Wasserstoff-Metall-Systeme sind oft Prototypen bei der Untersuchung einer Reihe grundlegender physikalischer Eigenschaften. Die extreme Einfachheit der elektronischen Eigenschaften und die geringe Masse der Wasserstoffatome ermöglichen die Analyse von Phänomenen auf mikroskopischer Ebene. Folgende Aufgaben kommen in Betracht:
- Umstrukturierung der Elektronendichte in der Nähe eines Protons in einer Legierung mit niedrigen Wasserstoffkonzentrationen einschließlich starker Elektron-Ionen-Wechselwirkung
- Bestimmung der indirekten Wechselwirkung in einer Metallmatrix durch Störung der „elektronischen Flüssigkeit“ und Verformung des Kristallgitters.
- Bei hohen Wasserstoffkonzentrationen besteht das Problem der Bildung eines metallischen Zustands in Legierungen mit nichtstöchiometrischer Zusammensetzung.
Wasserstoff – Metalllegierungen
In den Zwischenräumen der Metallmatrix lokalisierter Wasserstoff verzerrt das Kristallgitter leicht. Aus Sicht der statistischen Physik wird ein Modell eines wechselwirkenden „Gittergases“ implementiert. Von besonderem Interesse ist die Untersuchung thermodynamischer und kinetischer Eigenschaften in der Nähe von Phasenübergangspunkten. Bei niedrigen Temperaturen entsteht ein Quantensubsystem mit einer hohen Energie der Nullpunktschwingungen und einer großen Verschiebungsamplitude. Dies ermöglicht die Untersuchung von Quanteneffekten bei Phasenumwandlungen. Die hohe Beweglichkeit von Wasserstoffatomen in einem Metall ermöglicht die Untersuchung von Diffusionsprozessen. Ein weiterer Forschungsbereich ist die Physik und physikalische Chemie von Oberflächenphänomenen der Wechselwirkung von Wasserstoff mit Metallen: der Zerfall des Wasserstoffmoleküls und die Adsorption von atomarem Wasserstoff an der Oberfläche. Von besonderem Interesse ist der Fall, wenn der Anfangszustand von Wasserstoff atomar und der Endzustand molekular ist. Dies ist wichtig bei der Schaffung metastabiler Metall-Wasserstoff-Systeme.
Anwendung von Wasserstoff-Metall-Systemen
- Wasserstoffreinigung und Wasserstofffilter
- Die Verwendung von Metallhydriden in Kernreaktoren als Moderatoren, Reflektoren usw.
- Isotopentrennung
- Fusionsreaktoren – Gewinnung von Tritium aus Lithium
- Geräte zur Wasserdissoziation
- Elektroden für Brennstoffzellen und Batterien
- Wasserstoffspeicherung für Automobilmotoren auf Basis von Metallhydriden
- Wärmepumpen auf Basis von Metallhydriden, einschließlich Klimaanlagen für Fahrzeuge und Wohnungen
- Energiewandler für Wärmekraftwerke
Intermetallische Metallhydride
Hydride intermetallischer Verbindungen werden in der Industrie häufig verwendet. Die meisten wiederaufladbaren Batterien und Akkus, beispielsweise für Mobiltelefone, tragbare Computer (Laptops), Foto- und Videokameras, enthalten eine Metallhydrid-Elektrode. Solche Batterien sind umweltfreundlich, da sie kein Cadmium enthalten.
Typische Nickel-Metallhydrid-Batterien
Wikimedia-Stiftung. 2010.
