氫化物是氫與其他元素形成的二元化合物。但一般科學(xué)技術(shù)工作中總是把氫同金屬的二元化合物稱氫化物,而把氫同非金屬的二元化合物稱某化氫。在周期表中,除稀有氣體外的元素幾乎都可以和氫形成氫化物,大體分為離子型、共價(jià)型和過渡型3類,它們的性質(zhì)各不相同。
鹽型
離子型氫化物也稱鹽型氫化物。是氫和堿金屬、堿土金屬中的鈣、、、鐳所形成的二元化合物。其固體為離子晶體,如氫化鈉、BaH2等。這些元素的電負(fù)性都比氫的電負(fù)性小。在這類氫化物中,氫以H-形式存在,熔融態(tài)能導(dǎo)電,電解時(shí)在陽極放出氫氣,故該方法又稱金屬儲(chǔ)氫法。離子型氫化物中氫的氧化數(shù)為-1,具有強(qiáng)烈失電子趨勢,是很強(qiáng)的還原劑,在水溶液中與水強(qiáng)烈反應(yīng)放出氫氣,使溶液呈強(qiáng)堿性,如:
CaH2+2H2O→氫氧化鈣+2H2↑
在高溫下還原性更強(qiáng),如:
NaH+2CO→HCOONa+C
2CaH2+PbSO4→PbS+2Ca(OH)2
2LiH+TiO2→Ti+2氫氧化鋰
離子型氫化物可由金屬與氫氣在不同條件下直接合成制得。除用做還原劑外,還用做干燥劑、脫水劑、氫氣發(fā)生劑,1kg氫化鋰在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下同水反應(yīng)可以產(chǎn)生2.8m3的氫氣。在非水溶劑中與+Ⅲ氧化數(shù)的B(Ⅲ),Al(Ⅲ)等生成廣泛用于有機(jī)合成和無機(jī)化合物合成的復(fù)合氫化物,如氫化鋁鋰:
4LiH+氯化鋁→LiAlH4+3LiCl
共價(jià)型
共價(jià)型氫化物也稱分子型氫化物。由氫和ⅢA~ⅦA族元素所形成。其中與ⅢA族元素形成的氫化物是缺電子化合物和聚合型氫化物,如乙硼烷B2H6,氫化鋁(AlH3)n等。各共價(jià)型氫化物熱穩(wěn)定性相差十分懸殊,氫化鉛PbH4,鉍化氫BiH3在室溫下強(qiáng)烈分解,氟化氫,水受熱到1000℃時(shí)也幾乎不分解。共價(jià)型氫化物也有還原性,因氫的氧化數(shù)為+1,其還原性大小取決于另一元素R-n失電子能力。一般說,同一族從上至下還原性增強(qiáng),同一周期從左至右還原性減弱,例如:
4NH3+5O2→4NO+6H2O
2H2S+3O2→2二氧化硫+2H2O
共價(jià)型氫化物在水中的行為較為復(fù)雜。常見為:
形成強(qiáng)酸的:HCl,HBr,HI;
形成堿的:NH3;
與水不作用的:CH4,PH3,AsH3,GeH4,SnH4,SbH3。
氫化物RHn給出質(zhì)子的能力一般與R的電負(fù)性、半徑有關(guān)。同一周期從左至右酸性隨R的電負(fù)性增大而增強(qiáng);同一族,從上至下,酸性增強(qiáng)主要由R的半徑相應(yīng)增大決定。酸堿性強(qiáng)弱由氫化物在水中電離出H+質(zhì)子的熱化學(xué)熱力學(xué)循環(huán)中總能量效應(yīng)決定。
過渡型
過渡型氫化物也稱金屬型氫化物。是除上述兩類外,其余元素與氫形成的二元化合物,這類氫化物組成不符合正常化合價(jià)規(guī)律,如,氫化鑭LaH2.76,氫化CeH2.69,氫化鈀Pd2H等。它們晶格中金屬原子的排列基本上保持不變,只是相鄰原子間距離稍有增加。因氫原子占據(jù)金屬晶格中的空隙位置,也稱間充型氫化物。過渡型氫化物的形成與金屬本性、溫度以及氫氣分壓有關(guān)。它們的性質(zhì)與母體金屬性質(zhì)非常相似,并具有明顯的強(qiáng)還原性。一般熱穩(wěn)定性差,受熱后易放出氫氣。氫氣作為未來很有希望的能源,要解決的中心問題是如何儲(chǔ)存。一些金屬或合金是儲(chǔ)氫的好材料。鈀、鈀合金及都是強(qiáng)吸氫材料,但價(jià)格昂貴。最受人們注意的是-5LaNi5(吸氫后為LaNi5H6),它是一種儲(chǔ)氫的好材料。容量為7L的小鋼瓶內(nèi)裝鑭鎳-5所能盛的氫氣(304kPa),相當(dāng)于容量為40L的15000kPa高壓氫氣鋼瓶所容納的氫氣(重量相當(dāng)),只要略微加熱,LaNi5H6即可把儲(chǔ)存的全部氫氣釋放出來。除鑭鎳-5外,La-Ni-Cu,鋯Al-Ni,Ti-Fe等吸氫材料也正在研究中。研究中國的豐產(chǎn)元素,尤其是稀土金屬及其合金的吸氫作用有著更重要的意義。
既堿金屬的氫化物。當(dāng)堿金屬跟氫氣發(fā)生反應(yīng)時(shí),就生成堿金屬的氫化物,它們都是離子化合物,其中氫以陰離子H-的形式存在,如氫化鈉(NaH),氫化鉀(KH)等。右圖自左向右,分別為離子型氫化物、金屬型氫化物、過渡型氫化物、共價(jià)型氫化物。
沸點(diǎn)
氫化物?沸點(diǎn)?氫化物?沸點(diǎn)?氫化物?沸點(diǎn)
SIH4?—112℃?砷化氫?—55℃?HF?+20℃
SNH4?—52℃?HI?—36℃?HCL?—85℃
NH3?—33℃?H20?+100℃?HBR?—67℃
參考資料 >