ระบบกักเก็บไฮไดรด์ไฮโดรเจน การจัดเก็บไฮโดรเจนในโลหะ พื้นที่การใช้งานจริงของไฮไดรด์ระหว่างโลหะ

เป็นลักษณะเฉพาะที่ผลคูณของปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับทอเรียมเมื่อเปรียบเทียบกับอนุพันธ์ไฮโดรเจนของโลหะอื่น ๆ ทั้งหมดนั้นมีไฮโดรเจนในปริมาณมากที่สุดและสอดคล้องกับองค์ประกอบในอัตราส่วน ThH 3.75 นั่นคือเข้าใกล้องค์ประกอบที่สอดคล้องกับ ความจุสูงสุดขององค์ประกอบกลุ่ม IV ความหนาแน่นของทอเรียมที่มีไฮโดรเจนนั้นน้อยกว่าความหนาแน่นของโลหะเกือบ 30% ในขณะที่องค์ประกอบอื่น ๆ ของกลุ่มย่อยไทเทเนียม การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นเมื่อทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนจะอยู่ที่ประมาณ 15%

ไฮไดรด์ที่ง่ายที่สุดขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยคาร์บอน - คาร์บอน, ซิลิคอน, เจอร์เมเนียม, ดีบุก, ตะกั่ว - เป็นแบบ tetravalent และสอดคล้องกับสูตรทั่วไป MeH 4 ความเสถียรทางความร้อนของไฮไดรด์ขององค์ประกอบกลุ่ม IV จะค่อยๆ ลดลงเมื่อน้ำหนักอะตอมขององค์ประกอบเหล่านี้และรัศมีอะตอมเพิ่มขึ้น

กลุ่มย่อยวานาเดียม วี กลุ่ม . ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับวาเนเดียม ไนโอเบียม และแทนทาลัมมีความคล้ายคลึงกันมาก ไม่พบสารประกอบทางเคมีที่มีองค์ประกอบปริมาณสัมพันธ์ที่แน่นอนในระบบเหล่านี้ เนื่องจากการดูดซับและการดูดซับไฮโดรเจนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของแทนทาลัมโลหะอย่างถาวร จึงเป็นไปได้ว่าในระบบแทนทาลัม-ไฮโดรเจน และเห็นได้ชัดว่าในระบบไนโอเบียม-ไฮโดรเจน สัดส่วนของพันธะเคมีชนิดกลางจะเป็นไปได้

ไฮไดรด์เชิงเดี่ยวของไนโตรเจน ฟอสฟอรัส สารหนู พลวง และบิสมัท มีสูตรทั่วไปคือ MeH3 ไฮไดรด์ขององค์ประกอบกลุ่ม V มีความเสถียรน้อยกว่าองค์ประกอบกลุ่ม IV และ VI องค์ประกอบส่วนใหญ่ของกลุ่ม V นอกเหนือจากไฮไดรด์เชิงเดี่ยว เช่น NH 3 ยังก่อให้เกิดสารประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้นด้วยไฮโดรเจน

จากองค์ประกอบของกลุ่มย่อยโครเมียม กลุ่มที่ 6 - โครเมียม โมลิบดีนัม ทังสเตน และยูเรเนียม ศึกษาเฉพาะยูเรเนียมไฮไดรด์ UH 3 เท่านั้น พันธะเคมีในสารประกอบนี้อาจอธิบายได้จากการมีอยู่ของสะพานไฮโดรเจน แต่ไม่ใช่โดยโคเวเลนซ์ ซึ่งสอดคล้องกับคุณสมบัติของ UH 3 การก่อตัวของยูเรเนียมไฮไดรด์นั้นมาพร้อมกับความหนาแน่นของยูเรเนียมที่ลดลงอย่างรวดเร็ว (เกือบ 42%) ระดับการลดความหนาแน่นนี้เป็นค่าสูงสุดในบรรดาอนุพันธ์ไฮโดรเจนของโลหะที่ศึกษา และตามลำดับความสำคัญ สอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นที่สังเกตได้ในระหว่างการก่อตัวของไฮไดรด์โลหะอัลคาไลกลุ่ม I ไม่มีข้อมูลที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับการผลิตสารประกอบเคมีที่มีองค์ประกอบปริมาณสัมพันธ์ที่แม่นยำโดยปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับโครเมียม โมลิบดีนัม และทังสเตน

ไฮไดรด์ของธาตุในกลุ่มนี้สามารถหาได้จากปฏิกิริยาโดยตรงของธาตุกับไฮโดรเจน ในซีรีส์ H 2 O, H 2 S, H 2 Se, H 2 Te และ H 2 Ro ความเสถียรทางความร้อนของไฮไดรด์จะลดลงอย่างรวดเร็ว

เกี่ยวกับปฏิกิริยาทางเคมีของไฮโดรเจนกับองค์ประกอบ กลุ่มที่ 8 ตารางธาตุ ได้แก่ เหล็ก นิกเกิล และโคบอลต์ มีข้อมูลที่ขัดแย้งกันในวรรณกรรม โดยธรรมชาติแล้วมีข้อสงสัยเกิดขึ้นเกี่ยวกับการมีอยู่จริงของไฮไดรด์ขององค์ประกอบเหล่านี้ ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับเหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิลที่อุณหภูมิสูงไม่ใช่กระบวนการทางเคมีตามความหมายที่ยอมรับกันโดยทั่วไป อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ยังไม่ได้พิสูจน์ความเป็นไปไม่ได้ของการมีอยู่ของไฮไดรด์ขององค์ประกอบเหล่านี้

นักวิจัยหลายคนรายงานว่าได้รับผลิตภัณฑ์ที่พวกเขาเชื่อว่าเป็นไฮไดรด์ ดังนั้นจึงมีข้อมูลเกี่ยวกับการผลิตเหล็กไฮไดรด์ทางอ้อม - FeH, FeH 2 และ FeH 3 ซึ่งมีความเสถียรที่อุณหภูมิต่ำกว่า 150 ° C ซึ่งเกินกว่านั้นจะสลายตัว มีรายงานการผลิตนิกเกิลและโคบอลต์ไฮไดรด์ด้วย ผลลัพธ์ที่ได้คือผงไพโรฟอร์ริกสีเข้มที่กระจายตัวอย่างประณีต ตามที่ผู้เขียนบางคนกล่าวไว้ ในความเป็นจริงแล้ว สารประเภทนี้ไม่ใช่ไฮไดรด์ แต่เป็นโลหะรีดิวซ์ที่กระจายตัวอย่างประณีต ซึ่งมีไฮโดรเจนในปริมาณมากซึ่งถูกดูดซับทางกายภาพบนพื้นผิว บางคนเชื่อว่าไฮโดรเจนที่ถูกดูดซับอยู่บนพื้นผิวของโลหะในสถานะอะตอมและก่อให้เกิดพันธะเคมีกับอะตอมของโลหะ

มีข้อมูลที่สอดคล้องกันน้อยมากเกี่ยวกับปฏิกิริยาทางเคมีของไฮโดรเจนกับองค์ประกอบอื่น ๆ ของกลุ่ม VIII (ยกเว้นแพลเลเดียม)