Sehen Sie, was „Metallhydride“ in anderen Wörterbüchern sind:
Verbindungen von Wasserstoff mit Metallen und Nichtmetallen mit geringerer Elektronegativität als Wasserstoff. Manchmal werden Verbindungen aller Elemente mit Wasserstoff als Hydride betrachtet. Klassifizierung Je nach Art der Wasserstoffbrücke unterscheidet man... ... Wikipedia
Wasserstoffverbindungen mit Metallen oder Nichtmetallen, die weniger elektronegativ sind als Wasserstoff. Manchmal wird G. als conn bezeichnet. alles Chem. Elemente mit Wasserstoff. Es gibt einfache oder binäre Hydride, komplexe (siehe zum Beispiel Aluminiumhydride, Metallborhydride ... Chemische Enzyklopädie
Verbindungen von Wasserstoff mit anderen Elementen. Abhängig von der Art der Wasserstoffbindung werden drei Arten von Wasserstoff unterschieden: ionischer, metallischer und kovalenter. Zu den ionischen (salzartigen) Gasen zählen die Gase der Alkali- und Erdalkalimetalle. Das… …
- (metallisch), haben metallische Eigenschaften. St. Sie, insbesondere elektrisch. Leitfähigkeit, die auf Metall zurückzuführen ist. die Natur der Chemie Kommunikation. An M. s. inkl. Anschluss. Metalle untereinander, Intermetallide und viele andere. Anschl. Metalle (hauptsächlich Übergangsmetalle) mit Nichtmetallen... ... Chemische Enzyklopädie
Borhydride, Borane, Bor-Wasserstoff-Verbindungen. B. enthalten bekanntermaßen 2 bis 20 Boratome pro Molekül. Das einfachste B., BH3, existiert nicht im freien Zustand, es ist nur in Form von Komplexen mit Aminen, Ethern usw. bekannt. Charakter… … Große sowjetische Enzyklopädie
Einfache Stoffe, die unter normalen Bedingungen charakteristische Eigenschaften haben: hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, negativer Temperaturkoeffizient der elektrischen Leitfähigkeit, die Fähigkeit, elektromagnetische Wellen gut zu reflektieren... ... Große sowjetische Enzyklopädie
UNTERGRUPPE VA. PHOSPHOR-STICKSTOFF-FAMILIE Der in den Untergruppen IIIA und IVA festgestellte Trend der Eigenschaftsveränderung von nichtmetallisch zu metallisch ist auch für diese Untergruppe charakteristisch. Der Übergang zur Metallizität (wenn auch verschwommen) beginnt mit Arsen, in... ... Colliers Enzyklopädie
- (von lateinisch inter between und metal) (intermetallische Verbindungen), chemisch. Anschl. zwei oder mehrere Metalle untereinander. Sie gehören zu Metallverbindungen oder Metalliden. I. entstehen durch Interaktion. Komponenten während der Fusion, Kondensation von Dampf... Chemische Enzyklopädie
- (vom griechischen Wort „metallon“ ursprünglich „mein“, „mein“), in va, die unter normalen Bedingungen charakteristische, metallische, hochelektrische Eigenschaften aufweisen. Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, negativ. Temperaturkoeffizient elektrisch Leitfähigkeit, Fähigkeit... ... Chemische Enzyklopädie
Metall- (Metall) Definition von Metall, physikalische und chemische Eigenschaften von Metallen Definition von Metall, physikalische und chemische Eigenschaften von Metallen, Anwendung von Metallen Inhalt Inhalt Definition Vorkommen in der Natur Eigenschaften Charakteristische Eigenschaften... ... Investoren-Enzyklopädie
Charakteristisch ist, dass das Produkt der Wechselwirkung von Wasserstoff mit Thorium im Vergleich zu den Wasserstoffderivaten aller anderen Metalle die größte Menge Wasserstoff enthält und in seiner Zusammensetzung dem Verhältnis ThH 3,75 entspricht, d. h. es nähert sich der Zusammensetzung an, die dem entspricht maximale Wertigkeit von Elementen der Gruppe IV. Die Dichte von wasserstoffhaltigem Thorium ist fast 30 % geringer als die Dichte des Metalls, während bei anderen Elementen der Titan-Untergruppe die Dichteänderung bei Wechselwirkung mit Wasserstoff etwa 15 % beträgt.
Die einfachsten Hydride von Elementen der Kohlenstoffuntergruppe – Kohlenstoff, Silizium, Germanium, Zinn, Blei – sind vierwertig und entsprechen der allgemeinen Formel MeH 4. Die thermische Stabilität von Hydriden von Elementen der Gruppe IV nimmt mit zunehmendem Atomgewicht dieser Elemente und Atomradius allmählich ab.
Vanadium-Untergruppe V Gruppen . Die Wechselwirkung von Wasserstoff mit Vanadium, Niob und Tantal ist weitgehend ähnlich. In diesen Systemen wurden keine chemischen Verbindungen mit exakt stöchiometrischer Zusammensetzung gefunden. Da die Absorption und Desorption von Wasserstoff zu irreversiblen Veränderungen in der Struktur von metallischem Tantal führt, ist es möglich, dass im Tantal-Wasserstoff-System und offenbar auch im Niob-Wasserstoff-System ein gewisser Anteil an chemischen Bindungen vom Zwischentyp möglich ist.
