Τα συστήματα υδρογόνου-μετάλλου είναι συχνά πρωτότυπα στη μελέτη μιας σειράς θεμελιωδών φυσικών ιδιοτήτων. Η εξαιρετική απλότητα των ηλεκτρονικών ιδιοτήτων και η χαμηλή μάζα ατόμων υδρογόνου καθιστούν δυνατή την ανάλυση φαινομένων σε μικροσκοπικό επίπεδο. Εξετάζονται τα ακόλουθα καθήκοντα:
- Αναδιάταξη της πυκνότητας ηλεκτρονίων κοντά σε ένα πρωτόνιο σε ένα κράμα με χαμηλές συγκεντρώσεις υδρογόνου, συμπεριλαμβανομένης της ισχυρής αλληλεπίδρασης ηλεκτρονίων-ιόντων
- Προσδιορισμός έμμεσης αλληλεπίδρασης σε μεταλλική μήτρα μέσω της διατάραξης του «ηλεκτρονικού ρευστού» και της παραμόρφωσης του κρυσταλλικού πλέγματος.
- Σε υψηλές συγκεντρώσεις υδρογόνου, προκύπτει το πρόβλημα του σχηματισμού μιας μεταλλικής κατάστασης σε κράματα με μη στοιχειομετρική σύνθεση.
Κράματα υδρογόνο - μέταλλο
Το υδρογόνο που εντοπίζεται στα διάκενα της μεταλλικής μήτρας παραμορφώνει ελαφρώς το κρυσταλλικό πλέγμα. Από τη σκοπιά της στατιστικής φυσικής υλοποιείται το μοντέλο ενός αλληλεπιδρώντος «αερίου πλέγματος». Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η μελέτη θερμοδυναμικών και κινητικών ιδιοτήτων κοντά στα σημεία μετάβασης φάσης. Σε χαμηλές θερμοκρασίες σχηματίζεται ένα κβαντικό υποσύστημα με υψηλή ενέργεια ταλαντώσεων μηδενικού σημείου και μεγάλο πλάτος μετατόπισης. Αυτό καθιστά δυνατή τη μελέτη των κβαντικών επιδράσεων κατά τη διάρκεια μετασχηματισμών φάσης. Η υψηλή κινητικότητα των ατόμων υδρογόνου σε ένα μέταλλο καθιστά δυνατή τη μελέτη των διεργασιών διάχυσης. Ένας άλλος τομέας έρευνας είναι η φυσική και η φυσική χημεία των επιφανειακών φαινομένων της αλληλεπίδρασης του υδρογόνου με τα μέταλλα: η διάσπαση ενός μορίου υδρογόνου και η προσρόφηση στην επιφάνεια του ατομικού υδρογόνου. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η περίπτωση όταν η αρχική κατάσταση του υδρογόνου είναι ατομική και η τελική είναι μοριακή. Αυτό είναι σημαντικό κατά τη δημιουργία μετασταθερών συστημάτων μετάλλου-υδρογόνου.
Εφαρμογή συστημάτων υδρογόνου-μετάλλου
- Καθαρισμός υδρογόνου και φίλτρα υδρογόνου
- Η χρήση μεταλλικών υδριδίων σε πυρηνικούς αντιδραστήρες ως επιβραδυντές, ανακλαστήρες κ.λπ.
- Διαχωρισμός ισοτόπων
- Αντιδραστήρες σύντηξης - εξαγωγή τριτίου από λίθιο
- Συσκευές διάστασης νερού
- Ηλεκτρόδια για κυψέλες καυσίμου και μπαταρίες
- Αποθήκευση υδρογόνου για κινητήρες αυτοκινήτων με βάση μεταλλικά υδρίδια
- Αντλίες θερμότητας βασισμένες σε υδρίδια μετάλλων, συμπεριλαμβανομένων κλιματιστικών για οχήματα και σπίτια
- Μετατροπείς ενέργειας για θερμοηλεκτρικούς σταθμούς
Διαμεταλλικά υδρίδια μετάλλων
Τα υδρίδια των διαμεταλλικών ενώσεων έχουν βρει ευρεία εφαρμογή στη βιομηχανία. Το κύριο μέρος των επαναφορτιζόμενων μπαταριών και συσσωρευτών, για παράδειγμα, για κινητά τηλέφωνα, φορητούς υπολογιστές (φορητούς υπολογιστές), κάμερες και βιντεοκάμερες περιέχει ένα ηλεκτρόδιο μεταλλικού υδριδίου. Τέτοιες μπαταρίες είναι φιλικές προς το περιβάλλον, καθώς δεν περιέχουν κάδμιο.
Τυπικές μπαταρίες NiMH
Ίδρυμα Wikimedia. 2010 .
