برهم کنش می کنند، نمونه فلزی از بین نمی رود. علاوه بر این، شکل اصلی خود را حفظ می کند. در طول فرآیند معکوس - تجزیه هیدریدها (از دست دادن هیدروژن) - همین اتفاق می افتد.

ممکن است یک سوال طبیعی مطرح شود: آیا می توان فرآیند تشکیل فازهای بینابینی را شیمیایی به معنای کامل کلمه دانست؟ آیا ممکن است محلول های آبی تشکیل شوند - فرآیندی که "شیمی" بسیار بیشتری دارد؟

برای پاسخ باید از ترمودینامیک شیمیایی استفاده کنیم.

مشخص است که تشکیل ترکیبات شیمیایی از مواد ساده (و همچنین سایر فرآیندهای شیمیایی) معمولاً با اثرات انرژی قابل توجهی همراه است. اغلب، این اثرات گرمازا هستند و هر چه انرژی بیشتری آزاد شود، اتصال حاصل قوی تر می شود.

اثرات حرارتی یکی از مهم ترین نشانه هایی است که نشان می دهد نه تنها اختلاط مواد اتفاق می افتد، بلکه یک واکنش شیمیایی در حال وقوع است. هنگامی که انرژی داخلی سیستم تغییر می کند، بنابراین، اتصالات جدید تشکیل می شود.

اکنون بیایید ببینیم که تشکیل هیدریدهای بینابینی چه تأثیرات انرژی ای ایجاد می کند. به نظر می رسد که گسترش در اینجا بسیار زیاد است. در فلزات زیرگروه های جانبی III، IV و V گروه های سیستم تناوبی، تشکیل هیدریدهای بینابینی با آزاد شدن قابل توجه گرما، در حد 30-50 کیلو کالری در مول (زمانی که هیدرید لیتیوم از مواد ساده تشکیل می شود، همراه است. حدود 21 کیلوکالری در مول آزاد می شود). می توان پذیرفت که هیدریدهای بینابینی، حداقل از عناصر زیرگروه های نشان داده شده، کاملا "واقعی" هستند. ترکیبات شیمیایی. البته لازم به ذکر است که برای بسیاری از فلزات واقع در نیمه دوم هر سری انتقال (به عنوان مثال، آهن، نیکل، مس)، اثرات انرژی تشکیل هیدریدهای بینابینی اندک است. به عنوان مثال، برای یک هیدرید با ترکیب تقریبی FeH 2، اثر حرارتی تنها 0.2 کیلو کالری در مول است. .

مقدار کم DN چنین هیدریدهایی روش های آماده سازی آنها را دیکته می کند - نه برهمکنش مستقیم فلز با هیدروژن، بلکه به روش غیر مستقیم.

بیایید به چند نمونه نگاه کنیم.

نیکل هیدرید، که ترکیب آن نزدیک به NiH 2 است، می تواند با درمان محلول اتری کلرید نیکل با برومید فنیل منیزیم در جریان H2 به دست آید:

هیدرید نیکل که در نتیجه این واکنش به دست می آید پودر سیاهی است که به راحتی هیدروژن (که عموماً مشخصه هیدریدهای بینابینی است) تولید می کند؛ هنگامی که کمی در اتمسفر اکسیژن گرم شود، مشتعل می شود.

به همین ترتیب می توان هیدریدهای همسایه نیکل را بدست آورد. جدول تناوبی- کبالت و آهن

روش دیگر برای تهیه هیدریدهای انتقالی مبتنی بر استفاده از لیتیم آلانات LiAlH است. هنگامی که کلرید فلز مربوطه با LiAlH 4 در یک محلول اتری واکنش می دهد، آلانات این فلز تشکیل می شود:

MeCl 2 +LiAlH 4 > من (AlH 4 ) 2 +LiCl(5)

برای بسیاری از فلزات، آلانات ها ترکیبات شکننده ای هستند که با افزایش دما تجزیه می شوند.

من (AlH 4 ) 2 > MeH 2 + ال + اچ 2 (6)

اما برای برخی از فلزات زیر گروه های ثانویه، فرآیند متفاوتی رخ می دهد:

من (AlH 4 ) 2 > MeH 2 +AlH 3 (7)

در این حالت به جای مخلوطی از هیدروژن و آلومینیوم، هیدرید آلومینیوم تشکیل می شود که در اتر محلول است. با شستن محصول واکنش با اتر، می توان یک هیدرید فلز واسطه خالص به عنوان باقیمانده به دست آورد. به این ترتیب، به عنوان مثال، هیدریدهای کم پایدار روی، کادمیوم و جیوه به دست آمد.