Einfache Hydride von Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon und Wismut haben die allgemeine Formel MeH3. Hydride von Elementen der Gruppe V sind weniger stabil als solche von Elementen der Gruppen IV und VI. Die meisten Elemente der Gruppe V bilden neben einfachen Hydriden wie NH 3 auch komplexere Verbindungen mit Wasserstoff.
Aus Elementen der Chrom-Untergruppe Gruppe VI - Chrom, Molybdän, Wolfram und Uran, nur Uranhydrid UH 3 wurde untersucht. Die chemische Bindung in dieser Verbindung wird möglicherweise durch das Vorhandensein von Wasserstoffbrücken erklärt, nicht jedoch durch Kovalenz, was mit den Eigenschaften von UH 3 übereinstimmt. Die Bildung von Uranhydrid geht mit einer starken (fast 42 %) Abnahme der Urandichte einher. Dieser Grad der Dichtereduktion ist der maximale unter den untersuchten Wasserstoffderivaten von Metallen und entspricht größenordnungsmäßig dem bei der Bildung von Alkalimetallhydriden der Gruppe I beobachteten Dichteanstieg. Über die Entstehung chemischer Verbindungen präziser stöchiometrischer Zusammensetzung durch die Wechselwirkung von Wasserstoff mit Chrom, Molybdän und Wolfram liegen keine verlässlichen Informationen vor.
Hydride von Elementen dieser Gruppe können durch direkte Wechselwirkung von Elementen mit Wasserstoff erhalten werden. In der Reihe H 2 O, H 2 S, H 2 Se, H 2 Te und H 2 Ro nimmt die thermische Stabilität von Hydriden schnell ab.
Zur chemischen Wechselwirkung von Wasserstoff mit Elementen VIII-Gruppe Periodensystem – Eisen, Nickel und Kobalt – in der Literatur gibt es widersprüchliche Daten. Natürlich bestehen Zweifel an der tatsächlichen Existenz von Hydriden dieser Elemente. Die Wechselwirkung von Wasserstoff mit Eisen, Kobalt und Nickel bei erhöhten Temperaturen ist kein chemischer Prozess im allgemein anerkannten Sinne. Dies beweist jedoch noch nicht die Unmöglichkeit der Existenz von Hydriden dieser Elemente.
Viele Forscher haben berichtet, dass sie Produkte erhalten haben, bei denen es sich ihrer Meinung nach um Hydride handelt. Somit gibt es Informationen über die indirekte Produktion von Eisenhydriden – FeH, FeH 2 und FeH 3, die bei Temperaturen unter 150 °C stabil sind und sich darüber zersetzen. Es wurde auch über die Produktion von Nickel- und Kobalthydriden berichtet. Die resultierenden Produkte waren dunkle, fein dispergierte pyrophore Pulver. Nach Ansicht einiger Autoren handelt es sich bei Substanzen dieser Art tatsächlich nicht um Hydride, sondern um fein verteilte reduzierte Metalle, die erhebliche Mengen an physikalisch an der Oberfläche adsorbiertem Wasserstoff enthalten. Andere glauben, dass sich adsorbierter Wasserstoff in einem atomaren Zustand auf der Oberfläche des Metalls befindet und eine chemische Bindung mit den Metallatomen eingeht.
Über die chemische Wechselwirkung von Wasserstoff mit anderen Elementen der Gruppe VIII (mit Ausnahme von Palladium) liegen nur sehr wenige konsistente Daten vor.
In der Tabelle Tabelle 5 zeigt die verfügbaren Daten zur Änderung der Dichte von Metallen bei Wechselwirkung mit Wasserstoff.
Während die Theorie der Plattentektonik ihren „Sieg“ feierte, im Zuge der weiteren Erforschung der Struktur des Untergrunds gleichzeitig Nachteile erlangte und auf dessen Zusammenbruch zusteuerte, löste die Theorie der Erdausdehnung ihre beiden Hauptprobleme, und zwar gleichzeitig Gleichzeitig wurde eine Version eines solchen Expansionsmechanismus gefunden, der gleichzeitig alle Fragen durch „exorbitanten“ Druck im Kern beseitigt.