Δείτε τι είναι τα "Υδρίδια μετάλλων" σε άλλα λεξικά:
Ενώσεις υδρογόνου με μέταλλα και αμέταλλα που έχουν χαμηλότερη ηλεκτραρνητικότητα από το υδρογόνο. Μερικές φορές οι ενώσεις όλων των στοιχείων με υδρογόνο ταξινομούνται ως υδρίδια. Ταξινόμηση Ανάλογα με τη φύση του δεσμού υδρογόνου, διακρίνουν ... ... Wikipedia
Ενώσεις υδρογόνου με μέταλλα ή αμέταλλα λιγότερο ηλεκτραρνητικά από το υδρογόνο. Μερικές φορές ο Γ. αναφέρεται σε Κομ. όλα τα χημ. στοιχεία με υδρογόνο. Διάκριση απλών ή δυαδικών, G., σύνθετων (βλ., για παράδειγμα, Υδρίδια αλουμινίου, βοροϋδρίδια μετάλλων ... Χημική Εγκυκλοπαίδεια
Ενώσεις υδρογόνου με άλλα στοιχεία. Ανάλογα με τη φύση του δεσμού υδρογόνου, διακρίνονται τρεις τύποι υδρογόνου: ιοντικό, μεταλλικό και ομοιοπολικό. Τα ιοντικά (όπως αλάτι) ορυκτά περιλαμβάνουν αλκαλιμέταλλα και μέταλλα αλκαλικών γαιών. Αυτό… …
- (μεταλλίδες), κατέχουν μεταλλικά. Αγ. σας, ιδιαίτερα ηλεκτρ. αγωγιμότητα, η οποία οφείλεται στο μεταλλικό. τη φύση του χημικού. συνδέσεις. Στο M. s. περιλαμβάνουν Comm. μέταλλα μεταξύ τους διαμεταλλίδια και πολλά άλλα. συν. μέταλλα (κυρίως μεταβατικά) με αμέταλλα. ... ... Χημική Εγκυκλοπαίδεια
Υδρίδια βορίου, βοράνια, ενώσεις βορίου με υδρογόνο. Β. είναι γνωστά που περιέχουν από 2 έως 20 άτομα βορίου σε ένα μόριο. Το απλούστερο B., BH3, δεν υπάρχει σε ελεύθερη κατάσταση· είναι γνωστό μόνο με τη μορφή συμπλεγμάτων με αμίνες, αιθέρες και τα παρόμοια. Χαρακτήρας…… Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια
Απλές ουσίες που υπό κανονικές συνθήκες έχουν χαρακτηριστικές ιδιότητες: υψηλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα, αρνητικός συντελεστής θερμοκρασίας ηλεκτρικής αγωγιμότητας, ικανότητα να αντανακλούν καλά τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ... ... Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια
ΥΠΟΟΜΑΔΑ VA. ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΑ ΑΖΩΤΟΥ ΦΩΣΦΟΡΟΥ Η τάση αλλαγής των ιδιοτήτων από μη μεταλλικό σε μεταλλικό, που αποκαλύφθηκε στις υποομάδες IIIA και IVA, είναι επίσης χαρακτηριστική αυτής της υποομάδας. Η μετάβαση στη μεταλλικότητα (αν και όχι απότομη) ξεκινά με το αρσενικό, στο ... ... Εγκυκλοπαίδεια Collier
- (από λατ. ενδιάμεσο και μέταλλο) (διαμεταλλικές ενώσεις), χημικό. συν. δύο ή πολλά μέταλλα μεταξύ τους. Σχετίζονται με μεταλλικές ενώσεις ή μεταλλίδια. Και. σχηματίζονται ως αποτέλεσμα αλληλεπίδρασης. εξαρτήματα κατά τη σύντηξη, συμπύκνωση από ατμό ... Χημική Εγκυκλοπαίδεια
- (από το ελληνικό metallon αρχικά, δικό μου, δικό μου), σε wa, που υπό κανονικές συνθήκες έχουν χαρακτηριστικές, μεταλλικές, υψηλές ηλεκτρικές ιδιότητες. αγωγιμότητα και θερμική αγωγιμότητα, αρνητική. συντελεστής θερμοκρασίας. ηλεκτρικός αγωγιμότητα, ικανότητα ...... Χημική Εγκυκλοπαίδεια
Μέταλλο- (Μέταλλο) Ορισμός μετάλλου, φυσικές και χημικές ιδιότητες μετάλλων Ορισμός μετάλλου, φυσικές και χημικές ιδιότητες μετάλλων, εφαρμογή μετάλλων Περιεχόμενα Περιεχόμενα Ορισμός Εύρεση στη φύση Ιδιότητες Χαρακτηριστικές ιδιότητες ... ... Εγκυκλοπαίδεια του επενδυτή
Είναι χαρακτηριστικό ότι το προϊόν της αλληλεπίδρασης του υδρογόνου με το θόριο, σε σύγκριση με τα παράγωγα υδρογόνου όλων των άλλων μετάλλων, περιέχει τη μεγαλύτερη ποσότητα υδρογόνου και αντιστοιχεί στη σύνθεση στην αναλογία ThH 3,75, δηλαδή προσεγγίζει τη σύνθεση που αντιστοιχεί στο μέγιστο σθένος των στοιχείων της ομάδας IV. Η πυκνότητα του θορίου που περιέχει υδρογόνο είναι σχεδόν 30% μικρότερη από την πυκνότητα του μετάλλου, ενώ για τα υπόλοιπα στοιχεία της υποομάδας του τιτανίου, η μεταβολή της πυκνότητας κατά την αλληλεπίδραση με το υδρογόνο είναι περίπου 15%.