ในตาราง ตารางที่ 5 แสดงข้อมูลที่มีอยู่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของโลหะเมื่อทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจน

ในขณะที่ทฤษฎีการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกเฉลิมฉลอง "ชัยชนะ" ของมัน ในขณะเดียวกันก็ได้รับข้อเสียในระหว่างการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างของดินใต้ผิวดินและการเคลื่อนตัวไปสู่การล่มสลายของมัน ทฤษฎีการขยายตัวของโลกได้แก้ไขปัญหาหลักสองประการของมัน และที่ ในเวลาเดียวกัน - พบเวอร์ชันของกลไกการขยายตัวซึ่งจะขจัดคำถามทั้งหมดพร้อมกันด้วยความกดดันที่ "มากเกินไป" ในแกนกลาง

เมื่อประมาณสามทศวรรษที่แล้วมีการเสนอทางออกจากทางตันอันยาวนานโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต Vladimir Larin (ปัจจุบันเป็นแพทย์สาขาธรณีวิทยา) ซึ่งมักจะเกิดขึ้นบ่อยครั้งเพื่อเข้าหาปัญหานี้จากมุมที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

ข้าว. 69. แผนภาพของอะตอมของโลหะและไฮโดรเจน

ประการแรก การละลายของไฮโดรเจนในโลหะไม่ได้เป็นเพียงการผสมมันกับอะตอมของโลหะเท่านั้น - ในกรณีนี้ ไฮโดรเจนจะปล่อยอิเล็กตรอนซึ่งมีเพียงหนึ่งเดียวให้กับคลังสมบัติทั่วไปของสารละลาย และยังคงเป็น "เปลือยเปล่าอย่างแน่นอน" ” โปรตอน และขนาดของโปรตอนนั้นเล็กกว่าขนาดของอะตอมใด ๆ ถึง 100,000 เท่า (!) ซึ่งท้ายที่สุดแล้ว (พร้อมกับความเข้มข้นมหาศาลของประจุและมวลของโปรตอน) ช่วยให้มันสามารถเจาะลึกเข้าไปในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมอื่น ๆ ได้ (ความสามารถของโปรตอนเปลือยนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการทดลอง)

แต่เมื่อเจาะเข้าไปในอะตอมอื่น โปรตอนดูเหมือนจะเพิ่มประจุของนิวเคลียสของอะตอมนี้ เพิ่มแรงดึงดูดของอิเล็กตรอน และทำให้ขนาดของอะตอมลดลง ดังนั้นการละลายของไฮโดรเจนในโลหะไม่ว่ามันจะดูขัดแย้งกันแค่ไหนก็ตามสามารถไม่ทำให้สารละลายดังกล่าวหลวม แต่ในทางกลับกัน การบดอัดของโลหะเดิม. ภายใต้สภาวะปกติ (นั่นคือ ที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิห้องปกติ) ผลกระทบนี้ไม่มีนัยสำคัญ แต่ที่ความดันและอุณหภูมิสูงจะค่อนข้างสำคัญ

ดังนั้น ข้อสันนิษฐานที่ว่าแกนกลางของเหลวชั้นนอกของโลกมีไฮโดรเจนอยู่เป็นจำนวนมาก ประการแรก ไม่ได้ขัดแย้งกับคุณสมบัติทางเคมีของมัน ประการที่สอง มันแก้ปัญหาการกักเก็บไฮโดรเจนในระดับลึกสำหรับแหล่งสะสมแร่แล้ว และประการที่สาม สิ่งที่สำคัญกว่าสำหรับเรา ช่วยให้สามารถบดอัดสารได้อย่างมีนัยสำคัญโดยไม่มีแรงกดดันเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเท่ากัน.

“ที่มหาวิทยาลัยมอสโก พวกเขาสร้างทรงกระบอกโดยใช้... สารประกอบระหว่างโลหะ [โลหะผสมของแลนทานัมและนิกเกิล] หมุนก๊อกแล้วไฮโดรเจนจำนวนหนึ่งพันลิตรถูกปล่อยออกมาจากถังลิตร!” (ม. กุรยชยา “ไฮไดรด์ที่ไม่มีอยู่จริง”)

แต่ปรากฎว่าทั้งหมดนี้คือ "เมล็ดพันธุ์"...

ในโลหะไฮไดรด์ - นั่นคือในสารประกอบทางเคมีของโลหะที่มีไฮโดรเจน - เรามีภาพที่แตกต่างออกไป: ไม่ใช่ไฮโดรเจนที่ให้อิเล็กตรอน (กับกระปุกออมสินอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปที่ค่อนข้างหลวม) แต่โลหะจะกำจัดด้านนอกของมันออกไป เปลือกอิเล็กตรอน ก่อให้เกิดพันธะไอออนิกกับไฮโดรเจน ในเวลาเดียวกันอะตอมไฮโดรเจนซึ่งรับอิเล็กตรอนเพิ่มเติมเข้าสู่วงโคจรเดียวกันกับที่อิเล็กตรอนหมุนอยู่นั้นแทบจะไม่เปลี่ยนขนาดของมันเลย แต่รัศมีของอะตอมโลหะ ไอออน (นั่นคืออะตอมที่ไม่มีเปลือกอิเล็กตรอนด้านนอก) จะเล็กกว่ารัศมีของอะตอมอย่างมาก สำหรับเหล็กและนิกเกิล รัศมีไอออนจะอยู่ที่ประมาณ 0.6 ของรัศมีของอะตอมที่เป็นกลาง และสำหรับโลหะอื่นๆ บางชนิด อัตราส่วนนี้ยิ่งน่าประทับใจยิ่งขึ้นไปอีก การลดขนาดของไอออนของโลหะดังกล่าวทำให้สามารถอัดไอออนในรูปแบบไฮไดรด์ได้หลายครั้งโดยไม่มีแรงกดดันเพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากการบดอัดดังกล่าว!..

ยิ่งไปกว่านั้น ความสามารถในการเพิ่มความหนาแน่นมากเกินไปของการอัดตัวของอนุภาคไฮไดรด์นี้จะถูกตรวจพบโดยการทดลองแม้ภายใต้สภาวะปกติปกติ (ดูตารางที่ 1) และที่ความดันสูง จะเพิ่มมากยิ่งขึ้นไปอีก

ความหนาแน่น กรัม/ซม

โลหะ

ไฮไดรด์

การบดอัด, %

โต๊ะ 1. การอัดตัวของไฮไดรด์บางชนิด (ภายใต้สภาวะปกติ)

นอกจากนี้ไฮไดรด์เองยังสามารถละลายไฮโดรเจนเพิ่มเติมได้อีกด้วย ครั้งหนึ่งพวกเขาพยายามใช้ความสามารถนี้ในการพัฒนาเครื่องยนต์รถยนต์ไฮโดรเจนเพื่อกักเก็บเชื้อเพลิง

“...ตัวอย่างเช่น แมกนีเซียมไฮไดรด์หนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตรมีไฮโดรเจนมากกว่าที่มีอยู่ในไฮโดรเจนเหลวหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตรถึงหนึ่งเท่าครึ่ง และมากกว่าในก๊าซที่ถูกบีบอัดจนถึงหนึ่งร้อยห้าสิบบรรยากาศถึงเจ็ดเท่า! ” (ม. กุรยชยา “ไฮไดรด์ที่ไม่มีอยู่จริง”)

ปัญหาหนึ่งก็คือว่าภายใต้สภาวะปกติไฮไดรด์จะไม่เสถียรมาก...

