Водород в железе и других металлах, страница 13

Все элементы II группы — Be, Mg, Ca, Sr, Ba образуют с водородом твердые гидриды белого цвета. MgH₂ и ВеН₂, вероятно, являются более ковалентными, чем гидрид лития, хотя более походят на него, чем на гидриды бора и алюминия. ВеН₂ и MgH₂, по-видимому, не являются ионными кристаллами, как LiH, а состоят из высокополимерных молекул гидрида, связанных мостиками водородной связи. Гидриды магния и бериллия термически менее устойчивы, чем гидрид лития, однако MgH₂ значительно более стоек, чем гидрид алюминия. По-видимому, гидрид бериллия более ковалентен, чем гидрид магния.

Гидриды кальция, стронция и бария представляют собой кристаллические вещества, обладающие, по-видимому, преимущественно ионным типом связи. Как и в гидридах щелочных металлов, в гидридах кальция, стронция и бария водород находится в виде отрицательно заряженного иона. Так же, как LiH, они могут быть получены прямым взаимодействием металла с водородом.

Гидриды цинка, кадмия и ртути, по имеющимся данным, также представляют собой твердые вещества, но значительно менее устойчивые термически, чем гидриды кальция, стронция и бария: ZnH₂ разлагается, хотя и очень медленно, уже при комнатной температуре; гидрид кадмия CdH₂ устойчив, по-видимому, при температуре ниже 78,5°С, а разложение гидрида ртути HgH начинается при -125° С и полностью заканчивается при -100°С.

При непосредственном взаимодействии водорода с лантаном, церием и некоторыми другими элементами первой подгруппы III группы были получены порошкообразные вещества темного цвета неопределенного состава, с высоким соотношением атомов водорода и металла, например LaH_2,76. Структура и природа связи водорода и металла в этих веществах не изучены. Существенной особенностью этих веществ является пониженная плотность.

Элементы главной подгруппы III группы периодической системы — бор, алюминий, галлий, индий и таллий отличаются в соответствии со своей атомной структурой большим разнообразием по характеру взаимодействия с водородом, чем типичные металлические элементы I и II групп. Особенности строения атома бора обусловливают менее металлический характер этого элемента. Поэтому бор, не вступая с водородом во взаимодействие прямым путем, образует целый ряд сложных, полимерных водородных соединений — боранов, получаемых непрямыми методами и разлагающихся при высоких температурах на бор и водород. Аналогичные соединения известны для алюминия — алуаны и галлия — галланы. По типу химической связи эти гидриды, по-видимому, ближе всего к соединениям с преобладающей кова-лентной связью, осложненной дополнительной водородной связью. Гидриды индия и галлия весьма неустойчивы, летучи и могут быть получены при прямом взаимодействии атомарного водорода с парами этих металлов.

Элементы подгруппы титана IV группы — титан, цирконий, гафний и торий при взаимодействии с водородом не образуют химических соединений точного стехиометрического состава. Однако существование некоторой связи промежуточного типа между атомами водорода и металла в данном случае, по-видимому, не исключено. Возможно, что водород в состоянии возбуждения или частичной ионизации занимает промежуточные положения между атомами металла, но возможно также, что атомы водорода образуют «водородные мостики» между атомами металла, как в гидриде урана. Конечными продуктами взаимодействия водорода с титаном, цирконием и торием являются продукты неопределенного состава, но преимущественно твердые, неметаллического характера, отличающиеся по внешнему виду от исходных металлов.

Если при химическом взаимодействии элементов I и II групп с водородом наблюдается определенная закономерность в изменении свойств образующихся гидридов, например постепенное уменьшение степени устойчивости гидридов по направлению от лития до цезия, то присутствие в подгруппе титана радиоактивного тория приводит к тому, что аналогичные закономерности уже не наблюдаются. При комнатных температурах титан и торий значительно активнее взаимодействуют с водородом, чем цирконий, который начинает интенсивно окклюдировать водород лишь при температуре выше 300° С. Степень устойчивости продуктов взаимодействия элементов подгруппы титана с водородом оказывается наибольшей у циркония, соединения же тория с водородом легко диссоциируют при сравнительно невысоких температурах.