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金属氢化物

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金属氢化物（metal hydride）是由某些金属元素（碱金属元素、除铍（Be）以外的碱土金属元素、部分d区元素和部分f区元素）与氢元素组成的化合物。此类化合物化学性质活泼，储量少，但具有很高的使用价值。常见的金属氢化物有氢化钠、氢化钾、氢化钙、氢化亚铜、氢化铝锂、氢化锂。

基本内容

中文名：金属氢化物

组成元素：部分金属元素和氢元素

常见种类：氢化铝锂、氢化锂

外文名：metal hydride

拼音：jīn shǔ qīng huà wù

应用：负氢离子来源

定义

总体定义

氢化物可分成离子型氢化物、分子型氢化物和金属型氢化物三类。金属氢化物分属于离子型氢化物和金属型氢化物两类。

离子型金属氢化物

氢气同碱金属及多数碱土金属在较高的温度下直接化合时，氢原子获得一个电子，成为H-离子，生成离子型金属氢化物。常见的离子型金属氢化物有LiH、NaH、KH、CaH2、BaH2等。

离子型金属氢化物需要在较高的温度下才能生成，因为反应H2====H-ΔrH>0需要吸收热量。而卤素单质的相应反应X2====X-ΔrH<0是放热反应，因此离子型氢化物远不如相应的卤化物存在得普遍。

离子型金属氢化物都是白色或灰白色晶体，其中LiH和BaH2热稳定性较高，分别在688.7℃和1200℃时熔融而不分解，其他离子型金属氢化物均在熔化前分解成相应的单质。熔融态的离子型金属氢化物导电。它们的很多性质与盐类相似，因此有时被称为盐型氢化物。

离子型金属氢化物可与水发生剧烈反应放出氢气。而在非水性溶剂（如乙醚）中，离子型氢化物能与一些缺电子化合物结合生成复合氢化物。离子型金属氢化物和复合氢化物均具有强还原性，在高温下可还原金属氯化物、氧化物和含氧酸盐，也可以还原出H2O中的H，还可以将CO2还原为CO。

金属型金属氢化物

大多数d区元素和f区元素能形成金属型氢化物，而VIB族仅有Cr能形成氢化物。VIII族Pd在适当压强下可与氢形成稳定的松散相，其化合物组成为PdHx（x<1）。Ni只有在高压下才形成金属氢化物。Pt在任何条件下都不能形成氢化物，氢只能在Pt表面形成化学吸附氢化物。常见的金属型金属氢化物有CrH2、NiH、CuH、ZnH2、PdH0.8等。

金属型金属氢化物基本上保留着金属的外观特征，有金属光泽，具有导电性，且导电性随氢含量的增多而降低。金属型金属氢化物的另一性质是在温度稍有提高时，H原子通过固体迅速扩散。普通氢气通过Pd-Ag合金管扩散制得超纯氢气即利用了这一特性。[1]

用途

金属氢化物尤其是离子型金属氢化物被广泛用于无机和有机合成中作还原剂和负氢离子的来源，或在野外用作生氢剂，使用方便但价格昂贵。

另外，研究证明，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。 储氢合金的储氢能力很强。单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，也即相当于储存了1000个大气压的高压氢气。 由于储氢合金都是固体，既不用储存高压氢气所需的大而笨重的钢瓶，又不需存放液态氢那样极低的温度条件，需要储氢时使合金与氢反应生成金属氢化物并放出热量，需要用氢时通过加热或减压使储存于其中的氢释放出来，如同蓄电池的充、放电，因此使用储氢合金不愧是一种极其简便易行的理想储氢方法。 目前研究发展中的储氢合金主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。 储氢合金不但有储氢的本领，而且还有将储氢过程中的化学能转换成机械能或热能的能量转换功能。储氢合金在吸氢时放热，在放氢时吸热，利用这种放热－吸热循环，可进行热的储存和传输，制造制冷或采暖设备。 储氢合金还可以用于提纯和回收氢气，它可将氢气提纯到很高的纯度[2]。例如，普通氢气通过Pd-Ag合金管扩散后可得超纯氢气。采用储氢合金，可以以很低的成本获得纯度高于99.9999%的超纯氢。

储氢合金的飞速发展，给氢气的利用开辟了广阔的道路。

反应过程

金属氢化物体系较多，不同种类的金属氢化物因组成元素及晶体结构的不同，其控制步骤可能是不同的。如对于 Mg2Fe 合金而言，其大量存在的自由 Fe元素可作为一种催化剂，使其表面反应速率加快，再加上其表面和体积间比例关系的改变，将使得控制步骤主要为氢原子的扩散或氢化物形核及长大过程。即使是同一种金属合金，其控制机理也存在争议。以最常见的 LaNi5合金为例，通过实验测定了氢气与 LaNi5在两相最初阶段的吸氢动力学特性，通过分析认为吸氢反应的控制机理应为两相界面处的化学反应过程。LaNi5的吸氢反应的控制机理为氢在灰层的内扩散过程。其控制机理应该为游离的氢气分子吸附与分解过程。