Ein Ausweg aus der langen Sackgasse wurde vor etwa drei Jahrzehnten von dem sowjetischen Wissenschaftler Wladimir Larin (heute Doktor der Geologie) vorgeschlagen, der dieses Problem, wie so oft, aus einem völlig anderen Blickwinkel betrachtete.
Reis. 69. Diagramm von Metall- und Wasserstoffatomen
Erstens besteht die Auflösung von Wasserstoff in einem Metall nicht einfach darin, ihn mit Metallatomen zu vermischen – in diesem Fall gibt Wasserstoff sein Elektron, von dem er nur eines hat, an den gemeinsamen Schatz der Lösung ab und bleibt absolut „nackt“. „Proton. Und die Abmessungen eines Protons sind 100.000 Mal (!) kleiner als die Abmessungen jedes Atoms, was ihm letztendlich (zusammen mit der enormen Ladungs- und Massenkonzentration des Protons) ermöglicht, sogar tief in die Elektronenhülle anderer Atome einzudringen (Diese Fähigkeit eines bloßen Protons wurde bereits experimentell nachgewiesen).
Wenn ein Proton jedoch in das Innere eines anderen Atoms eindringt, scheint es die Ladung des Kerns dieses Atoms zu erhöhen, wodurch die Anziehungskraft der Elektronen zu ihm zunimmt und somit die Größe des Atoms verringert wird. Daher kann die Auflösung von Wasserstoff in einem Metall, so paradox es auch erscheinen mag, nicht zur Lockerung einer solchen Lösung führen, sondern im Gegenteil dazu Verdichtung des ursprünglichen Metalls. Unter normalen Bedingungen (d. h. bei normalem Atmosphärendruck und Raumtemperatur) ist dieser Effekt unbedeutend, bei hohem Druck und hoher Temperatur jedoch durchaus signifikant.
Die Annahme, dass der äußere flüssige Kern der Erde eine erhebliche Menge Wasserstoff enthält, steht also erstens nicht im Widerspruch zu seinen chemischen Eigenschaften; zweitens löst es bereits das Problem der tiefen Wasserstoffspeicherung für Erzlagerstätten; und drittens, was für uns wichtiger ist, ermöglicht eine erhebliche Verdichtung einer Substanz ohne einen ebenso erheblichen Druckanstieg darin.
„An der Moskauer Universität haben sie einen Zylinder hergestellt, der auf ... einer intermetallischen Verbindung [einer Legierung aus Lanthan und Nickel] basiert. Drehen Sie den Hahn auf und aus einer Literflasche werden tausend Liter Wasserstoff freigesetzt!“ (M. Kuryachaya, „Hydride, die nicht existierten“).
Aber es stellt sich heraus, dass dies alles „Samen“ sind ...
Bei Metallhydriden – also bei chemischen Verbindungen eines Metalls mit Wasserstoff – ergibt sich ein anderes Bild: Es ist nicht der Wasserstoff, der sein Elektron abgibt (an das allgemein eher lockere elektronische Sparschwein), sondern das Metall entledigt sich seines Äußeren Elektronenhülle und bildet mit Wasserstoff eine sogenannte Ionenbindung. Gleichzeitig ändert das Wasserstoffatom, das ein zusätzliches Elektron in die gleiche Umlaufbahn aufnimmt, in der sich das bereits vorhandene Elektron dreht, seine Größe praktisch nicht. Aber der Radius eines Metallatomions – also eines Atoms ohne äußere Elektronenhülle – ist deutlich kleiner als der Radius des Atoms selbst. Bei Eisen und Nickel beträgt der Ionenradius etwa das 0,6-fache des Radius eines neutralen Atoms, und bei einigen anderen Metallen ist das Verhältnis sogar noch beeindruckender. Eine solche Verkleinerung der Metallionen ermöglicht es, diese mehrmals in Hydridform zu verdichten, ohne dass es zu einem Druckanstieg infolge einer solchen Verdichtung kommt!
Darüber hinaus wird diese Fähigkeit zur Hyperverdichtung der Packung von Hydridpartikeln auch unter normalen Normalbedingungen experimentell nachgewiesen (siehe Tabelle 1) und nimmt bei hohen Drücken sogar noch zu.
