第14章氢

第14章氢内容摘要：

明 氕 *(音撇 ) protium 1H H 稳定同位素 氘 (音刀 ) deuterium 2H D 稳定同位素 氚 (音川 ) tritium 3H T 放射性同位素 * 氕这个名称只在个别情况下使用，通常直接叫氢；氘有时又叫 “ 重氢 ” . H2 D2 H2O D2O 标准沸点 /℃ – – 平均键焓 / kJ•mol–1 (3) 制备 利用重水与水的差别，富集重水，再以任一种从水中制 H2 的方法从 D2O 中获得 D. 慢中子轰击锂产生 ： H31 HeHnLi 42311063  H2O 和 D2O 之间沸点的差异反映了 O H —O 氢键不如 O D —O氢键强 . 相同化学环境下 键焓高于键焓的现象在很大程度上是由零点能的差别引起的 .零点能低时键焓相对比较高 ， 零点能高时键焓相对比较低 . 氢同位素造成的性质差别大得足以找到某些实际应用 . 例如 ， 由于 D2O中D–O键的键焓相对比较高 ， 电解速率应当低于 ，其结果是在电解水而得到的残液中得以富集 . 我国首座重水堆核电站 — 泰山三核用上国产核燃料 势能 H–H 键焓 D–D 键焓 H2的零点能 D2的零点能 H2, D2分子的势能曲线 R 二元氢化合物在周期表中的分布 二元氢化合物的分类 氢的大多数二元化合物可归入下述三大类中的某一类： 似盐氢化物 ， 金属型氢化物 和 分子型氢化物 . 各类氢化物在周期表中的分布如下表所示 .但是这种分类的界限也不十分明确 .结构类型并非非此即彼 ， 而是表现出某种连续性 . 例如 ， 很难严格地铍和铝的氢化物归入 “ 似盐型 ” 或 “ 分子型 ” 的任一类 . 似盐型氢化物 (离子型氢化物 ) (1) 电正性高的 s 区金属似盐氢化物是非挥发性，不导电并具明确结构的晶形固体 . 例如 MH 均为 NaCl 型 . (2) H的半径在 126pm (LiH) 与 154pm(CsH) 之间，如此大的变化幅度说明原子核对核外电子的控制较松弛 . H 与 X 所带电荷相同，半径介于 F与 Cl间 . 因此才显示出 NaCl 型 . （ 3） H存在的重要化学证据：电解其与碱金属的熔融物，阳极放 H2： 2 H →H2 + 2e (4) 与水反应的实质是 H +H2O → OH + H2 此时 H 表现出强还原性、不稳定性和强碱性 . 利用这种性质可以 在实验室用来除去有机溶剂或惰性气体 (如 N2,Ar)中的微量水 . 但是 ， 溶剂中的大量水不能采用这种方法脱除 ， 因强放热反应会使产生的 H2 燃烧 . 金属型氢化物 第 3至第 5族所有 d 区金属和 f 区金属都形成金属型氢化物： (1) 大部分是用单质直接化合的方法制备，极纯的金属才可得到含氢最高的产物 . (2) 都有金属的电传导性和显有其他金属性质如磁性 . (3) 除 是非整比外，它们都有明确的物相 . (4) 过渡金属吸氢后往往发生晶格膨胀，产物的密度比母体金属的大 . (5) 成键理论 ● 氢以原子状态存在于金属晶格中 . ● 氢以 H+存在于氢化物中，氢将电子供入化合物的导带中 . ● 氢以 H形式存在，每个氢原子从导带取得 1个电子 . （ 6） 金属 Pt 具有催化作用，可以被解释为表面 Pt 原子形成 Pt–H 键 的 键 焓大得足以使键断开，却不足以补偿 Pt –Pt 金属键断裂所 需的能量 . (7) 可逆储氢材料 1体积 金属 Pd 可吸收 700 体积 H2， 减压或加热可使其分解： 钯的这一性质被用 于制备超纯氢：基于微 热时 ， PdH2 分解 ， 由于 压差和 H原子在金属 Pd。