می توان نتیجه گرفت که تهیه هیدریدهای عناصر زیرگروه های جانبی بر اساس روش های معمول سنتز معدنی است: واکنش های تبادلی، تجزیه حرارتی ترکیبات شکننده تحت شرایط خاص و غیره. با این روش ها، هیدریدهای تقریباً همه عناصر انتقالی، حتی بسیار شکننده ها به دست آمد. ترکیب هیدریدهای حاصل معمولاً نزدیک به استوکیومتری است: FeH 2، CoH 2، NiH 2 ZnH 2، CdH 2، HgH 2. ظاهراً دستیابی به استوکیومتری با دمای پایینی که این واکنش ها در آن انجام می شوند تسهیل می شود.

حال اجازه دهید تأثیر شرایط واکنش را بر ترکیب هیدریدهای بینابینی حاصل بررسی کنیم. این به طور مستقیم از اصل Le Chatelier پیروی می کند. هرچه فشار هیدروژن بیشتر و دما کمتر باشد، اشباع فلز از هیدروژن به مقدار محدود نزدیکتر است. به عبارت دیگر، هر دمای معین و هر مقدار فشار مربوط به درجه خاصی از اشباع فلز با هیدروژن است. برعکس، هر دما مربوط به فشار تعادل خاصی از هیدروژن در بالای سطح فلز است.

یکی از کاربردهای احتمالی هیدریدهای عنصر گذار از اینجاست. بیایید بگوییم که در برخی از سیستم ها باید یک فشار هیدروژن کاملاً تعریف شده ایجاد کنید. یک فلز اشباع شده با هیدروژن در چنین سیستمی قرار می گیرد (تیتانیوم در آزمایش ها استفاده شد). با حرارت دادن آن تا دمای معین می توانید فشار مورد نیاز گاز هیدروژن را در سیستم ایجاد کنید.

هر کلاسی از ترکیبات در نوع خود جالب است طبیعت شیمیایی، ترکیب و ساختار ذراتی که از آن تشکیل شده است و ماهیت ارتباط بین این ذرات. شیمیدانان کار نظری و تجربی خود را به این امر اختصاص می دهند. آنها از مرحله اجرا مستثنی نیستند.

هنوز هیچ دیدگاه قطعی در مورد ماهیت هیدریدهای بینابینی وجود ندارد. غالباً دیدگاه‌های متفاوت، گاهی متضاد، واقعیت‌های یکسان را با موفقیت توضیح می‌دهند. به عبارت دیگر، هنوز دیدگاه نظری واحدی در مورد ساختار و خواص ترکیبات بینابینی وجود ندارد.

بیایید چند واقعیت تجربی را در نظر بگیریم.

فرآیند جذب هیدروژن توسط پالادیوم با جزئیات بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته است. مشخصه این فلز واسطه این است که غلظت هیدروژن محلول در آن در دمای ثابت با ریشه دوم فشار هیدروژن خارجی متناسب است.

در هر دما، هیدروژن، تا حدی، به اتم های آزاد تجزیه می شود، بنابراین یک تعادل وجود دارد:

ثابت برای این تعادل است:

جایی که آر ن -- فشار (غلظت) هیدروژن اتمی.

از اینجا (11)

مشاهده می شود که غلظت هیدروژن اتمی در فاز گاز با جذر فشار (غلظت) هیدروژن مولکولی متناسب است. اما غلظت هیدروژن در پالادیوم نیز با همین مقدار متناسب است.

از این می توان نتیجه گرفت که پالادیوم هیدروژن را به شکل اتم های منفرد حل می کند.

پس ماهیت پیوند در هیدرید پالادیوم چیست؟ برای پاسخ به این سوال، تعدادی آزمایش انجام شد.

مشخص شد که هنگام عبور جریان الکتریسیتهاز طریق پالادیوم اشباع شده با هیدروژن، اتم های غیر فلزی به سمت کاتد حرکت می کنند. باید فرض شود که هیدروژن موجود در شبکه فلزی به طور کامل یا جزئی به پروتون ها (یعنی یون های H +) و الکترون ها تفکیک شده است.