Dichte, g/cm
Metall
Hydrid
Verdichtung, %
Tisch 1. Verdichtbarkeit einiger Hydride (unter normalen Bedingungen)
Darüber hinaus sind die Hydride selbst auch in der Lage, zusätzlichen Wasserstoff zu lösen. Einmal versuchten sie sogar, diese Fähigkeit bei der Entwicklung von Wasserstoffautomotoren zur Kraftstoffspeicherung zu nutzen.
„...zum Beispiel enthält ein Kubikzentimeter Magnesiumhydrid gewichtsmäßig anderthalbmal mehr Wasserstoff als in einem Kubikzentimeter flüssigem Wasserstoff enthalten ist, und siebenmal mehr als in einem auf 150 Atmosphären komprimierten Gas! ” (M. Kuryachaya, „Hydride, die nicht existierten“).
Ein Problem besteht darin, dass Hydride unter normalen Bedingungen sehr instabil sind ...
Aber wir brauchen keine normalen Bedingungen, da es sich um die Möglichkeit ihrer Existenz tief im Inneren des Planeten handelt – wo der Druck deutlich höher ist. Und mit zunehmendem Druck nimmt die Stabilität von Hydriden deutlich zu.
Heutzutage wurden diese Eigenschaften experimentell bestätigt, und immer mehr Geologen neigen allmählich zu der Annahme, dass das Modell des Hydridkerns der Realität viel näher kommen könnte als das frühere Eisen-Nickel-Modell. Darüber hinaus offenbaren verfeinerte Berechnungen der Bedingungen im Inneren unseres Planeten die unbefriedigende Natur des „reinen“ Eisen-Nickel-Modells seines Kerns.
„Seismologische Messungen deuten darauf hin, dass sowohl der innere (feste) als auch der äußere (flüssige) Kern der Erde eine geringere Dichte aufweisen als der Wert, der auf der Grundlage eines Modells eines Kerns erhalten wurde, der nur aus metallischem Eisen unter denselben physikalisch-chemischen Parametern besteht.“ .
Das Vorhandensein von Wasserstoff im Kern ist aufgrund seiner geringen Löslichkeit in Eisen bei Atmosphärendruck seit langem umstritten. Jüngste Experimente haben jedoch gezeigt, dass sich Eisenhydrid FeH bei hohen Temperaturen und Drücken bilden kann und bei tieferem Vordringen bei Drücken über 62 GPa stabil ist, was Tiefen von ~1600 km entspricht. In dieser Hinsicht ist das Vorhandensein erheblicher Mengen (bis zu 40 Mol-%) Wasserstoff im Kern durchaus akzeptabel und reduziert seine Dichte auf Werte, die mit seismologischen Daten übereinstimmen"(Yu. Pushcharovsky, „Tektonik und Geodynamik des Erdmantels").
Aber das Wichtigste ist, dass Hydride unter bestimmten Bedingungen – zum Beispiel bei Druckreduzierung oder Erhitzung – in der Lage sind, in ihre Bestandteile zu zerfallen. Metallionen gehen in einen atomaren Zustand über, mit allen Konsequenzen, die sich daraus ergeben. Es findet ein Prozess statt, bei dem das Volumen eines Stoffes deutlich zunimmt, ohne dass sich die Masse ändert, also ohne Verletzung des Erhaltungssatzes der Materie. Ein ähnlicher Prozess findet statt, wenn Wasserstoff aus einer Lösung in einem Metall freigesetzt wird (siehe oben).
Und das stellt bereits einen völlig verständlichen Mechanismus zur Vergrößerung des Planeten dar!!!
„Die wichtigste geologische und tektonische Konsequenz der Hypothese einer ursprünglich hydridischen Erde ist im Laufe der Erdgeschichte bedeutsam, vielleicht sogar mehrfach seine Lautstärke erhöhen, was auf die unvermeidliche Dekompression des Planeteninneren während der Entgasung von Wasserstoff und dem Übergang von Hydriden zu Metallen zurückzuführen ist“ (V. Larin, „Hypothese einer zunächst hydridischen Erde“).
Also schlug Larin eine Theorie vor, die nicht nur einige der Probleme der Erzvorkommen löst und eine Reihe von Prozessen in der Erdgeschichte erklärt (auf die wir zurückkommen werden), sondern auch eine ernsthafte Grundlage für die Hypothese der Ausdehnung unserer Vorkommen liefert Planet - als Nebenfolge.