Τα απλούστερα υδρίδια των στοιχείων της υποομάδας άνθρακα - άνθρακας, πυρίτιο, γερμάνιο, κασσίτερος, μόλυβδος είναι τετρασθενή και αντιστοιχούν στον γενικό τύπο MeH 4 . Η θερμική σταθερότητα των υδριδίων των στοιχείων της ομάδας IV μειώνεται σταδιακά με την αύξηση του ατομικού βάρους αυτών των στοιχείων και της ατομικής ακτίνας.
Υποομάδα βαναδίου V ομάδες . Η αλληλεπίδραση του υδρογόνου με το βανάδιο, το νιόβιο και το ταντάλιο είναι παρόμοια από πολλές απόψεις. Σε αυτά τα συστήματα δεν έχουν βρεθεί χημικές ενώσεις ακριβούς στοιχειομετρικής σύστασης. Δεδομένου ότι η απορρόφηση και η εκρόφηση υδρογόνου προκαλούν μη αναστρέψιμες αλλαγές στη δομή του μεταλλικού τανταλίου, είναι δυνατή η παρουσία στο σύστημα τανταλίου-υδρογόνου και, προφανώς, στο σύστημα νιοβίου-υδρογόνου ενός συγκεκριμένου κλάσματος χημικών δεσμών ενδιάμεσου τύπου.
Τα απλά υδρίδια του αζώτου, του φωσφόρου, του αρσενικού, του αντιμονίου και του βισμούθιου έχουν τον γενικό τύπο MeH3. Τα υδρίδια των στοιχείων της ομάδας V είναι λιγότερο ανθεκτικά από τα στοιχεία των ομάδων IV και VI. Τα περισσότερα στοιχεία της ομάδας V, εκτός από τα απλά υδρίδια του τύπου NH 3, σχηματίζουν και πιο σύνθετες ενώσεις με το υδρογόνο.
Από τα στοιχεία της υποομάδας του χρωμίου Ομάδα VI - χρώμιο, μολυβδαίνιο, βολφράμιο και ουράνιο, μόνο το υδρίδιο του ουρανίου UH 3 έχει μελετηθεί. Ο χημικός δεσμός σε αυτή την ένωση εξηγείται, πιθανώς, από την παρουσία γεφυρών υδρογόνου, αλλά σε καμία περίπτωση από την ομοιοπολικότητα, η οποία είναι συνεπής με τις ιδιότητες του UH 3 . Ο σχηματισμός υδριδίου του ουρανίου συνοδεύεται από απότομη (σχεδόν 42%) μείωση της πυκνότητας του ουρανίου. Αυτός ο βαθμός μείωσης της πυκνότητας είναι ο υψηλότερος μεταξύ των μελετηθέντων παραγώγων υδρογόνου μετάλλων και, κατά σειρά μεγέθους, αντιστοιχεί στην αύξηση της πυκνότητας που παρατηρήθηκε κατά τον σχηματισμό υδριδίων αλκαλιμετάλλων της ομάδας Ι. Δεν υπάρχουν αξιόπιστες πληροφορίες σχετικά με τη λήψη χημικών ενώσεων ακριβούς στοιχειομετρικής σύστασης από την αλληλεπίδραση του υδρογόνου με το χρώμιο, το μολυβδαίνιο και το βολφράμιο.
Υδρίδια στοιχείων αυτής της ομάδας μπορούν να ληφθούν με άμεση αλληλεπίδραση στοιχείων με υδρογόνο. Στις σειρές H 2 O, H 2 S, H 2 Se, H 2 Te και H 2 Po, η θερμική σταθερότητα των υδριδίων μειώνεται γρήγορα.
Σχετικά με τη χημική αλληλεπίδραση του υδρογόνου με στοιχεία Ομάδα VIII περιοδικό σύστημα - σίδηρος, νικέλιο και κοβάλτιο - υπάρχουν αντικρουόμενα δεδομένα στη βιβλιογραφία. Φυσικά, υπάρχουν αμφιβολίες για την πραγματική ύπαρξη υδριδίων αυτών των στοιχείων. Η αλληλεπίδραση του υδρογόνου με τον σίδηρο, το κοβάλτιο και το νικέλιο σε υψηλές θερμοκρασίες δεν είναι μια χημική διαδικασία με τη συμβατική έννοια. Ωστόσο, αυτό δεν αποδεικνύει ακόμη την αδυναμία ύπαρξης υδριδίων αυτών των στοιχείων.