แต่เราไม่ต้องการสภาวะปกติเนื่องจากเรากำลังพูดถึงความเป็นไปได้ของการดำรงอยู่ของพวกมันที่อยู่ลึกลงไปในบาดาลของโลก - ที่ซึ่งมีแรงกดดันสูงกว่ามาก และด้วยแรงกดดันที่เพิ่มขึ้น ความเสถียรของไฮไดรด์ก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก

ทุกวันนี้ ได้รับการยืนยันจากการทดลองเกี่ยวกับคุณสมบัติเหล่านี้ และนักธรณีวิทยาจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ มีแนวโน้มที่จะเชื่อว่าแบบจำลองของแกนไฮไดรด์อาจกลายเป็นสิ่งที่ใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากกว่าแบบจำลองเหล็ก-นิกเกิลรุ่นก่อนๆ มาก ยิ่งไปกว่านั้น การคำนวณสภาวะภายในโลกของเราอย่างละเอียดถี่ถ้วนเผยให้เห็นธรรมชาติที่ไม่น่าพึงพอใจของแบบจำลองเหล็ก-นิกเกิล "บริสุทธิ์" ของแกนกลางของมัน

“การตรวจวัดแผ่นดินไหวระบุว่าแกนโลกทั้งด้านใน (ของแข็ง) และด้านนอก (ของเหลว) มีความหนาแน่นต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับค่าที่ได้รับจากแบบจำลองของแกนกลางที่ประกอบด้วยเหล็กโลหะเท่านั้นภายใต้พารามิเตอร์เคมีกายภาพเดียวกัน .

การมีอยู่ของไฮโดรเจนในแกนกลางเป็นประเด็นถกเถียงมานานแล้ว เนื่องจากมีความสามารถในการละลายเหล็กต่ำที่ความดันบรรยากาศ อย่างไรก็ตาม การทดลองเมื่อเร็วๆ นี้พบว่าเหล็กไฮไดรด์ FeH สามารถก่อตัวที่อุณหภูมิและความดันสูง และเมื่อดิ่งลงลึกลงไป จะมีเสถียรภาพที่ความดันเกิน 62 GPa ซึ่งสอดคล้องกับความลึกประมาณ ~1,600 กม. ในเรื่องนี้การมีอยู่ของไฮโดรเจนในแกนกลางจำนวนมาก (มากถึง 40 โมล%) ค่อนข้างเป็นที่ยอมรับและ ลดความหนาแน่นลงเป็นค่าที่สอดคล้องกับข้อมูลแผ่นดินไหว"(Yu. Pushcharovsky, "เปลือกโลกและธรณีพลศาสตร์ของเสื้อคลุมโลก")

แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดคือภายใต้เงื่อนไขบางประการ เช่น เมื่อความดันลดลงหรือเมื่อได้รับความร้อน ไฮไดรด์สามารถแตกตัวเป็นส่วนประกอบต่างๆ ได้ ไอออนของโลหะจะเปลี่ยนสถานะเป็นอะตอมและผลที่ตามมาทั้งหมด กระบวนการเกิดขึ้นโดยที่ปริมาตรของสารเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงมวลนั่นคือโดยไม่มีการละเมิดกฎการอนุรักษ์สสาร กระบวนการที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นเมื่อไฮโดรเจนถูกปล่อยออกมาจากสารละลายในโลหะ (ดูด้านบน)

และนี่เป็นกลไกที่เข้าใจได้อย่างสมบูรณ์ในการเพิ่มขนาดของโลก!!!

“ผลลัพธ์หลักทางธรณีวิทยาและการแปรสัณฐานของการแปรสัณฐานของโลกไฮดริดเริ่มแรกนั้นมีความสำคัญหรืออาจหลายอย่างตลอดประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยา เพิ่มระดับเสียงซึ่งเกิดจากการบีบอัดภายในดาวเคราะห์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในระหว่างการไล่แก๊สไฮโดรเจนและการเปลี่ยนไฮไดรด์เป็นโลหะ” (V. Larin, “สมมติฐานของโลกไฮไดรด์เริ่มแรก”)

ดังนั้น Larin เสนอทฤษฎีที่ไม่เพียง แต่แก้ปัญหาบางส่วนของการสะสมของแร่และอธิบายกระบวนการจำนวนหนึ่งในประวัติศาสตร์ของโลก (ซึ่งเราจะกลับมา) แต่ยังให้พื้นฐานที่จริงจังสำหรับสมมติฐานของการขยายตัวของเรา ดาวเคราะห์ - เป็นผลข้างเคียง

ลารินทำสิ่งที่สำคัญที่สุด - เขาขจัดปัญหาหลักทั้งหมดของทฤษฎีการขยายตัวของโลก!..

สิ่งที่เหลืออยู่คือ "รายละเอียดทางเทคนิค"

ตัวอย่างเช่น ไม่ชัดเจนว่าดาวเคราะห์ของเราเพิ่มขึ้นเท่าใดตลอดระยะเวลาที่ดำรงอยู่ และการขยายตัวของมันเกิดขึ้นด้วยความเร็วที่แน่นอนเท่าใด นักวิจัยหลายคนให้การประมาณการที่แตกต่างกันมาก นอกจากนี้ยังชวนให้นึกถึงการดูดนิ้วแบบง่ายๆ

“ ... ในยุค Paleozoic ตามสมมติฐานนี้ รัศมีของโลกจะน้อยกว่ารัศมีสมัยใหม่ประมาณ 1.5 - 1.7 เท่า ดังนั้นตั้งแต่นั้นมาปริมาตรของโลกจึงเพิ่มขึ้นประมาณ 3.5 - 5 เท่า” (O . Sorokhtin "ภัยพิบัติของโลกที่กำลังขยายตัว")

“ ความคิดที่เป็นไปได้มากที่สุดสำหรับฉันดูเหมือนเกี่ยวกับการขยายตัวของโลกในระดับที่ค่อนข้างปานกลางซึ่งตั้งแต่ยุค Archean ยุคแรก (นั่นคือมากกว่า 3.5 พันล้านปี) รัศมีของมันจะเพิ่มขึ้นได้ไม่เกินหนึ่งครึ่งถึงสองเท่า จากยุคโปรเทโรโซอิกตอนปลาย (นั่นคือ มากกว่า 1.6 พันล้านปี) - ไม่เกิน 1.3 - 1.5 เท่า และจากจุดเริ่มต้นของมีโซโซอิก (นั่นคือ ในช่วง 0.25 พันล้านปีที่ผ่านมา) ไม่เกิน 5 เท่า สูงสุด 10 เปอร์เซ็นต์" (E. Milanovsky, "โลกโลกกำลังขยายตัวหรือไม่ โลกกำลังเต้นแรงหรือไม่?")

