Kas ir hidrīds?

Daži no izplatītākajiem tradicionālajiem metālu hidrīdiem ir nātrija, kalcija un niķeļa metāli. Šīs vielas attiecīgi iedala sārmu, sārmzemju un pārejas metālu hidrīdos. Sārmu vai sārmzemju metālu hidrīdam ķīmiskā saite visbiežāk ir kovalentā, jonu un jauktā jonu šķirne. Niķeļa hidrīds, ko izmanto transportlīdzekļu akumulatoru ražošanā, veidojas, apvienojot elementus zem augsta spiediena. Šim metāla hidrīdam ir cita veida ķīmiskā saite, kas, domājams, ir būtiska ūdeņraža uzglabāšanas procesā.

Niķeļa hidrīds zināmā mērā atgādina sava pārejas metāla pallādija hidrīdu. Šie divi elementi savienojas ar ūdeņradi, izmantojot dažādas metāliskas saites, ko sauc par “intersticiālo saiti”. Šāda veida savienojumos starp lielākiem atomiem ir ievietoti mazāki atomi – šajā gadījumā ūdeņradis. Neprasot stingrus apstākļus, kas nepieciešami niķelim, palādija hidrīds veidojas istabas temperatūrā un atmosfēras spiedienā, ūdeņradi uzglabājot līdz pat 900 reizēm vairāk par savu tilpumu. Lai gan pallādijs ir pārmērīgi dārgs, teorētiski to varētu izmantot, un tas būtu drošāks un efektīvāks ūdeņraža transportēšanas līdzeklis transportlīdzekļos nekā spiediena gāzes tvertnes.

Palādija atomi ir gandrīz 5.5 reizes lielāki nekā ūdeņraža atomi. Niķeļa atomi ir 4.6 reizes lielāki par ūdeņradi. Tas ir salīdzināms ar attiecību 2.1 reizi attiecībā uz dzelzi un oglekli, kas intersticiāli savienojas, veidojot oglekļa tēraudu. Neatkarīgi no tā, kāda ir atomu izmēru attiecības attiecība pret difūzās ievietošanas vieglumu, šī korelācija saitē ar oglekļa tērauda saiti norāda, ka gan niķeļa, gan pallādija hidrīdi ir sava veida sakausējumi.

Lai hidrīdus uzskatītu par nopietniem izmantošanas pretendentiem, ir jārisina daži izaicinājumi — vienu piemēru var redzēt degvielas uzglabāšanā. Pirmkārt, kad ūdeņraža gāze tiek izkliedēta metālā, tā ātri izveido pretspiedienu, kas palēnina tālāku difūziju. Primārā metāla dopings ar citu metāla elementu var mazināt šo tendenci. Vēl viena problēma ir tā, ka ar katru atkārtotu ciklu hidrīda metāla substrāts izplešas un saraujas. Substrāta gabali var sadalīties mazākās daļiņās, veidojot smalkas daļiņas, kas kļūst par grūtību avotu, ja vien tās netiek filtrētas. Visbeidzot, hidrīdiem ir jāpārspēj pretendenti, kas, iespējams, ietver sašķidrinātu ūdeņradi un šķidrus bora-ūdeņraža kompleksus.