Πολλοί ερευνητές αναφέρουν ότι λαμβάνουν προϊόντα τα οποία πιστεύουν ότι είναι υδρίδια. Έτσι, υπάρχουν πληροφορίες σχετικά με την έμμεση παραγωγή υδριδίων σιδήρου - FeH, FeH 2 και FeH 3, σταθερά σε θερμοκρασίες κάτω των 150 ° C, πάνω από τις οποίες αποσυντίθενται. Έχουν επίσης αναφερθεί υδρίδια νικελίου και κοβαλτίου. Τα προκύπτοντα προϊόντα ήταν σκοτεινές λεπτώς διεσπαρμένες πυροφορικές σκόνες. Σύμφωνα με ορισμένους συγγραφείς, ουσίες αυτού του τύπου, στην πραγματικότητα, δεν είναι υδρίδια, αλλά λεπτώς διεσπαρμένα ανηγμένα μέταλλα που περιέχουν σημαντικές ποσότητες υδρογόνου που έχουν προσροφηθεί φυσικά στην επιφάνεια. Άλλοι πιστεύουν ότι το προσροφημένο υδρογόνο βρίσκεται στην επιφάνεια του μετάλλου σε ατομική κατάσταση και σχηματίζει χημικό δεσμό με τα άτομα του μετάλλου.
Υπάρχουν πολύ λίγα συνεπή δεδομένα σχετικά με τη χημική αλληλεπίδραση του υδρογόνου με τα άλλα στοιχεία της ομάδας VIII (με εξαίρεση το παλλάδιο).
Στον πίνακα. Το σχήμα 5 δείχνει τα διαθέσιμα δεδομένα σχετικά με τη μεταβολή της πυκνότητας των μετάλλων κατά την αλληλεπίδραση με το υδρογόνο.
Ενώ η θεωρία της τεκτονικής πλακών γιόρταζε τη «νίκη» της, κερδίζοντας ταυτόχρονα μειονεκτήματα στην πορεία περαιτέρω έρευνας στη δομή του εσωτερικού και προχωρώντας προς την κατάρρευσή της, η θεωρία της διαστολής της Γης έλυσε τα δύο κύρια προβλήματά της και στο την ίδια στιγμή, βρέθηκε μια παραλλαγή ενός τέτοιου μηχανισμού επέκτασης, που αφαιρεί όλα τα ερωτήματα στην πορεία.σύμφωνα με «εξωφρενικές» πιέσεις στον πυρήνα.
Μια διέξοδος από το μακρύ αδιέξοδο προτάθηκε πριν από περίπου τρεις δεκαετίες από τον σοβιετικό επιστήμονα Vladimir Larin (τώρα Διδάκτωρ Γεωλογικών Επιστημών), ο οποίος, όπως συμβαίνει συχνά, προσέγγισε αυτό το πρόβλημα από μια εντελώς διαφορετική οπτική γωνία.
Ρύζι. 69. Σχήμα ατόμων μετάλλου και υδρογόνου
Πρώτα απ 'όλα, η διάλυση του υδρογόνου σε ένα μέταλλο αποδεικνύεται ότι δεν είναι απλώς η ανάμειξή του με άτομα μετάλλου - την ίδια στιγμή, το υδρογόνο δίνει το ηλεκτρόνιό του στον κοινό κουμπαρά του διαλύματος, τον οποίο έχει μόνο ένα, και παραμένει απολύτως «γυμνό» πρωτόνιο. Και το μέγεθος του πρωτονίου είναι 100 χιλιάδες φορές (!) μικρότερο από το μέγεθος οποιουδήποτε ατόμου, το οποίο τελικά (μαζί με την τεράστια συγκέντρωση φορτίου και μάζας του πρωτονίου) του επιτρέπει ακόμη και να διεισδύσει βαθιά στο κέλυφος ηλεκτρονίων άλλων ατόμων (αυτή η ικανότητα ενός γυμνού πρωτονίου έχει ήδη αποδειχθεί πειραματικά).
Όμως, διεισδύοντας μέσα σε ένα άλλο άτομο, το πρωτόνιο, όπως ήταν, αυξάνει το φορτίο του πυρήνα αυτού του ατόμου, αυξάνοντας την έλξη των ηλεκτρονίων προς αυτό και μειώνοντας έτσι το μέγεθος του ατόμου. Επομένως, η διάλυση του υδρογόνου σε ένα μέταλλο, όσο παράδοξη και αν φαίνεται, μπορεί να οδηγήσει όχι στην ευθρυπτότητα ενός τέτοιου διαλύματος, αλλά, αντίθετα, σε συμπίεση του μητρικού μετάλλου. Υπό κανονικές συνθήκες (δηλαδή, σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία δωματίου), αυτή η επίδραση είναι αμελητέα, αλλά σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία, είναι πολύ σημαντική.
