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氫化物

鎖定
氫化物是與其他元素形成的二元化合物。但一般科學技術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。在週期表中,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、共價型和過渡型3類,它們的性質各不相同。
中文名
氫化物
類    別
二元化合物
種    類
離子型氫化物/共價型氫化物
作    用
還原劑引發劑催化劑

目錄

氫化物鹽型

離子型氫化物也稱鹽型氫化物。是氫和鹼金屬、鹼土金屬中的鈣、鍶、鋇、鐳所形成的二元化合物。其固體為離子晶體,如NaH、BaH2等。這些元素的電負性都比氫的電負性小。在這類氫化物中,氫以H-形式存在,熔融態能導電,電解時在陽極放出氫氣,故該方法又稱金屬儲氫法。離子型氫化物都是無色或白色晶體,常因含有金屬雜質而發灰,金屬過量則呈藍紫色。離子型氫化物中氫的氧化數為-1,具有強烈失電子趨勢,是很強的還原劑,在水溶液中與水強烈反應放出氫氣,使溶液呈強鹼性,如:
CaH2+2H2O→Ca(OH)2+2H2↑
高温還原性更強,如:
NaH+2CO→HCOONa+C
2CaH2+PbSO4→PbS+2Ca(OH)2
2LiH+TiO2→Ti+2LiOH
離子型氫化物對空氣和水是不穩定的,有些甚至會發生自燃。
離子型氫化物可由金屬與氫氣在不同條件下直接合成製得。反應温度為300- 700 C。為了避免反應在金屬表面生成的氫化物阻止進一步的反應,常用金屬在礦物油中的分散質,或者加入表面活性劑。
除用做還原劑外,還用做乾燥劑、脱水劑氫氣發生劑,1kg氫化鋰標準狀態下同水反應可以產生2.8m3的氫氣。在非水溶劑中與+Ⅲ氧化態的B(Ⅲ),Al(Ⅲ)等生成廣泛用於有機合成無機合成的複合氫化物,如氫化鋁鋰:
4LiH+AlCl3→LiAlH4+3LiCl
複合氫化物主要用做還原劑引發劑催化劑

氫化物共價型

共價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。各共價型氫化物熱穩定性相差十分懸殊,氫化鉛PbH4,氫化鉍BiH3在室温下強烈分解,氟化氫,水受熱到1000℃時也幾乎不分解。共價型氫化物也有還原性,因氫的氧化數為+1,其還原性大小取決於另一元素R-n失電子能力。一般説,同一族從上至下還原性增強,同一週期從左至右還原性減弱,例如:
4NH3+5O2→4NO+6H2O
2PH3+4O2→P2O5+3H2O
2H2S+3O2→2SO2+2H2O
共價型氫化物在水中的行為較為複雜。常見為:
形成強酸的:HCl,HBr,HI;
形成弱酸的:HF,H2S,H2Se,H2Te;
形成鹼的:NH3;
水解放出氫氣的:B2H6,SiH4;
與水不作用的:CH4,PH3,AsH3,GeH4,SnH4,SbH3。
氫化物RHn給出質子的能力一般與R的電負性半徑有關。同一週期從左至右酸性隨R的電負性增大而增強;同一族,從上至下,酸性增強主要由R的半徑相應增大決定。酸鹼性強弱由氫化物在水中電離出H+質子的熱化學循環過程中總能量效應決定

氫化物過渡型

過渡型氫化物也稱金屬型氫化物。是除上述兩類外,其餘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規律,如,氫化鑭LaH2.76,氫化鈰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。因氫原子佔據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、温度以及氫氣分壓有關。它們的性質與母體金屬性質非常相似,並具有明顯的強還原性。一般熱穩定性差,受熱後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存。一些金屬或合金是儲氫的好材料。鈀、鈀合金及鈾都是強吸氫材料,但價格昂貴。最受人們注意的是鑭鎳-5LaNi5(吸氫後為LaNi5H6),它是一種儲氫的好材料。 [1]  容量為7L的小鋼瓶內裝鑭鎳-5所能盛的氫氣(304kPa),相當於容量為40L的15000kPa高壓氫氣鋼瓶所容納的氫氣(重量相當),只要略微加熱,LaNi5H6即可把儲存的全部氫氣釋放出來。除鑭鎳-5外,La-Ni-Cu,Zr-Al-Ni,Ti-Fe等吸氫材料也正在研究中。研究中國的豐產元素,尤其是稀土金屬及其合金的吸氫作用有着更重要的意義。
鹼金屬的氫化物。當鹼金屬氫氣發生反應時,就生成鹼金屬的氫化物,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。
氫化物在週期系中的分佈 氫化物在週期系中的分佈
右圖自左向右,分別為離子型氫化物、金屬型氫化物、過渡型氫化物共價型氫化物

氫化物沸點

氫化物
沸點
氫化物
沸點
氫化物
沸點
CH4
—160℃
PH3
—88℃
H2S
—61℃
SIH4
—112℃
ASH3
—55℃
HF
+20℃
SNH4
—52℃
HI
—36℃
HCL
—85℃
NH3
—33℃
H20
+100℃
HBR
—67℃
各種氫化物的沸點 各種氫化物的沸點
參考資料
  • 1.    《中國有色金屬學報》 -2002年5期