Водород в железе и других металлах, страница 10

Можно предполагать, что из металлов этих двух групп подгруппа лития, по-видимому, должна обладать наибольшей растворимостью, а подгруппа цинка — наименьшей. Для лития, натрия и калия данные о растворимости водорода пока еще не получены вследствие высокой химической активности этих металлов; что касается цинка, кадмия и ртути, то, как установлено в настоящее время, эти металлы обладают наименьшей окклюзионной способностью по отношению к водороду.

Окклюзия водорода металлами III группы периодической системы исследована лишь для самого легкого элемента подгруппы бора — алюминия и самых тяжелых металлов подгруппы скандия — лантана и церия. Алюминий по характеру взаимодействия с водородом весьма близок бериллию и магнию и отличается от них лишь еще меньшей окклюзионной способностью (см. рис. 9). Даже при температурах плавления (в жидком состоянии) растворимость водорода в алюминии составляет всего 0,69 см³/100 г. Иными словами, переход от II группы к III, так же как от I ко II группе периодической системы, по-видимому, сопровождается уменьшением окклюзии водорода. Вместе с тем в III группе периодической системы намечается изменение характера взаимодействия: окклюзия водорода тяжелыми металлами, лантаном и церием аналогична уже не алюминию и металлам I и II групп, а металлам IV группы периодической системы.

На рис. 10 показана температурная зависимость окклюзионной способности металлов IV группы. Эти системы исследованы значительно подробнее и для них понижение окклюзии водорода с увеличением атомного номера и атомной массы вполне очевидно и закономерно.

Отличительной особенностью взаимодействия металлов этой группы с водородом являются наиболее высокие по абсолютной величине значения окклюзии водорода и сложный характер взаимодействия, при котором постепенно увеличивающаяся с повышением температуры эндотермическая абсорбция совмещается в одном и том же температурном интервале с растворением, а для наиболее тяжелых элементов группы, возможно, и с химическим взаимодействием. Указанные особенности объясняются, с одной стороны, металличностью этих элементов, расположенных в левой стороне больших периодов, а с другой стороны — тем обстоятельством, что все эти элементы (Ti, Zr, Нf, Тh) имеют одинаковую, равную четырем положительную и отрицательную валентности.

Для элементов второй подгруппы IV группы периодической системы (кремния, германия, олова и свинца) характерен значительно более неметаллический характер при том же соотношении положительной и отрицательной валентностей. Поэтому, очевидно, окклюзия водорода ими количественно выражена значительно слабее. Однако окклюзионная способность более легких металлов этой подгруппы также, по-видимому, выше, чем более тяжелых,— олова и особенно свинца. Растворимость водорода в олове весьма невелика и становится ощутимой лишь после пере хода металла в жидкое состояние (см. рис. 10). Металлический германий в твердом состоянии при температуре кристаллизации окклюдирует ~ 18 см³водорода на 100 г.

На рис. 11 приведены данные об окклюзии водорода металлами V группы периодической системы — ванадием, ниобием и танталом. Ход кривой температурной зависимости сорбции водорода вполне аналогичен для всех трех систем и так же, как в металлах IV группы, эндотермическая окклюзия совмещается с другим процессом. Понижение окклюзионной способности элемента с увеличением атомного номера (или атомного веса) также вполне очевидно.

На рис. 12 и 13 показаны температурные кривые окклюзии водорода металлами VI и VII групп периодической системы. Как видно из графиков, для систем водород — хром, водород — марганец и водород — молибден в исследованной области температур наблюдается наличие экстремумов: кривые для хрома и марганца проходят через минимум при температурах ~ 200 и ~ 500°С соответственно, а кривая для молибдена имеет максимум при ~ 800°С.