อนิจจา. สมมติฐานของ Larin ก็ไม่ได้ตอบคำถามนี้โดยตรงเช่นกัน

ยิ่งไปกว่านั้น นักวิจัยทุกคนดำเนินการต่อจากข้อเท็จจริงที่ว่ากระบวนการดำเนินไปอย่างเท่าเทียมกันไม่มากก็น้อยตั้งแต่จุดเริ่มต้นของการก่อตัวของโลก (ผู้เขียนทฤษฎีไฮไดรด์ V. Larin ก็ปฏิบัติตามสมมติฐานนี้เช่นกัน) และสิ่งนี้นำไปสู่อัตราการขยายตัวที่ต่ำจนแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะตรวจพบด้วยเครื่องมือสมัยใหม่ และการทดสอบความถูกต้องของทฤษฎีดูเหมือนจะเป็นเพียงเรื่องของอนาคตอันไกลโพ้นเท่านั้น

ด้วยการจัดเก็บไฮโดรเจนในรูปแบบไฮไดรด์ จึงไม่จำเป็นต้องมีกระบอกสูบที่เทอะทะและหนักเมื่อจัดเก็บก๊าซไฮโดรเจนที่ถูกอัด หรือยากต่อการผลิต และภาชนะราคาแพงสำหรับเก็บไฮโดรเจนเหลว เมื่อจัดเก็บไฮโดรเจนในรูปของไฮไดรด์ ปริมาตรของระบบจะลดลงประมาณ 3 เท่า เมื่อเทียบกับปริมาตรที่จัดเก็บในกระบอกสูบ การขนส่งไฮโดรเจนนั้นง่ายขึ้น ไม่มีค่าใช้จ่ายสำหรับการแปลงและทำให้ไฮโดรเจนกลายเป็นของเหลว

ไฮโดรเจนสามารถหาได้จากโลหะไฮไดรด์โดยปฏิกิริยาสองประการ: ไฮโดรไลซิสและการแยกตัวออกจากกัน:

โดยการไฮโดรไลซิสเป็นไปได้ที่จะได้รับไฮโดรเจนเป็นสองเท่าของที่มีอยู่ในไฮไดรด์ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้แทบจะย้อนกลับไม่ได้ วิธีการผลิตไฮโดรเจนโดยการแยกตัวด้วยความร้อนของไฮไดรด์ทำให้สามารถสร้างตัวสะสมไฮโดรเจนได้ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความดันในระบบเล็กน้อยทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในสมดุลของปฏิกิริยาการก่อตัวของไฮไดรด์

อุปกรณ์ที่อยู่กับที่สำหรับเก็บไฮโดรเจนในรูปของไฮไดรด์ไม่มีข้อจำกัดที่เข้มงวดในเรื่องมวลและปริมาตร ดังนั้นปัจจัยที่จำกัดในการเลือกไฮไดรด์นั้น ในทุกโอกาส จะเป็นต้นทุนของมัน สำหรับการใช้งานบางอย่าง วานาเดียมไฮไดรด์อาจมีประโยชน์ เนื่องจากมีการแยกตัวได้ดีที่อุณหภูมิใกล้ 270 เคลวิน แมกนีเซียมไฮไดรด์มีราคาไม่แพงนัก แต่มีอุณหภูมิการแยกตัวค่อนข้างสูงที่ 560-570 เคลวิน และมีความร้อนในการก่อตัวสูง โลหะผสมเหล็ก-ไทเทเนียมมีราคาไม่แพงนัก และไฮไดรด์ของมันจะแยกตัวออกที่อุณหภูมิ 320-370 K โดยมีความร้อนในการก่อตัวต่ำ

การใช้ไฮไดรด์มีข้อดีด้านความปลอดภัยอย่างมาก ถังไฮโดรเจนไฮไดรด์ที่เสียหายก่อให้เกิดอันตรายน้อยกว่าถังไฮโดรเจนเหลวหรือถังแรงดันที่เติมไฮโดรเจนอย่างมาก

สิ่งสำคัญคือการจับตัวของไฮโดรเจนกับโลหะจะเกิดขึ้นเมื่อมีการปล่อยความร้อน กระบวนการคายความร้อนของการก่อตัวของไฮไดรด์จากไฮโดรเจน M ของโลหะ (การชาร์จ) และกระบวนการดูดความร้อนของการปล่อยไฮโดรเจนออกจากไฮไดรด์ (การคายประจุ) สามารถแสดงได้ในรูปแบบของปฏิกิริยาต่อไปนี้:

สำหรับการใช้ไฮไดรด์ทางเทคนิค อุณหภูมิที่ความดันการแยกตัวของไฮโดรเจนในไฮไดรด์มีค่ามากกว่า 0.1 MPa เป็นที่สนใจเป็นพิเศษ ไฮไดรด์ซึ่งมีความดันการแยกตัวที่สูงกว่า 0.1 MPa ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำเรียกว่าอุณหภูมิต่ำ หากได้รับแรงดันที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของน้ำ ไฮไดรด์ดังกล่าวจะถือว่ามีอุณหภูมิสูง

สำหรับความต้องการในการขนส่งทางถนน ไฮไดรด์จะถูกสร้างขึ้น ซึ่งในทางทฤษฎีสามารถบรรจุไฮโดรเจนได้มากถึง 130-140 กิโลกรัมต่อโลหะไฮไดรด์ 1 ลบ.ม. อย่างไรก็ตาม ความจุไฮไดรด์ที่เกิดขึ้นจริงไม่น่าจะเกิน 80 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร แต่ปริมาณไฮโดรเจนในถังที่มีความจุ 130 dm 3 ก็เพียงพอสำหรับระยะทาง 400 กม. ของยานพาหนะ สิ่งเหล่านี้เป็นตัวบ่งชี้ที่สมจริงสำหรับการใช้งาน แต่ควรคำนึงถึงมวลที่เพิ่มขึ้นของถังที่เต็มไปด้วยไฮไดรด์ด้วย ตัวอย่างเช่นมวลของลาธาน - นิกเกิลไฮไดรด์ถึง 1 ตันและแมกนีเซียมไฮไดรด์ - 400 กก.