Larin hat das Wichtigste getan – er hat alle Hauptprobleme der Theorie der Erdausdehnung beseitigt!
Es bleiben nur noch „technische Details“.
Es ist beispielsweise völlig unklar, wie stark sich unser Planet im Laufe seines gesamten Bestehens genau vergrößert hat und mit welcher genauen Geschwindigkeit seine Expansion erfolgte. Verschiedene Forscher gaben Einschätzungen ab, die sehr unterschiedlich waren und zudem stark an ein einfaches Fingerlutschen erinnerten.
„...im Paläozoikum war der Erdradius nach dieser Hypothese etwa 1,5- bis 1,7-mal kleiner als der heutige, und daher hat sich das Volumen der Erde seitdem etwa um das 3,5- bis 5-fache vergrößert“ (O . Sorokhtin, „Die Katastrophe der expandierenden Erde“).
„Die wahrscheinlichsten Vorstellungen scheinen mir ein relativ moderates Ausmaß der Ausdehnung der Erde zu sein, bei dem sich ihr Radius seit dem frühen Archaikum (also über 3,5 Milliarden Jahre) um nicht mehr als das Eineinhalb- bis Zweifache vergrößert haben könnte , ab dem späten Proterozoikum (d. h. über 1,6 Milliarden Jahre) - nicht mehr als 1,3 - 1,5 Mal, und ab Beginn des Mesozoikums (d. h. über die letzten 0,25 Milliarden Jahre) um nicht mehr als maximal 5 10 Prozent“ (E. Milanovsky, „Erde Dehnt sich die Erde aus? Pulsiert die Erde?“).
Ach. Auch Larins Hypothese beantwortet diese Frage nicht direkt.
Darüber hinaus gingen alle Forscher davon aus, dass der Prozess von Beginn der Erdentstehung an mehr oder weniger gleichmäßig abläuft (auch der Autor der Hydridtheorie, V. Larin, hält an dieser Hypothese fest). Und dies führt zu so geringen Expansionsraten, dass es mit modernen Instrumenten kaum noch zu erkennen ist. Und die Überprüfung der Gültigkeit der Theorie scheint nur eine Frage der fernen Zukunft zu sein.
Durch die Speicherung von Wasserstoff in Hydridform sind keine sperrigen und schweren Zylinder erforderlich, die bei der Speicherung von komprimiertem Wasserstoffgas erforderlich sind, oder schwierig herzustellende und teure Behälter zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff. Bei der Speicherung von Wasserstoff in Form von Hydriden verringert sich das Volumen des Systems im Vergleich zum Speichervolumen in Flaschen um etwa das Dreifache. Der Wasserstofftransport wird vereinfacht. Für die Umwandlung und Verflüssigung von Wasserstoff fallen keine Kosten an.
Wasserstoff kann aus Metallhydriden durch zwei Reaktionen gewonnen werden: Hydrolyse und Dissoziation:
Durch Hydrolyse kann doppelt so viel Wasserstoff gewonnen werden, wie im Hydrid enthalten ist. Dieser Vorgang ist jedoch praktisch irreversibel. Das Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch thermische Dissoziation eines Hydrids ermöglicht die Schaffung von Wasserstoffspeichern, bei denen eine geringfügige Änderung der Temperatur und des Drucks im System eine erhebliche Änderung des Gleichgewichts der Hydridbildungsreaktion bewirkt.
Stationäre Geräte zur Speicherung von Wasserstoff in Form von Hydriden unterliegen keinen strengen Beschränkungen hinsichtlich Masse und Volumen, sodass der limitierende Faktor bei der Auswahl eines bestimmten Hydrids aller Wahrscheinlichkeit nach seine Kosten sein werden. Für einige Anwendungen kann Vanadiumhydrid nützlich sein, da es bei einer Temperatur nahe 270 K gut dissoziiert. Magnesiumhydrid ist relativ kostengünstig, weist jedoch eine relativ hohe Dissoziationstemperatur von 560–570 K und eine hohe Bildungswärme auf. Die Eisen-Titan-Legierung ist relativ kostengünstig und ihr Hydrid dissoziiert bei Temperaturen von 320–370 K mit geringer Bildungswärme.
Der Einsatz von Hydriden bietet erhebliche Sicherheitsvorteile. Ein beschädigter Wasserstoffhydridbehälter stellt eine deutlich geringere Gefahr dar als ein beschädigter Flüssigwasserstofftank oder Druckbehälter, der mit Wasserstoff gefüllt ist.
Wichtig ist, dass die Bindung von Wasserstoff an ein Metall unter Freisetzung von Wärme erfolgt. Der exotherme Prozess der Bildung eines Hydrids aus Wasserstoff M eines Metalls (Aufladung) und der endotherme Prozess der Freisetzung von Wasserstoff aus dem Hydrid (Entladung) können in Form der folgenden Reaktionen dargestellt werden:
Für die technische Nutzung von Hydriden sind insbesondere Temperaturen von Interesse, bei denen der Druck der Wasserstoffdissoziation im Hydrid Werte über 0,1 MPa erreicht. Hydride, bei denen der Dissoziationsdruck über 0,1 MPa bei einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser erreicht wird, werden als Tieftemperatur bezeichnet. Wird dieser Druck bei einer Temperatur über dem Siedepunkt von Wasser erreicht, gelten solche Hydride als Hochtemperatur-Hydride.
Für den Straßentransport werden Hydride erzeugt, die theoretisch bis zu 130-140 kg Wasserstoff pro 1 m 3 Metallhydrid enthalten können. Allerdings dürfte die realisierte Hydridkapazität 80 kg/m 3 nicht überschreiten. Aber selbst dieser Wasserstoffgehalt in einem Tank mit einem Fassungsvermögen von 130 dm 3 reicht für 400 km Fahrzeugfahrleistung. Dabei handelt es sich um realistische Indikatoren für den Einsatz, jedoch sollte die Gewichtszunahme des mit Hydrid gefüllten Tanks berücksichtigt werden. Beispielsweise erreicht die Masse von Lathan-Nickelhydrid 1 Tonne und die von Magnesiumhydrid 400 kg.
Bisher wurden Metallhydride mit einem breiten Spektrum an Eigenschaften synthetisiert und untersucht. Daten zu den Eigenschaften einiger Hydride, die für die industrielle Verwendung von größtem potenziellen Interesse sind, sind in der Tabelle aufgeführt. 10.3 und 10.4. Wie aus der Tabelle ersichtlich ist. 10.3 ermöglicht beispielsweise Magnesiumhydrid die Speicherung von 77 g H2 pro 1 kg Hydridmasse, während in einem Zylinder unter einem Druck von 20 MPa nur 14 g pro 1 kg Behälter vorhanden sind. Bei flüssigem Wasserstoff können Sie pro 1-kg-Behälter 500 g speichern.
Das umfassende Programm für Such-, Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu Wasserstoffenergie und Brennstoffzellen sieht die Untersuchung von Palladium vor. Das Metall der Platingruppe Palladium ist eines der Hauptmaterialien für Brennstoffzellen und die gesamte Wasserstoffenergie. Auf dieser Basis werden Katalysatoren, Membrangeräte zur Herstellung von reinem Wasserstoff, Materialien mit verbesserten Funktionseigenschaften, Brennstoffzellen, Elektrolyseure und Sensoren zur Wasserstoffbestimmung hergestellt. Palladium kann Wasserstoff effektiv ansammeln, insbesondere Palladium-Nanopulver.
Neben der Wasserstoffenergie wird Palladium in Katalysatoren zur Nachbehandlung von Abgasen konventioneller Autos eingesetzt; Elektrolyseure zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff durch Zersetzung von Wasser; tragbare Brennstoffzellen, insbesondere Methanol; Festoxidelektrolyseure mit Elektroden auf Palladiumbasis; Geräte zur Gewinnung von Sauerstoff aus der Luft, auch für medizinische Zwecke; Sensoren zur Analyse komplexer Gasgemische.
Es ist wichtig anzumerken, dass unser Land etwa 50 % der weltweiten Produktion dieses für die Wasserstoffproduktion notwendigen Metalls kontrolliert. Derzeit wird am Institut für Chemische Physik der Russischen Akademie der Wissenschaften in Tschernogolowka an der Entwicklung von Wasserstoffbatterien auf Basis von Metallhydriden gearbeitet.
Eigenschaften einiger Hydride
Tabelle 10.3