Έτσι, η υπόθεση ότι ο εξωτερικός υγρός πυρήνας της Γης περιέχει σημαντική ποσότητα υδρογόνου, πρώτον, δεν έρχεται σε αντίθεση με τις χημικές του ιδιότητες. Δεύτερον, λύνει ήδη το πρόβλημα της βαθιάς αποθήκευσης υδρογόνου για κοιτάσματα μεταλλεύματος. και τρίτον, που είναι πιο σημαντικό για εμάς, επιτρέπει μια σημαντική συμπίεση μιας ουσίας χωρίς εξίσου σημαντική αύξηση της πίεσης σε αυτήν.
«Στο Πανεπιστήμιο της Μόσχας, δημιούργησαν έναν κύλινδρο βασισμένο σε ... μια διαμεταλλική ένωση [κράμα λανθανίου και νικελίου]. Γυρίστε τη βρύση - και χίλια λίτρα υδρογόνου απελευθερώνονται από έναν κύλινδρο λίτρου! (M. Kuryachaya, «Υδρίδες που δεν ήταν»).
Αλλά αποδεικνύεται ότι όλα αυτά είναι "σπόροι" ...
Στα υδρίδια μετάλλων -δηλαδή σε χημικές ενώσεις ενός μετάλλου με υδρογόνο- έχουμε διαφορετική εικόνα: δεν είναι το υδρογόνο που δίνει το ηλεκτρόνιό του (σε έναν κοινό μάλλον χαλαρό ηλεκτρονικό κουμπαρά), αλλά το μέταλλο ξεφορτώνεται το εξωτερικό του ηλεκτρονιακό κέλυφος, σχηματίζοντας έναν λεγόμενο ιοντικό δεσμό με το υδρογόνο. Ταυτόχρονα, το άτομο υδρογόνου, δεχόμενο ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο στην ίδια τροχιά, στην οποία το ηλεκτρόνιο που έχει ήδη, πρακτικά δεν αλλάζει το μέγεθός του. Αλλά η ακτίνα ενός ιόντος ενός ατόμου μετάλλου -δηλαδή ενός ατόμου χωρίς το εξωτερικό του κέλυφος ηλεκτρονίων- είναι πολύ μικρότερη από την ακτίνα του ίδιου του ατόμου. Για το σίδηρο και το νικέλιο, η ιοντική ακτίνα είναι περίπου 0,6 της ακτίνας ενός ουδέτερου ατόμου και για ορισμένα άλλα μέταλλα, η αναλογία είναι ακόμη πιο εντυπωσιακή. Μια τέτοια μείωση του μεγέθους των μεταλλικών ιόντων τους επιτρέπει να συμπιέζονται σε μορφή υδριδίου αρκετές φορές χωρίς καμία αύξηση της πίεσης ως συνέπεια μιας τέτοιας συμπίεσης!..
Επιπλέον, αυτή η ικανότητα υπερσυμπίεσης της συσκευασίας των σωματιδίων υδριδίου ανιχνεύεται πειραματικά ακόμη και υπό συνήθεις κανονικές συνθήκες (βλ. Πίνακα 1) και σε υψηλές πιέσεις αυξάνεται ακόμη περισσότερο.
Πυκνότητα, g/cm
Μέταλλο
υδρογονούχο
Συμπύκνωση, %
Αυτί. 1. Η ικανότητα συμπίεσης ορισμένων υδριδίων (υπό κανονικές συνθήκες)
Επιπλέον, τα ίδια τα υδρίδια είναι επίσης ικανά να διαλύουν επιπλέον υδρογόνο στον εαυτό τους. Κάποτε, προσπάθησαν ακόμη και να χρησιμοποιήσουν αυτή την ικανότητά τους στην ανάπτυξη κινητήρων αυτοκινήτων υδρογόνου για αποθήκευση καυσίμων.
«...για παράδειγμα, ένα κυβικό εκατοστό υδριδίου μαγνησίου περιέχει υδρογόνο κατά βάρος μιάμιση φορά περισσότερο από ό,τι περιέχεται σε ένα κυβικό εκατοστό υγρού υδρογόνου και επτά φορές περισσότερο από ό,τι σε ένα αέριο συμπιεσμένο σε εκατόν πενήντα ατμόσφαιρες !» (M. Kuryachaya, «Υδρίδες που δεν ήταν»).
Ένα πρόβλημα - υπό κανονικές συνθήκες, τα υδρίδια είναι πολύ ασταθή ...
Δεν χρειαζόμαστε όμως φυσιολογικές συνθήκες, αφού μιλάμε για την πιθανότητα ύπαρξής τους βαθιά στα έγκατα του πλανήτη - όπου η πίεση είναι πολύ μεγαλύτερη. Και με την αύξηση της πίεσης, η σταθερότητα των υδριδίων αυξάνεται σημαντικά.
Τώρα έχει ήδη ληφθεί πειραματική επιβεβαίωση αυτών των ιδιοτήτων και όλο και περισσότεροι γεωλόγοι τείνουν σταδιακά να πιστεύουν ότι το μοντέλο πυρήνα υδριδίου μπορεί να αποδειχθεί πολύ πιο κοντά στην πραγματικότητα από το προηγούμενο μοντέλο σιδήρου-νικελίου. Επιπλέον, οι εκλεπτυσμένοι υπολογισμοί των συνθηκών στα έγκατα του πλανήτη μας αποκαλύπτουν το μη ικανοποιητικό του «καθαρού» μοντέλου σιδήρου-νικελίου του πυρήνα του.
«Οι σεισμολογικές μετρήσεις δείχνουν ότι τόσο ο εσωτερικός (στερεός) όσο και ο εξωτερικός (υγρός) πυρήνας της Γης χαρακτηρίζονται από χαμηλότερη πυκνότητα σε σύγκριση με την τιμή που προκύπτει με βάση ένα μοντέλο πυρήνα που αποτελείται μόνο από μεταλλικό σίδηρο με τις ίδιες φυσικοχημικές παραμέτρους. .
Η παρουσία υδρογόνου στον πυρήνα ήταν από καιρό αμφιλεγόμενη λόγω της χαμηλής διαλυτότητάς του στον σίδηρο σε ατμοσφαιρική πίεση. Ωστόσο, πρόσφατα πειράματα κατέστησαν δυνατό να διαπιστωθεί ότι το υδρίδιο του σιδήρου FeH μπορεί να σχηματιστεί σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις και, βυθίζοντας βαθιά, είναι σταθερό σε πιέσεις άνω των 62 GPa, που αντιστοιχεί σε βάθη ~1600 km. Από αυτή την άποψη, η παρουσία σημαντικών ποσοτήτων (έως 40 mol.%) υδρογόνου στον πυρήνα είναι αρκετά αποδεκτή και μειώνει την πυκνότητά του σε τιμές που συνάδουν με τα σεισμολογικά δεδομένα"(Yu. Pushcharovsky, "Tectonics and geodynamics of the Earth's mantle").
Αλλά το πιο σημαντικό είναι ότι υπό ορισμένες συνθήκες - για παράδειγμα, όταν η πίεση μειώνεται ή όταν θερμαίνεται - τα υδρίδια μπορούν να αποσυντεθούν σε συστατικά. Τα μεταλλικά ιόντα περνούν στην ατομική κατάσταση με όλες τις επακόλουθες συνέπειες. Υπάρχει μια διαδικασία κατά την οποία ο όγκος της ύλης αυξάνεται σημαντικά χωρίς να αλλάζει η μάζα, δηλαδή χωρίς καμία παραβίαση του νόμου της διατήρησης της ύλης. Μια παρόμοια διαδικασία συμβαίνει επίσης όταν απελευθερώνεται υδρογόνο από ένα διάλυμα σε ένα μέταλλο (βλ. παραπάνω).
Και αυτό ήδη δίνει έναν απολύτως κατανοητό μηχανισμό για την αύξηση του μεγέθους του πλανήτη !!!
«Η κύρια γεωλογική και τεκτονική συνέπεια της υπόθεσης της αρχικά υδρίτης Γης είναι μια σημαντική, πιθανώς πολλαπλή κατά τη διάρκεια της γεωλογικής ιστορίας αύξηση του όγκου του, η οποία οφείλεται στην αναπόφευκτη αποσυμπίεση του εσωτερικού του πλανήτη κατά την απαέρωση του υδρογόνου και τη μετάβαση των υδριδίων σε μέταλλα ”(V. Larin,“ Υπόθεση της αρχικά υδριδικής Γης ”).
Έτσι, ο Larin πρότεινε μια θεωρία που όχι μόνο λύνει ορισμένα από τα προβλήματα των κοιτασμάτων μεταλλεύματος και εξηγεί μια σειρά από διεργασίες στην ιστορία της Γης (στην οποία θα επιστρέψουμε), αλλά παρέχει επίσης σοβαρό έδαφος για την υπόθεση της επέκτασης του πλανήτης - ως παρενέργεια.
Ο Λάριν έκανε το κύριο πράγμα - αφαίρεσε όλα τα κύρια προβλήματα της θεωρίας της επέκτασης της Γης! ..
Έμειναν μόνο «τεχνικές λεπτομέρειες».
Για παράδειγμα, δεν είναι απολύτως σαφές πόσο αυξήθηκε ο πλανήτης μας σε όλη την περίοδο της ύπαρξής του και με ποιον ρυθμό έχει λάβει χώρα η επέκτασή του. Διαφορετικοί ερευνητές έδωσαν εκτιμήσεις που ήταν πολύ διαφορετικές μεταξύ τους, επιπλέον, την ίδια στιγμή, έμοιαζαν έντονα με το απλό πιπίλισμα του δακτύλου.
«...στο Παλαιοζωικό, σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, η ακτίνα της Γης ήταν περίπου 1,5 - 1,7 φορές μικρότερη από τη σύγχρονη και, ως εκ τούτου, από τότε ο όγκος της Γης έχει αυξηθεί κατά περίπου 3,5 - 5 φορές» ( O. Sorokhtin, "The Expanding Earth Catastrofe").