จนถึงปัจจุบัน โลหะไฮไดรด์ที่มีคุณสมบัติหลากหลายได้ถูกสังเคราะห์และศึกษาแล้ว ข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติของไฮไดรด์บางชนิดที่มีศักยภาพมากที่สุดสำหรับการใช้ในอุตสาหกรรมได้รับไว้ในตารางที่ 1 10.3 และ 10.4 ดังที่เห็นได้จากตาราง ตัวอย่างเช่น แมกนีเซียมไฮไดรด์ตามมาตรา 10.3 ทำให้สามารถเก็บ H2 ได้ 77 กรัมต่อมวลไฮไดรด์ 1 กิโลกรัม ในขณะที่ในกระบอกสูบภายใต้ความดัน 20 MPa จะมีเพียง 14 กรัมต่อภาชนะ 1 กิโลกรัม ในกรณีไฮโดรเจนเหลว สามารถเก็บได้ 500 กรัม ต่อภาชนะ 1 กิโลกรัม

โครงการที่ครอบคลุมของงานค้นหา วิจัย และพัฒนาเกี่ยวกับพลังงานไฮโดรเจนและเซลล์เชื้อเพลิง วางแผนที่จะศึกษาแพลเลเดียม แพลเลเดียมโลหะกลุ่มแพลตตินัมเป็นหนึ่งในวัสดุหลักสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงและพลังงานไฮโดรเจนทั้งหมด โดยพื้นฐานแล้ว ตัวเร่งปฏิกิริยา อุปกรณ์เมมเบรนสำหรับการผลิตไฮโดรเจนบริสุทธิ์ วัสดุที่มีคุณสมบัติการทำงานที่ได้รับการปรับปรุง เซลล์เชื้อเพลิง อิเล็กโทรไลเซอร์ และเซ็นเซอร์สำหรับการตรวจวัดไฮโดรเจน แพลเลเดียมสามารถสะสมไฮโดรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะผงนาโนแพลเลเดียม

นอกจากพลังงานไฮโดรเจนแล้ว แพลเลเดียมยังใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการบำบัดก๊าซไอเสียจากรถยนต์ทั่วไปหลังการบำบัด อิเล็กโทรไลเซอร์สำหรับผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยการย่อยสลายน้ำ เซลล์เชื้อเพลิงแบบพกพา โดยเฉพาะเมทานอล อิเล็กโทรไลเซอร์โซลิดออกไซด์ที่มีอิเล็กโทรดที่ใช้แพลเลเดียม อุปกรณ์สำหรับรับออกซิเจนจากอากาศ รวมถึงเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ เซ็นเซอร์สำหรับการวิเคราะห์ส่วนผสมของก๊าซที่ซับซ้อน

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าประเทศของเราควบคุมการผลิตโลหะนี้ประมาณ 50% ของโลกที่จำเป็นสำหรับการผลิตไฮโดรเจน ปัจจุบันที่สถาบันฟิสิกส์เคมีแห่ง Russian Academy of Sciences ใน Chernogolovka งานกำลังดำเนินการเพื่อสร้างแบตเตอรี่ไฮโดรเจนจากโลหะไฮไดรด์

คุณสมบัติของไฮไดรด์บางชนิด

ตารางที่ 10.3

เหล็ก(I) ไฮไดรด์

แบบจำลองแท่งและลูกบอลของโมเลกุลเหล็กไฮไดรด์
ชื่อ
ชื่อระบบ IUPAC ไฮโดรดอยรอน (3)
ตัวระบุ
คุณสมบัติ
	FeH3
มวลกราม	56.853 ก. โมล -1
อุณหเคมี
	450.6 กิโลจูล โมล -1
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง	เหล็กไฮไดรด์ FeH2 CrH, CaH, MgH
ลิงก์กล่องข้อมูล

เหล็ก(I) ไฮไดรด์เรียกว่าอย่างเป็นระบบ เหล็กไฮไดรด์และ โพลี (ไฮดริไดรอน)เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่เป็นของแข็งซึ่งมีสูตรทางเคมี (FeH)
n (เขียนด้วย ()
ป หรือเฟเอช) มีทั้งทางอุณหพลศาสตร์และจลน์ศาสตร์ไม่เสถียรเมื่อเทียบกับการสลายตัวที่อุณหภูมิแวดล้อม ดังนั้นจึงไม่ค่อยมีใครทราบเกี่ยวกับคุณสมบัติมวลรวมของมัน

เหล็ก (I) ไฮไดรด์เป็นโพลีเมอร์เหล็กไฮไดรด์ที่ง่ายที่สุด เนื่องจากความไม่เสถียร จึงไม่มีการใช้งานเชิงอุตสาหกรรมในทางปฏิบัติ อย่างไรก็ตาม ในเคมีโลหะวิทยา เหล็ก (I) ไฮไดรด์เป็นพื้นฐานของโลหะผสมเหล็ก-ไฮโดรเจนบางรูปแบบ

ศัพท์

ชื่อที่เป็นระบบ เหล็กไฮไดรด์ซึ่งเป็นชื่อ IUPAC ที่ถูกต้อง ซึ่งสร้างขึ้นตามระบบการตั้งชื่อแบบเรียบเรียง อย่างไรก็ตาม ดังที่ชื่อบอกไว้ ธรรมชาตินั้นเป็นองค์ประกอบ มันไม่ได้แยกแยะระหว่างสารประกอบที่มีปริมาณสัมพันธ์เท่ากัน เช่น สปีชีส์โมเลกุลที่มีคุณสมบัติทางเคมีต่างกัน ชื่อที่เป็นระบบ โพลี (ไฮดริไดรอน)และ โพลีเช่นเดียวกับชื่อ IUPAC ที่ถูกต้อง ถูกสร้างขึ้นตามระบบการตั้งชื่อทดแทนที่ขาดอิเล็กตรอนตามลำดับ พวกเขาแยกความแตกต่างระหว่างชื่อสารประกอบจากที่อื่น

ไฮดริโดไอรอน

Hydridoiron หรือที่เรียกตามระบบว่าเฟอร์เรน (1) เป็นสารประกอบที่เกี่ยวข้องกับสูตรทางเคมี FeH (เขียนด้วย) นอกจากนี้ยังไม่เสถียรที่อุณหภูมิแวดล้อมและมีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์อัตโนมัติเพิ่มเติม ดังนั้นจึงไม่สามารถรวมความเข้มข้นได้

Hydridoiron เป็นไฮไดรด์เหล็กโมเลกุลที่ง่ายที่สุด นอกจากนี้ยังถือได้ว่าเป็นโมโนเมอร์ของธาตุเหล็ก (I) ไฮไดรด์ มันถูกพบแยกเดี่ยวภายใต้สภาวะที่รุนแรงเท่านั้น เช่น ติดอยู่ในก๊าซมีตระกูลที่แช่แข็ง ในดาวเย็น หรือเป็นก๊าซที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของเหล็ก คาดว่าจะมีพันธะวาเลนซ์ห้อยต่องแต่งอยู่สามพันธะ ดังนั้นจึงเป็นอนุมูลอิสระ สามารถเขียนสูตรของ FeH 3 เพื่อเน้นข้อเท็จจริงนี้ได้

ที่อุณหภูมิต่ำมาก (ต่ำกว่า 10) FeH สามารถก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนกับโมเลกุลไฮโดรเจน FeH·H2

ไฮดริโดไอรอนถูกค้นพบครั้งแรกในห้องทดลองของ B. Clément และ L. Åkerlind ในทศวรรษ 1950

คุณสมบัติ

ความรุนแรงและความเป็นกรด

อิเล็กตรอนหนึ่งของอะตอมหรือโมเลกุลชนิดอื่นสามารถเชื่อมต่อกับศูนย์กลางของเหล็กในไฮดรอยรอนได้โดยการแทนที่:

RR → · Р

เนื่องจากการดักจับอิเล็กตรอนหนึ่งตัว ไฮดรอยรอนจึงมีลักษณะที่รุนแรง Hydrodoiron เป็นอนุมูลที่รุนแรง

คู่อิเล็กตรอนฐานลูอิสสามารถก่อตัวขึ้นโดยมีจุดศูนย์กลางของเหล็กโดยการรีดักชัน:

+: แอล →

เนื่องจากการจับคู่อิเล็กตรอนที่เกาะติดกัน ไฮโดรโดไอรอนจึงมีลักษณะเป็นกรดลูอิส ควรคาดหวังว่าเหล็ก(I) ไฮไดรด์จะมีคุณสมบัติทางอนุมูลลดลงอย่างมีนัยสำคัญ แต่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับกรด อย่างไรก็ตาม อัตราการเกิดปฏิกิริยาและค่าคงที่สมดุลจะแตกต่างกัน

สารประกอบ

ในธาตุเหล็ก (I) ไฮไดรด์ อะตอมจะก่อตัวเป็นเครือข่าย โดยอะตอมแต่ละอะตอมจะเชื่อมต่อถึงกันผ่านพันธะโควาเลนต์ เนื่องจากโพลีเมอร์เป็นของแข็ง ตัวอย่างที่เป็นผลึกเดี่ยวจะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะต่างๆ เช่น การหลอมละลายและการละลาย เนื่องจากจะต้องมีการจัดเรียงพันธะโมเลกุลใหม่ และด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนเอกลักษณ์ทางเคมีของมัน ตัวอย่างผลึกคอลลอยด์ซึ่งมีแรงระหว่างโมเลกุลเข้ามาเกี่ยวข้อง คาดว่าจะเกิดการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะต่างๆ

(I) ไอรอนไฮไดรด์ใช้โครงสร้างผลึกปิดอัดหกเหลี่ยมคู่ที่มีกลุ่มพื้นที่ P6 3 /MMC หรือเรียกอีกอย่างว่าไอรอนไฮไดรด์เอปซิลอน-ไพรม์ในบริบทของระบบเหล็ก-ไฮโดรเจน คาดว่าจะแสดงความหลากหลาย โดยจะเปลี่ยนที่อุณหภูมิต่ำกว่า −173 °C (-279 °F) ไปเป็นโครงสร้างผลึกที่มีศูนย์กลางที่ใบหน้าโดยมีกลุ่มอวกาศ Ptom 3 m

คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า

คาดการณ์ว่า FeH จะมีสถานะภาคพื้นดินสี่และหก

โมเลกุล FeH มีสถานะพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ต่ำอย่างน้อยสี่สถานะ ซึ่งเกิดจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีพันธะซึ่งมีตำแหน่งในวงโคจรที่แตกต่างกัน: X 4 Δ, A 6 Δ, b 6 Π และ C 6 Σ + สถานะพลังงานที่สูงกว่าเรียกว่า B 4 E - , C 4 Φ, D 4 Σ + , E 4 Π และ F 4 Δ ระดับที่สูงกว่านั้นจะมีป้ายกำกับว่า G 4 P และ N 4 D จากระบบควอร์เตต และ g - Σ - , f 6 Π, F 6 Δ และ g 6 Φ ในสี่รัฐ หมายเลขควอนตัมภายใน J รับค่า 1/2, 3/2, 5/2 และ 7/2

FeH มีแถบการดูดซึมที่สำคัญ (ที่เรียกว่า วิงกรุ๊ป-ฟอร์ด) ในบริเวณอินฟราเรดใกล้จากขอบของแถบที่ 989.652 นาโนเมตร และการดูดกลืนแสงสูงสุดที่ 991 นาโนเมตร นอกจากนี้ยังมีเส้นสีน้ำเงินที่ 470 ถึง 502.5 นาโนเมตร และเส้นสีเขียวตั้งแต่ 520 ถึง 540 นาโนเมตร

การเปลี่ยนแปลงไอโซโทปเล็กน้อยใน FED ดิวเทอเรตเมื่อเทียบกับ PE ที่ความยาวคลื่นนี้บ่งชี้ว่ากลุ่มนี้เกิดจากการเปลี่ยนสถานะ (0,0) จากสถานะ ได้แก่ F 4 D-X 4 D

มีกลุ่มอื่นๆ มากมายในแต่ละส่วนของสเปกตรัมเนื่องจากการเปลี่ยนการสั่นที่แตกต่างกัน แถบ (1,0) เนื่องจากการเปลี่ยนผ่าน F 4 Δ-X 4 Δ อยู่ที่ประมาณ 869.0 นาโนเมตร และแถบ (2,0) อยู่ที่ประมาณ 781.8 นาโนเมตร

แต่ละกลุ่มมีจำนวนบรรทัดจำนวนมาก นี่เป็นเพราะการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะการหมุนที่แตกต่างกัน เส้นจะถูกจัดกลุ่มในช่วงย่อย 4 Δ 7/2 - 4 Δ 7/2 (สูง) และ 4 Δ 5/2 - 4 Δ 5/2, 4 Δ 3/2 - 4 Δ 3/2 และ 4 Δ 1/ 2 - 4 Δ1/2 ตัวเลขเช่น 7/2 คือค่าของส่วนประกอบการหมุนของโอห์ม แต่ละสาขามีสองสาขา P และ R และบางสาขามีสาขา Q ภายในแต่ละสาขาจะมีสิ่งที่เรียกว่าการแยก Λ ซึ่งส่งผลให้เส้นพลังงานลดลง (มีข้อความว่า "a") และเส้นพลังงานสูงขึ้น (เรียกว่า "b" ). สำหรับแต่ละเส้นจะมีชุดของเส้นสเปกตรัมขึ้นอยู่กับ J ซึ่งเป็นเลขควอนตัมการหมุน เริ่มต้นที่ 3.5 และเพิ่มขึ้นในขั้นที่ 1 ค่า J จะได้สูงแค่ไหนนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ นอกจากนี้ยังมีสาขาดาวเทียม 12 สาขา 4 Δ 7/2 - 4 Δ 5/2, 4 Δ 5/2 - 4 Δ 3/2, 4 Δ 3/2 - 4 Δ 1/2, 4 Δ 5/2 - 4 Δ 7/2, 4 Δ 3/2 - 4 Δ 5/2 และ 4 Δ 1/2 - 4 Δ 3/2 พร้อมสาขา P และ R

เส้นบางเส้นมีความไวต่อสนามแม่เหล็ก เช่น 994.813 และ 995.825 นาโนเมตร พวกมันถูกขยายออกโดยเอฟเฟกต์ Zeeman ส่วนอย่างอื่นในย่านความถี่เดียวกันจะไม่ไวต่อผลกระทบของสนามแม่เหล็ก เช่น 994.911 และ 995.677 นาโนเมตร มีเส้นสเปกตรัมของกลุ่ม (0-0) จำนวน 222 เส้น