اطلاعاتی درباره ساختار الکترونیکیپالادیوم هیدرید با مطالعه خواص مغناطیسی به دست آمد. تغییر در خواص مغناطیسی هیدرید بسته به مقدار هیدروژن ورودی به ساختار مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس مطالعه خواص مغناطیسی یک ماده، می توان تعداد الکترون های جفت نشده موجود در ذرات این ماده را تخمین زد. به طور متوسط، تقریباً 0.55 الکترون جفت نشده در هر اتم پالادیوم وجود دارد. وقتی پالادیوم با هیدروژن اشباع می شود، تعداد الکترون های جفت نشده کاهش می یابد. و در ماده ای با ترکیب PdH 0.55، عملاً هیچ الکترون جفت نشده ای وجود ندارد.

بر اساس این داده ها، می توان نتیجه گرفت: الکترون های جفت نشده پالادیوم با الکترون های جفت نشده اتم های هیدروژن جفت می شوند.

با این حال، خواص هیدریدهای بینابینی (به ویژه، الکتریکی و مغناطیسی) را نیز می توان بر اساس فرضیه مخالف توضیح داد. می توان فرض کرد که هیدریدهای بینابینی حاوی یون های H - هستند که به دلیل جذب اتم های هیدروژن بخشی از الکترون های نیمه آزاد موجود در شبکه فلزی تشکیل می شوند. در این حالت، الکترون های به دست آمده از فلز نیز با الکترون های موجود بر روی اتم های هیدروژن جفت می شوند. این رویکرد همچنین نتایج اندازه گیری های مغناطیسی را توضیح می دهد.

این امکان وجود دارد که هر دو نوع یون در هیدریدهای بینابینی همزیستی داشته باشند. الکترون های فلزی و الکترون های هیدروژن جفت تشکیل می دهند و بنابراین الف پیوند کووالانسی. این جفت الکترون ها را می توان به یک درجه یا درجه دیگر به سمت یکی از اتم ها - فلز یا هیدروژن - منتقل کرد.

جفت الکترون بیشتر به سمت اتم فلز در هیدریدهای آن دسته از فلزاتی که احتمال کمتری برای اهدای الکترون دارند، مانند هیدریدهای پالادیوم یا نیکل، گرایش دارند. اما ظاهراً در هیدریدهای اسکاندیم و اورانیوم، جفت الکترون به شدت به سمت هیدروژن جابجا شده است. بنابراین، هیدریدهای لانتانیدها و اکتینیدها از بسیاری جهات شبیه به هیدریدهای فلزات قلیایی خاکی هستند. به هر حال، هیدرید لانتانیم به ترکیب LaH 3 می رسد. برای هیدریدهای بینابینی معمولی، محتوای هیدروژن، همانطور که اکنون می دانیم، بالاتر از مقدار مربوط به فرمول MeH یا MeH 2 نیست.

واقعیت تجربی دیگر دشواری های تعیین ماهیت پیوند در هیدریدهای بینابینی را نشان می دهد.

اگر هیدروژن از هیدرید پالادیوم در دمای پایین حذف شود، ممکن است شبکه اعوجاج شده ("گسترش") که پالادیوم اشباع شده با هیدروژن داشت حفظ شود. خواص مغناطیسی (به این نکته توجه داشته باشید)، رسانایی الکتریکی و سختی چنین پالادیوم به طور کلی مانند هیدرید است.

نتیجه این است که در طول تشکیل هیدریدهای بینابینی، تغییر در خواص نه تنها به دلیل وجود هیدروژن در آنها، بلکه به سادگی با تغییر در فواصل بین اتمی در شبکه ایجاد می شود.

باید بپذیریم که مسئله ماهیت هیدریدهای بینابینی بسیار پیچیده است و تا حل نهایی فاصله دارد.

بشریت همیشه به این دلیل مشهور بوده است که حتی بدون شناخت کامل همه جوانب هر پدیده ای، توانسته است به طور عملی از این پدیده ها استفاده کند. این به طور کامل در مورد هیدریدهای بینابینی صدق می کند.

تشکیل هیدریدهای بینابینی در برخی موارد به عمد در عمل استفاده می شود، در موارد دیگر، برعکس، سعی می کنند از آن اجتناب کنند.