«Οι πιο πιθανές ιδέες μου φαίνονται για μια σχετικά μέτρια κλίμακα της διαστολής της Γης, στην οποία από την πρώιμη Αρχαία (δηλαδή, πάνω από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια) η ακτίνα της θα μπορούσε να αυξηθεί όχι περισσότερο από μιάμιση έως δύο φορές , από το ύστερο Πρωτοζωικό (δηλαδή, πάνω από 1, 6 δισεκατομμύρια χρόνια) - όχι περισσότερο από 1,3 - 1,5 φορές, και από την αρχή του Μεσοζωικού (δηλαδή τα τελευταία 0,25 δισεκατομμύρια χρόνια) όχι περισσότερο από 5, το πολύ 10 τοις εκατό "(E. Milanovsky," Η γη διαστέλλεται; Πάλλεται η γη;").
Αλίμονο. Η υπόθεση του Larin επίσης δεν παρέχει άμεση απάντηση σε αυτό το ερώτημα.
Επιπλέον, όλοι οι ερευνητές προχώρησαν από το γεγονός ότι η διαδικασία προχωρά από την αρχή του σχηματισμού της Γης λίγο πολύ ομοιόμορφα (ο συγγραφέας της θεωρίας του υδριδίου V. Larin εμμένει επίσης σε αυτήν την υπόθεση). Και αυτό οδηγεί σε τόσο χαμηλούς ρυθμούς επέκτασης που είναι πρακτικά αδύνατο να διορθωθεί με σύγχρονα όργανα. Και η επαλήθευση της εγκυρότητας της θεωρίας φαίνεται να είναι μόνο θέμα του απώτερου μέλλοντος.
Στην περίπτωση αποθήκευσης υδρογόνου σε μορφή υδριδίου, δεν χρειάζονται ογκώδεις και βαρείς φιάλες κατά την αποθήκευση αερίου υδρογόνου σε συμπιεσμένη μορφή, ή πολύπλοκα και ακριβά δοχεία για την αποθήκευση υγρού υδρογόνου. Όταν το υδρογόνο αποθηκεύεται με τη μορφή υδριδίων, ο όγκος του συστήματος μειώνεται κατά περίπου 3 φορές σε σύγκριση με τον όγκο αποθήκευσης σε κυλίνδρους. Απλοποιεί τη μεταφορά υδρογόνου. Δεν υπάρχει κόστος για τη μετατροπή και την υγροποίηση του υδρογόνου.
Το υδρογόνο μπορεί να ληφθεί από υδρίδια μετάλλων με δύο αντιδράσεις: υδρόλυση και διάσταση:
Με την υδρόλυση, μπορείτε να πάρετε διπλάσιο υδρογόνο από ότι στο υδρίδιο. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία είναι πρακτικά μη αναστρέψιμη. Η μέθοδος λήψης υδρογόνου με θερμική διάσταση ενός υδριδίου καθιστά δυνατή τη δημιουργία συσσωρευτών υδρογόνου, για τους οποίους μια μικρή αλλαγή στη θερμοκρασία και την πίεση στο σύστημα προκαλεί σημαντική αλλαγή στην ισορροπία της αντίδρασης σχηματισμού υδριδίου.
Οι σταθερές συσκευές για την αποθήκευση υδρογόνου με τη μορφή υδριδίων δεν έχουν αυστηρούς περιορισμούς στη μάζα και τον όγκο, επομένως ο περιοριστικός παράγοντας στην επιλογή ενός ή άλλου υδριδίου θα είναι, κατά πάσα πιθανότητα, το κόστος του. Για ορισμένες εφαρμογές, το υδρίδιο του βαναδίου μπορεί να είναι χρήσιμο επειδή διασπάται καλά σε θερμοκρασία κοντά στους 270 Κ. Το υδρίδιο του μαγνησίου είναι σχετικά φθηνό, αλλά έχει σχετικά υψηλή θερμοκρασία διάστασης 560-570 Κ και υψηλή θερμότητα σχηματισμού. Το κράμα σιδήρου-τιτανίου είναι σχετικά φθηνό και το υδρίδιο του διασπάται σε θερμοκρασίες 320-370 Κ με χαμηλή θερμότητα σχηματισμού.
Η χρήση υδριδίων έχει σημαντικά οφέλη για την ασφάλεια. Ένα κατεστραμμένο δοχείο υδρογόνου είναι πολύ λιγότερο επικίνδυνο από ένα κατεστραμμένο δοχείο υγρού υδρογόνου ή δοχείο πίεσης γεμάτο με υδρογόνο.