การเข้าสู่อวกาศ

เหล็กไฮไดรด์เป็นหนึ่งในโมเลกุลไม่กี่โมเลกุลที่ถูกค้นพบบนดวงอาทิตย์ เส้นของ PE ในส่วนสีน้ำเงิน-เขียวของสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ถูกบันทึกไว้ในปี พ.ศ. 2515 รวมถึงเส้นการดูดซับจำนวนมากในปี พ.ศ. 2515 นอกจากจุดดับดวงอาทิตย์แล้ว umbras ยังแสดงกลุ่ม Wing-Ford อย่างเด่นชัด

แถบสำหรับ PV (และไฮไดรด์อื่น ๆ

วิธีการจัดเก็บไฮโดรเจนที่ถูกบีบอัดหรือเหลว (ในกระบอกสูบ) แบบเดิมๆ ค่อนข้างอันตราย นอกจากนี้ ไฮโดรเจนยังแทรกซึมเข้าไปในโลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่อย่างมาก ซึ่งทำให้วาล์วปิดและขนส่งมีราคาแพงมาก

คุณสมบัติของไฮโดรเจนในการละลายในโลหะเป็นที่ทราบกันมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 แต่ขณะนี้มีเพียงโอกาสในการใช้โลหะไฮไดรด์และสารประกอบระหว่างโลหะเท่านั้นที่สามารถมองเห็นได้ในฐานะสถานที่กักเก็บไฮโดรเจนขนาดกะทัดรัด

ประเภทของไฮไดรด์

ไฮไดรด์แบ่งออกเป็นสามประเภท (ไฮไดรด์บางชนิดอาจมีคุณสมบัติในการยึดเกาะหลายอย่าง เช่น การเป็นโลหะ-โควาเลนต์): โลหะ ไอออนิก และโควาเลนต์

ไอออนิกไฮไดรด์ -ตามกฎแล้วพวกมันถูกสร้างขึ้นที่แรงดันสูง (~ 100 atm.) และที่อุณหภูมิสูงกว่า 100°C ตัวแทนทั่วไปคือไฮไดรด์ของโลหะอัลคาไล คุณลักษณะที่น่าสนใจของไอออนิกไฮไดรด์คือระดับความหนาแน่นของอะตอมที่สูงกว่าในสารต้นกำเนิด

โควาเลนต์ไฮไดรด์- ไม่ได้ใช้จริงเนื่องจากความเสถียรต่ำและความเป็นพิษสูงของโลหะและสารประกอบระหว่างโลหะที่ใช้ ตัวแทนทั่วไปคือเบริลเลียมไฮไดรด์ ซึ่งได้มาจากวิธี "เคมีเปียก" โดยทำปฏิกิริยาไดเมทิลเบริลเลียมกับลิเธียมอะลูมิเนียมไฮไดรด์ในสารละลายไดเอทิลอีเทอร์

โลหะไฮไดรด์- ถือได้ว่าเป็นโลหะผสมของไฮโดรเจนที่เป็นโลหะ สารประกอบเหล่านี้มีลักษณะการนำไฟฟ้าสูงเช่นเดียวกับโลหะต้นกำเนิด โลหะไฮไดรด์ก่อตัวเป็นโลหะทรานซิชันเกือบทั้งหมด โลหะไฮไดรด์อาจเป็นโควาเลนต์ (เช่น แมกนีเซียมไฮไดรด์) หรือไอออนิกก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของพันธะ โลหะไฮไดรด์เกือบทั้งหมดต้องการอุณหภูมิสูงในการดีไฮโดรจีเนชัน (ปฏิกิริยาการปล่อยไฮโดรเจน)

โลหะไฮไดรด์ทั่วไป

• ตะกั่วไฮไดรด์ - PbH4 - เป็นสารประกอบเคมีอนินทรีย์ไบนารีของตะกั่วกับไฮโดรเจน กระตือรือร้นมากเมื่อมีออกซิเจน (ในอากาศ) จะติดไฟได้เอง

• ซิงค์ไฮดรอกไซด์ - Zn(OH)2 - ไฮดรอกไซด์แอมโฟเทอริก ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นรีเอเจนต์ในอุตสาหกรรมเคมีหลายชนิด

• แพลเลเดียมไฮไดรด์เป็นโลหะที่มีไฮโดรเจนอยู่ระหว่างอะตอมของแพลเลเดียม
• นิกเกิลไฮไดรด์ - NiH - มักใช้กับสารเติมแต่งแลนทานัม LaNi5 สำหรับขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่

โลหะไฮไดรด์สามารถเกิดเป็นโลหะดังต่อไปนี้:
Ni, Fe, Ni, Co, Cu, Pd, Pt, Rh, Pd-Pt, Pd-Rh, Mo-Fe, Ag-Cu, Au-Cu, Cu-Ni, Cu-Pt, Cu-Sn

โลหะทำลายสถิติปริมาณไฮโดรเจนที่สะสมไว้

โลหะที่ดีที่สุดสำหรับการเก็บไฮโดรเจนคือแพลเลเดียม (Pd) ไฮโดรเจนเกือบ 850 ปริมาตรสามารถ "บรรจุ" ได้ในแพลเลเดียม 1 ปริมาตร แต่แนวโน้มของสถานที่จัดเก็บดังกล่าวทำให้เกิดข้อสงสัยอย่างมากเนื่องจากโลหะกลุ่มแพลตตินัมมีราคาสูง
ในทางตรงกันข้าม โลหะบางชนิด (เช่น ทองแดง Cu) ละลายไฮโดรเจนเพียง 0.6 ปริมาตรต่อทองแดง 1 ปริมาตร

แมกนีเซียมไฮไดรด์ (MgH2) สามารถกักเก็บเศษส่วนมวลของไฮโดรเจนได้มากถึง 7.6% ในโครงตาข่ายคริสตัล แม้จะมีค่าที่ดึงดูดและความถ่วงจำเพาะต่ำของระบบดังกล่าว แต่อุปสรรคที่ชัดเจนคืออุณหภูมิสูงของปฏิกิริยาการปล่อยประจุไปข้างหน้าและย้อนกลับและการสูญเสียความร้อนสูงในระหว่างการดีไฮโดรจีเนชันของสารประกอบ (ประมาณหนึ่งในสามของพลังงานของไฮโดรเจนที่เก็บไว้) .
โครงสร้างผลึกของเฟส β ของ MgH2 ไฮไดรด์ (ภาพ)

การสะสมไฮโดรเจนในโลหะ

ปฏิกิริยาการดูดซึมไฮโดรเจนของโลหะและสารประกอบระหว่างโลหะเกิดขึ้นที่ความดันสูงกว่าการปลดปล่อย สิ่งนี้ถูกกำหนดโดยการเสียรูปพลาสติกที่ตกค้างของโครงผลึกระหว่างการเปลี่ยนจากสารละลาย α อิ่มตัว (สารตั้งต้น) ไปเป็น β-ไฮไดรด์ (สารที่มีไฮโดรเจนเก็บไว้)

โลหะที่ไม่ละลายไฮโดรเจน

โลหะต่อไปนี้ไม่ดูดซับไฮโดรเจน:
Ag, Au, Cd, Pb, Sn, Zn
บางส่วนใช้เป็นวาล์วปิดสำหรับเก็บไฮโดรเจนที่ถูกบีบอัดและเป็นของเหลว