هیدریدهای بینابینی هنگام گرم شدن و گاهی اوقات در دماهای پایین نسبتاً آسان هیدروژن تولید می کنند. کجا می توانم از این ملک استفاده کنم؟ البته در فرآیندهای ردوکس. علاوه بر این، هیدروژن آزاد شده توسط هیدریدهای بینابینی در مرحله ای از فرآیند در حالت اتمی قرار دارد. این احتمالاً مربوط به فعالیت شیمیایی هیدریدهای بینابینی است.

مشخص است که فلزات گروه هشت (آهن، نیکل، پلاتین) کاتالیزورهای خوبی برای واکنش هایی هستند که در آن هیدروژن به هر ماده ای متصل می شود. شاید نقش کاتالیزوری آنها با تشکیل میانی هیدریدهای بینابینی ناپایدار مرتبط باشد. با تفکیک بیشتر، هیدریدها مقدار معینی هیدروژن اتمی را در اختیار سیستم واکنش قرار می دهند.

به عنوان مثال، پلاتین ریز پراکنده (به اصطلاح پلاتین سیاه) اکسیداسیون هیدروژن با اکسیژن را کاتالیز می کند - در حضور آن، این واکنش با سرعت قابل توجهی حتی در دمای اتاق ادامه می یابد. این خاصیت پلاتین سیاه در پیل های سوختی استفاده می شود - دستگاه هایی که در آن واکنش های شیمیاییبرای تولید مستقیم انرژی الکتریکی، دور زدن تولید انرژی حرارتی (مرحله احتراق) استفاده می شود. به اصطلاح الکترود هیدروژن، ابزار مهمی برای مطالعه خواص الکتروشیمیایی محلول ها، بر اساس همین خاصیت پلاتین ریز پراکنده است.

از تشکیل هیدریدهای بینابینی برای به دست آوردن پودرهای فلزی بسیار خالص استفاده می شود. فلز اورانیوم و سایر اکتینیدها و همچنین تیتانیوم و وانادیوم بسیار خالص انعطاف پذیر هستند و بنابراین تهیه پودر از آنها با آسیاب کردن فلز عملاً غیرممکن است. برای محروم کردن فلز از شکل‌پذیری، آن را با هیدروژن اشباع می‌کنند (این عمل را «تردی» فلز می‌گویند). هیدرید حاصل به راحتی به پودر تبدیل می شود. برخی از فلزات، حتی زمانی که با هیدروژن اشباع می شوند، خود به حالت پودر (اورانیوم) تبدیل می شوند. سپس، هنگامی که در خلاء گرم می شود، هیدروژن حذف می شود و چیزی که باقی می ماند پودر فلز خالص است.

از تجزیه حرارتی برخی از هیدریدها (UH 3، TiH 2) می توان برای تولید هیدروژن خالص استفاده کرد.

جالب ترین زمینه های کاربرد هیدرید تیتانیوم. برای تولید فلزات فوم (به عنوان مثال فوم آلومینیوم) استفاده می شود. برای انجام این کار، هیدرید به آلومینیوم مذاب وارد می شود. در دماهای بالا، تجزیه می شود و حباب های هیدروژن حاصل، آلومینیوم مایع را کف می کنند.

هیدرید تیتانیوم می تواند به عنوان یک عامل کاهنده برای برخی از اکسیدهای فلزی استفاده شود. این می تواند به عنوان لحیم کاری برای اتصال قطعات فلزی، و به عنوان ماده ای که فرآیند پخت ذرات فلز را در متالورژی پودر تسریع می کند، عمل کند. در دو مورد آخر نیز از آنها استفاده می شود خواص ترمیمیهیدرید لایه ای از اکسیدها معمولاً روی سطح ذرات فلزی و قطعات فلزی تشکیل می شود. از چسبندگی بخش های فلزی مجاور جلوگیری می کند. هنگامی که هیدرید تیتانیوم گرم می شود، این اکسیدها را کاهش می دهد و در نتیجه سطح فلز را تمیز می کند.

هیدرید تیتانیوم برای تولید برخی از آلیاژهای خاص استفاده می شود. اگر روی سطح یک محصول مسی تجزیه شود، یک لایه نازک از آلیاژ مس-تیتانیوم تشکیل می شود. این لایه به سطح محصول خواص مکانیکی خاصی می بخشد. بنابراین، می توانید چندین محصول را در یک محصول ترکیب کنید خواص مهم(رسانایی الکتریکی، استحکام، سختی، مقاومت در برابر سایش و غیره).

در نهایت، هیدرید تیتانیوم وسیله ای بسیار موثر برای محافظت در برابر نوترون ها، اشعه گاما و سایر تشعشعات سخت است.

گاهی اوقات، برعکس، باید با تشکیل هیدریدهای بینابینی مبارزه کرد. در صنایع متالورژی، شیمیایی، نفت و سایر صنایع، هیدروژن یا ترکیبات آن تحت فشار و در دمای بالا قرار دارند. در چنین شرایطی، هیدروژن می تواند به میزان قابل توجهی از طریق فلز گرم شده پخش شود و به سادگی از تجهیزات خارج شود. علاوه بر این (و این شاید مهمترین باشد!)، به دلیل تشکیل هیدریدهای بینابینی، استحکام تجهیزات فلزی را می توان تا حد زیادی کاهش داد. و این در حال حاضر یک خطر جدی در هنگام کار با فشار بالا ایجاد می کند.

با ذخیره سازی هیدروژن به شکل هیدرید، نیازی به سیلندرهای حجیم و سنگین در هنگام ذخیره سازی گاز هیدروژن فشرده یا مخازن سخت و گران قیمت برای ذخیره هیدروژن مایع نیست. هنگام ذخیره سازی هیدروژن به شکل هیدرید، حجم سیستم در مقایسه با حجم ذخیره سازی در سیلندرها تقریباً 3 برابر کاهش می یابد. حمل و نقل هیدروژن ساده شده است. هیچ هزینه ای برای تبدیل و مایع سازی هیدروژن وجود ندارد.

هیدروژن را می توان از هیدریدهای فلز با دو واکنش هیدرولیز و تفکیک به دست آورد:

با هیدرولیز می توان دو برابر هیدروژن موجود در هیدرید به دست آورد. با این حال، این روند عملا غیر قابل برگشت است. روش تولید هیدروژن با تفکیک حرارتی یک هیدرید، امکان ایجاد انباشته‌کننده‌های هیدروژنی را فراهم می‌کند که تغییر جزئی دما و فشار در سیستم باعث تغییر قابل توجهی در تعادل واکنش تشکیل هیدرید می‌شود.

دستگاه های ثابت برای ذخیره سازی هیدروژن به شکل هیدریدها محدودیت شدیدی در جرم و حجم ندارند، بنابراین عامل محدود کننده در انتخاب یک هیدرید خاص، به احتمال زیاد هزینه آن خواهد بود. برای برخی کاربردها، هیدرید وانادیم ممکن است مفید باشد، زیرا در دمای نزدیک به 270 کلوین به خوبی تفکیک می شود. هیدرید منیزیم نسبتاً ارزان است، اما دمای تفکیک نسبتاً بالای 560-570 کلوین و گرمای تشکیل بالا دارد. آلیاژ آهن-تیتانیوم نسبتاً ارزان است و هیدرید آن در دمای 320-370 کلوین با گرمای کم تشکیل تجزیه می شود.

استفاده از هیدریدها مزایای ایمنی قابل توجهی دارد. مخزن هیدروژن هیدرید آسیب دیده خطر کمتری نسبت به مخزن هیدروژن مایع آسیب دیده یا مخزن تحت فشار پر از هیدروژن دارد.

مهم است که اتصال هیدروژن به فلز با آزاد شدن گرما اتفاق بیفتد. فرآیند گرمازایی تشکیل یک هیدرید از هیدروژن M یک فلز (شارژ کردن) و فرآیند گرماگیر آزادسازی هیدروژن از هیدرید (تخلیه) را می توان به شکل واکنش های زیر نشان داد:

برای استفاده فنی از هیدریدها، دماهایی که در آن فشار تفکیک هیدروژن در هیدرید به مقادیر بالای 0.1 مگاپاسکال می‌رسد، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. هیدریدهایی که در آنها فشار تفکیک بالای 0.1 مگاپاسکال در دمای زیر نقطه انجماد آب حاصل می شود، دمای پایین نامیده می شوند. اگر این فشار در دمایی بالاتر از نقطه جوش آب به دست آید، چنین هیدریدهایی درجه حرارت بالا در نظر گرفته می شوند.

برای نیازهای حمل و نقل جاده ای، هیدریدها ایجاد می شوند که از نظر تئوری می توانند حداکثر 130-140 کیلوگرم هیدروژن در هر 1 متر مکعب هیدرید فلز داشته باشند. با این حال، بعید است که ظرفیت هیدرید محقق شده بیش از 80 کیلوگرم بر متر مکعب باشد، اما حتی این محتوای هیدروژن در مخزن با ظرفیت 130 dm 3 برای مسافت پیموده شده 400 کیلومتر وسیله نقلیه کافی است. اینها شاخص های واقعی برای استفاده هستند، اما افزایش جرم مخزن پر شده با هیدرید باید در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، جرم هیدرید لاتان نیکل به 1 تن و هیدرید منیزیم - 400 کیلوگرم می رسد.

تا به امروز، هیدریدهای فلزی با طیف وسیعی از خواص سنتز و مطالعه شده اند. داده های مربوط به خواص برخی از هیدریدها که بیشترین علاقه بالقوه را برای استفاده صنعتی دارند در جدول آورده شده است. 10.3 و 10.4. همانطور که از جدول مشخص است. به عنوان مثال، 10.3، هیدرید منیزیم امکان ذخیره 77 گرم H2 در هر 1 کیلوگرم جرم هیدرید را فراهم می کند، در حالی که در یک سیلندر تحت فشار 20 مگاپاسکال تنها 14 گرم در هر کیلوگرم از ظرف وجود دارد. در مورد هیدروژن مایع، می توانید 500 گرم در ظرف 1 کیلوگرمی ذخیره کنید.

برنامه جامع کار جستجو، تحقیق و توسعه روی انرژی هیدروژنی و سلول های سوختی قصد دارد پالادیوم را مطالعه کند. پالادیوم فلزی گروه پلاتین یکی از مواد اصلی پیل سوختی و تمام انرژی هیدروژنی است. بر اساس آن، کاتالیزورها، دستگاه های غشایی برای تولید هیدروژن خالص و مواد با افزایش یافت ویژگی های عملکردی، پیل های سوختی، الکترولیزها، سنسورهای تعیین هیدروژن. پالادیوم می تواند به طور موثر هیدروژن، به ویژه نانو پودر پالادیوم را انباشته کند.

علاوه بر انرژی هیدروژن، پالادیوم در کاتالیزورهای پس از تصفیه گازهای خروجی از خودروهای معمولی استفاده می شود. الکترولیز برای تولید هیدروژن و اکسیژن با تجزیه آب؛ سلول های سوختی قابل حمل، به ویژه متانول؛ الکترولیزهای اکسید جامد با الکترودهای پایه پالادیوم. دستگاه هایی برای دریافت اکسیژن از هوا، از جمله برای اهداف پزشکی؛ حسگرهایی برای تجزیه و تحلیل مخلوط های گازی پیچیده

نکته حائز اهمیت این است که کشور ما حدود 50 درصد از تولید جهانی این فلز لازم برای تولید هیدروژن را در اختیار دارد. در حال حاضر، در موسسه فیزیک شیمی آکادمی علوم روسیه در Chernogolovka، کار برای ایجاد باتری های هیدروژن بر اساس هیدریدهای فلزی در حال انجام است.

خواص برخی از هیدریدها

جدول 10.3

اجازه دهید چندین ویژگی متمایز از مواد مورد استفاده در سیستم های هیدرید را نام ببریم.

1) همه آلیاژهای دارای علامت تجاری HY-STOR توسط Energies, Inc. بسیاری از داده های ارائه شده در این پاراگراف از کار هیوستون و ساندروک گرفته شده است. در فرمول های شیمیایی، نماد M مخفف mischmetal است، مخلوطی از فلزات خاکی کمیاب که معمولا از گرد و غبار مونازیت به دست می آید. تأثیر میشمتال بر فشار فلات به شدت به نسبت مقادیر سریم و لانتانیم در این مخلوط فلزات بستگی دارد.

شیب فلات

مطابق با مدل ترمودینامیکی ساده شده سیستم هیدرید که در پاراگراف بعدی توضیح داده شده است، فلات در وابستگی تعادل | فشار ناشی از غلظت باید افقی باشد. با این حال، در عمل؛ فشار روی فلات با افزایش غلظت هیدروژن در فاز جامد اندکی افزایش می یابد.