Είναι απαραίτητο η δέσμευση του υδρογόνου στο μέταλλο να προχωρήσει με την απελευθέρωση θερμότητας. Η εξώθερμη διαδικασία σχηματισμού υδριδίου από μέταλλο υδρογόνου Μ (φόρτιση) και η ενδόθερμη διαδικασία απελευθέρωσης υδρογόνου από υδρίδιο (εκφόρτιση) μπορούν να αναπαρασταθούν ως οι ακόλουθες αντιδράσεις:
Για την τεχνική χρήση των υδριδίων, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι θερμοκρασίες στις οποίες η πίεση της διάστασης υδρογόνου στο υδρίδιο φθάνει σε τιμή πάνω από 0,1 MPa. Τα υδρίδια, στα οποία η πίεση διάστασης πάνω από 0,1 MPa επιτυγχάνεται σε θερμοκρασία κάτω από το σημείο πήξης του νερού, ονομάζονται υδρίδια χαμηλής θερμοκρασίας. Εάν αυτή η πίεση επιτευχθεί σε θερμοκρασία πάνω από το σημείο βρασμού του νερού, τότε τέτοιοι υδρίτες θεωρούνται υψηλής θερμοκρασίας.
Για τις ανάγκες των οδικών μεταφορών δημιουργούνται υδρίδια, τα οποία θεωρητικά μπορούν να περιέχουν έως και 130-140 kg υδρογόνου ανά 1 m 3 υδριδίου μετάλλου. Ωστόσο, η πραγματοποιήσιμη χωρητικότητα του υδριδίου είναι απίθανο να ξεπεράσει τα 80 kg/m 3 Αλλά ακόμη και μια τέτοια περιεκτικότητα σε υδρογόνο σε μια δεξαμενή χωρητικότητας 130 dm 3 είναι επαρκής για 400 km διαδρομής αυτοκινήτου. Αυτοί είναι πραγματικοί δείκτες για την εφαρμογή, αλλά θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η αύξηση της μάζας της δεξαμενής γεμάτη με υδρίδιο. Για παράδειγμα, η μάζα του υδριδίου λατανονικελίου φτάνει τον 1 τόνο και το υδρίδιο του μαγνησίου - 400 kg.
Μέχρι σήμερα έχουν συντεθεί και μελετηθεί υδρίδια μετάλλων με ευρύ φάσμα ιδιοτήτων. Τα στοιχεία για τις ιδιότητες ορισμένων υδριδίων, που παρουσιάζουν το μεγαλύτερο δυνητικό ενδιαφέρον για βιομηχανική χρήση, δίνονται στον πίνακα. 10.3 και 10.4. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα. 10.3, για παράδειγμα, το υδρίδιο του μαγνησίου καθιστά δυνατή την αποθήκευση 77 g H 2 ανά 1 kg μάζας υδριδίου, ενώ σε έναν κύλινδρο υπό πίεση 20 MPa υπάρχουν μόνο 14 g ανά 1 kg χωρητικότητας. Στην περίπτωση υγρού υδρογόνου, μπορούν να αποθηκευτούν 500 g ανά δοχείο 1 kg.
Το ολοκληρωμένο πρόγραμμα εξερεύνησης, έρευνας και ανάπτυξης για την ενέργεια υδρογόνου και τις κυψέλες καυσίμου σχεδιάζει να μελετήσει το παλλάδιο. Το μεταλλικό παλλάδιο της ομάδας πλατίνας είναι ένα από τα κύρια υλικά για κυψέλες καυσίμου και όλη την ενέργεια υδρογόνου. Στη βάση του παράγονται καταλύτες, συσκευές μεμβράνης για την παραγωγή καθαρού υδρογόνου, υλικά με βελτιωμένα λειτουργικά χαρακτηριστικά, κυψέλες καυσίμου, ηλεκτρολύτες και αισθητήρες για τον προσδιορισμό του υδρογόνου. Το παλλάδιο μπορεί να αποθηκεύσει αποτελεσματικά υδρογόνο, ειδικά νανοσκόνη παλλαδίου.
Εκτός από την ενέργεια υδρογόνου, το παλλάδιο χρησιμοποιείται σε καταλύτες για μετεπεξεργασία καυσαερίων από συμβατικά οχήματα. ηλεκτρολύτες για τη λήψη υδρογόνου και οξυγόνου με αποσύνθεση νερού. φορητές κυψέλες καυσίμου, ιδίως μεθανόλη. Ηλεκτρολυτές στερεών οξειδίων με ηλεκτρόδια με βάση το παλλάδιο. συσκευές για τη λήψη οξυγόνου από τον αέρα, μεταξύ άλλων για ιατρικούς σκοπούς· αισθητήρες για την ανάλυση σύνθετων μιγμάτων αερίων.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η χώρα μας ελέγχει περίπου το 50% της παγκόσμιας παραγωγής αυτού του μετάλλου που είναι απαραίτητο για την παραγωγή υδρογόνου. Επί του παρόντος, το Ινστιτούτο Προβλημάτων Χημικής Φυσικής της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών στην Chernogolovka εργάζεται για τη δημιουργία συσσωρευτών υδρογόνου με βάση τα υδρίδια μετάλλων.
Ιδιότητες ορισμένων υδριδίων
Πίνακας 10.3