ไฮไดรด์ของโลหะที่อุณหภูมิต่ำเป็นหนึ่งในไฮไดรด์ที่มีแนวโน้มมากที่สุด มีการสูญเสียต่ำในระหว่างการดีไฮโดรจีเนชัน มีอัตราการปล่อยประจุสูง มีความปลอดภัยเกือบทั้งหมดและมีความเป็นพิษต่ำ ข้อจำกัดคือความหนาแน่นจำเพาะของการเก็บไฮโดรเจนที่ค่อนข้างต่ำ ค่าสูงสุดตามทฤษฎีคือการจัดเก็บ 3% แต่ในความเป็นจริงแล้วจะมีสัดส่วนมวลของไฮโดรเจน 1-2%

การใช้ผงโลหะไฮไดรด์ทำให้เกิดข้อจำกัดเกี่ยวกับความเร็วของรอบการปล่อยประจุเนื่องจากค่าการนำความร้อนต่ำของผง และต้องใช้วิธีพิเศษในการออกแบบภาชนะบรรจุสำหรับการจัดเก็บ เป็นเรื่องปกติที่จะมีการใส่พื้นที่ลงในภาชนะจัดเก็บเพื่ออำนวยความสะดวกในการถ่ายเทความร้อนและผลิตกระบอกสูบที่บางและแบน อัตรารอบการปล่อยประจุเพิ่มขึ้นเล็กน้อยสามารถทำได้โดยการใส่สารยึดเกาะเฉื่อยเข้าไปในโลหะไฮไดรด์ ซึ่งมีการนำความร้อนสูงและมีเกณฑ์ความเฉื่อยสูงต่อไฮโดรเจนและสารฐาน

อินเตอร์เมทัลลิกไฮไดรด์

นอกจากโลหะแล้ว การกักเก็บไฮโดรเจนในสิ่งที่เรียกว่า "สารประกอบระหว่างโลหะ" ก็มีแนวโน้มที่ดีเช่นกัน สถานที่จัดเก็บไฮโดรเจนดังกล่าวใช้กันอย่างแพร่หลายในแบตเตอรี่เมทัลไฮไดรด์ในครัวเรือน ข้อดีของระบบดังกล่าวคือต้นทุนรีเอเจนต์ค่อนข้างต่ำและเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมเพียงเล็กน้อย ในขณะนี้ แบตเตอรี่เมทัลไฮไดรด์เกือบจะถูกแทนที่ด้วยระบบจัดเก็บพลังงานลิเธียม พลังงานที่เก็บไว้สูงสุดของตัวอย่างทางอุตสาหกรรมในแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ (Ni-MH) คือ 75 Wh/kg

คุณสมบัติที่สำคัญของสารประกอบระหว่างโลหะบางชนิดคือความต้านทานสูงต่อสิ่งเจือปนที่มีอยู่ในไฮโดรเจน คุณสมบัตินี้อนุญาตให้ใช้การเชื่อมต่อดังกล่าวในสภาพแวดล้อมที่ปนเปื้อนและในที่ที่มีความชื้น รอบการปล่อยประจุซ้ำหลายครั้งเมื่อมีสารปนเปื้อนและน้ำในไฮโดรเจนจะไม่เป็นพิษต่อสารทำงาน แต่จะลดความสามารถของรอบต่อมา ความสามารถในการใช้ประโยชน์ลดลงเนื่องจากการปนเปื้อนของสารพื้นฐานด้วยออกไซด์ของโลหะ

การแยกไฮไดรด์ระหว่างโลหะ

อินเตอร์เมทัลลิกไฮไดรด์แบ่งออกเป็นอุณหภูมิสูง (การดีไฮโดรจีเนติงที่อุณหภูมิห้อง) และอุณหภูมิสูง (มากกว่า 100°C) ความดันที่เกิดการสลายตัวของเฟสไฮไดรด์) โดยปกติจะไม่เกิน 1 atm
ในทางปฏิบัติจริง จะใช้อินเตอร์เมทัลลิกไฮไดรด์เชิงซ้อนที่ประกอบด้วยองค์ประกอบตั้งแต่สามองค์ประกอบขึ้นไป

ไฮไดรด์ระหว่างโลหะทั่วไป

แลนทานัม-นิกเกิลไฮไดรด์ - LaNi5 - เป็นไฮไดรด์ที่ LaNi5 หนึ่งหน่วยประกอบด้วยอะตอมมากกว่า 6 H การดูดซับไฮโดรเจนจากแลนทานัม-นิกเกิลสามารถทำได้ที่อุณหภูมิห้อง อย่างไรก็ตามองค์ประกอบที่รวมอยู่ในสารประกอบระหว่างโลหะนี้ก็มีราคาแพงมากเช่นกัน
แลนทานัม-นิกเกิลหนึ่งหน่วยปริมาตรมีไฮโดรเจนมากกว่าของเหลว H2 ถึงหนึ่งเท่าครึ่ง

คุณสมบัติของระบบอินเตอร์เมทัลลิก-ไฮโดรเจน:

• ปริมาณไฮโดรเจนสูงในไฮไดรด์ (wt.%);
• exo (endo) - ความร้อนของปฏิกิริยาการดูดซับ (การคายการดูดซึม) ของไอโซโทปไฮโดรเจน
• การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของเมทริกซ์โลหะในกระบวนการดูดซับ - การดูดซับไฮโดรเจน
• การดูดซับไฮโดรเจนแบบย้อนกลับและเลือกได้

พื้นที่ใช้งานจริงของอินเตอร์เมทัลลิกไฮไดรด์:

• สถานที่จัดเก็บไฮโดรเจนแบบอยู่กับที่
• การเคลื่อนย้ายและการขนส่งที่เก็บไฮโดรเจน
• คอมเพรสเซอร์;
• การแยก (การทำให้บริสุทธิ์) ของไฮโดรเจน
• ปั๊มความร้อนและเครื่องปรับอากาศ

ตัวอย่างการใช้งานระบบโลหะ-ไฮโดรเจน:

• การทำให้บริสุทธิ์ด้วยไฮโดรเจนอย่างละเอียด, ตัวกรองไฮโดรเจนทุกชนิด;
• รีเอเจนต์สำหรับโลหะผง
• ตัวหน่วงและตัวสะท้อนแสงในระบบนิวเคลียร์ฟิชชัน (เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์);
• การแยกไอโซโทป
• เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แสนสาหัส
• การติดตั้งการแยกตัวของน้ำ (อิเล็กโทรไลเซอร์, ห้องวอร์เท็กซ์สำหรับผลิตก๊าซไฮโดรเจน);
• อิเล็กโทรดสำหรับแบตเตอรี่ที่ใช้ระบบทังสเตนไฮโดรเจน
• แบตเตอรี่เมทัลไฮไดรด์
• เครื่องปรับอากาศ (ปั๊มความร้อน);
• เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าสำหรับโรงไฟฟ้า (เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์, โรงไฟฟ้าพลังความร้อน);
• การขนส่งไฮโดรเจน

บทความนี้กล่าวถึงโลหะ: