Водород в железе и других металлах, страница 11

Атомы хрома и марганца обладают сложной электронной структурой и для них весьма характерны переменная валентность (2 - 6 для хрома и 2 - 7 для марганца) и легкость изменения валентных состояний. Как упоминалось выше, эндотермическая окклюзия водорода марганцем (правая ветвь) по абсолютному значению выше, чем для всех остальных металлов (никеля и др.), а экзотермическая (левая ветвь) — ниже, чем для всех остальных металлов (палладия, ванадия, циркония и других). В атоме более тяжелого элемента VI группы — вольфрама последовательность в заполнении электронных слоев не нарушается. Его окклюзионная способность по отношению к водороду в одинаковом температурном интервале, по-видимому, значительно, ниже, чем хрома и молибдена, что вполне соответствует его положению как элемента с большим зарядом и большим атомным весом. Оценить количественно растворимость водорода в вольфраме в пределах температур до 1500° С пока не удалось ввиду ее незначительности. Что касается последнего элемента группы — урана, то для него совершенно отчетливо установлена кривая эндотерми-ческой окклюзии с характерными скачками в точках аллотропических превращений и при температуре плавления. Таким образом, и для VI группы периодической системы сохраняется та же закономерность — уменьшение окклюзии водорода с увеличением атомного номера и атомного веса элемента.

На рис. 14 показана температурная зависимость окклюзии водорода металлами VIII группы. Характер кривых, кроме системы водород — палладий, вполне аналогичен и уменьшение окклюзии при переходе от никеля к платине также очевидно. Отличный от других систем характер взаимодействия водорода с палладием объясняется отличительными особенностями строения его электронных оболочек.

Проведенное сопоставление показывает, что окклюзия водорода металлами представляет собой процесс, строго подчиняющийся периодическому закону, и что степень окклюзии в пределах металлов одной группы периодической системы убывает по мере увеличения порядкового номера элемента. Отклонения могут и, по-видимому, должны быть только для радиоактивных элементов — урана, тория и др. Для всех остальных металлов исключений быть не может.

Диссоциация двухатомной молекулы водорода приводит к образованию двух электронейтральных атомов, однако лишь в течение совершенно незначительного промежутка времени, необходимого для их ионизации. Направление и степень ионизации атомов водорода определяются характером силового поля металлических атомов, которое в свою очередь зависит от атомной структуры данного металла и от внешних условий системы. В первом предельном случае при взаимодействии с металлом водород становится отрицательно заряженным ионом и образует химическое соединение с ионным типом связи, причем возникает новая решетка определенного химического соединения и полностью утрачиваются металлические свойства. Этот вид взаимодействия свойствен реакциям водорода с щелочными металлами: в результате процесса образуются ионные гидриды, в которых ион водорода имеет отрицательный заряд, а металл заряжен положительно. В другом, также предельном случае атом водорода ионизируется до протона, который входит в решетку металла, не нарушая ее. При этом тип и параметры кристаллической решетки не изменяются и металлический характер системы не утрачивается. Силовое поле металла обладает достаточной интенсивностью, поэтому протон водорода втягивается в электронные оболочки металлических атомов вплоть до самых глубоких уровней. Эндотермическая окклюзия водорода железом, никелем и другими металлами представляет собой именно этот, второй вид взаимодействия. Повышение температуры системы усиливает интенсивность силовых полей, что и приводит к повышению окклюзии водорода.