شیب فلات را می توان از نظر کمی با ضریب شیب d n(pd)/d(H,M) مشخص کرد، که در آن pd فشار در فلات روی ایزوترم دفع است. در شکل 9.7، خط نقطه چینی که از ایزوترم دفع مربوط به 25 درجه سانتیگراد می گذرد، خط عمودی H/M = 0 را در نقطه pd = 9.1 atm و خط H/M = 1.2 را در نقطه pd = 14.8 atm قطع می کند. سپس

dlnpd در 14.8 - در 9.1

M) 1.2 '■ U'

این مقدار ضریب قابل قبول است، پارامتر شیب فلات فشار تعادل برای آلیاژ TiFe، به عنوان مثال، صفر است، در حالی که برای برخی از آلیاژهای کلسیم، مقدار این پارامتر از سه بیشتر است. هنگامی که آلیاژ جامد می شود (در مرحله ساخت)، تمایل به جداسازی وجود دارد، یعنی آزاد شدن برخی از عناصر تشکیل دهنده آلیاژ. ظاهراً این پدیده دلیل اصلی پیدایش شیب فلات است، زیرا از دیدگاه ترمودینامیک، وابستگی فشار تعادلی به غلظت هیدروژن برای یک آلیاژ ایده‌آل همگن باید یک فلات افقی داشته باشد. بازپخت کردن مواد قبل از آسیاب کردن می تواند شیب فلات را کاهش دهد. مقادیر ضریب شیب و برخی مشخصات دیگر در جدول آورده شده است. 9.4، 9.5 و 9.6.

هیسترزیس جذب - دفع

همانطور که در بالا ذکر شد، فشار فلات در هنگام جذب معمولاً کمی بیشتر از هنگام دفع است. به عبارت دیگر، پسماند فرآیندهای جذب و دفع در طول شارژ و تخلیه چرخه ای آلیاژ مشاهده می شود (شکل 9.7 را ببینید،

9.8، 9.10 و 9.11).

جدول 9.4. خواص ترمودینامیکی برخی از هیدریدهای فلزی آلیاژ HY STOR*> AHj، MJ/kmol H2 D Sf، kJDK-kmol H2) M^H,15РЄ0.85

		شیب فلات8*، ^	ضریب هیسترزیس Pa/Pd

جدول 9.6. حداکثر محتوای هیدروژن و ظرفیت حرارتی برخی از هیدریدهای فلزی حداکثر محتوای هیدروژن ظرفیت گرمایی JDkg - K) کسر جرمی، %

پدیده هیسترزیس با فرآیند برگشت ناپذیر انتشار گرما به دلیل تغییر شکل پلاستیکی شبکه کریستالی، یعنی انبساط آن در حین جذب و فشرده شدن در هنگام دفع هیدروژن همراه است.

پدیده هیسترزیس از نظر کمی با نسبت مقادیر فشار تعادلی هیدروژن در حین جذب و دفع در مقدار AHM = 0.5 و معمولاً دمای 25 درجه سانتیگراد مشخص می شود. به طور کلی پذیرفته شده است که این نسبت به دما بستگی ندارد.

ظرفیت مفید به عنوان تغییر تعداد اتم های هیدروژن جذب شده در هر اتم فلز در هیدرید، N/M تعریف می شود، زمانی که فشار از مقدار 10 برابر فشار فلات به مقدار 0.1 فشار فلات تغییر می کند. این روش برای تعیین ظرفیت مفید مقادیر کمی بیش از حد برآورد می کند. اگر دامنه فشار به طور قابل توجهی باریک شود، مقدار واقعی تری به دست می آید.

در شکل 9.9 (آلیاژ Fe0 8ІЧІ(| 2Ті)) فشار روی فلات در دمای 70 درجه سانتی گراد تقریباً 0.9 اتمسفر است. در فشاری 10 برابر بیشتر از مقدار نشان داده شده، نسبت N/M 0.65 و در فشار است. 10 برابر کمتر از فشار روی فلات، N/M = 0.02. بنابراین، اختلاف A(N/M) = 0.63 به عبارت دیگر، 0.63 کیلومتر مول هیدروژن اتمی (0.63 کیلوگرم) را می توان از 1 کیلومتر مول هیدرید استخراج کرد.

آلیاژ FeTi (ر.ک. شکل 9.4)

ظرفیت گرمایی

سیستم های هیدرید با تغییرات دما فعال می شوند. برای طراحی چنین سیستم هایی باید اطلاعاتی در مورد ظرفیت حرارتی آلیاژهای مختلف داشت. مقادیر ظرفیت گرمایی برای تعدادی از آلیاژها در جدول آورده شده است. 9.6.