ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГИДРИРОВАНИЯ МАГНИТНЫХ СПЛАВОВ
Теоретические основы процесса гидрирования РЗМ
Общая характеристика и классификация гидридов
Процесс гидрирования индивидуальных редкоземельных металлов и магнитных сплавов Nd-Fe-B достаточно хорошо известен, однако, закономерности гидрирования сплавов РЗМ-переходный металл практически не представлены в литературе. Данный раздел посвящен обзору закономер-ностей гидрирования металлических РЗМ и сплавов на их основе.
Гидриды представляют собой соединения водорода с любым другим элементом периодической системы Д.И.Менделеева. Они классифицируются на:
1) ковалентные (или летучие) гидриды;
2) ионные (или солеобразные) гидриды;
3) металлические гидриды.
Несмотря на наличие такой классификации, ни один гидрид не относится всецело к одному классу. Тем не менее, понимание каждого типа связи в отдельности полезно для описания связи Э-Н в целом. Далее рассмотрим каждый из представленных типов подробнее.
Ковалентные гидриды
Ковалентные гидриды могут существовать во всех трех агрегатных состояниях вещества. Причем твердое состояние представлено в большинстве случаев полимерами. Свойства этих гидридов во многом схожи. Связь Н-Э не полярна. Межмолекулярное взаимодействие по определению ковалентной связи мало. Поэтому для этих соединений характерна сравнительно низкая летучесть и невысокая температура кипения, термическая неустойчивость и большая экзотермичность при их горении. Многие из них - токсичны. Типичными ковалентными гидридами можно назвать гидриды Al, Sn и Ge.
|
|
|
Ионные (или солеобразные) гидриды
Такие гидриды характерны для щелочных и щелочноземельных металлов. Связь в ионных гидридах возникает, благодаря электро-статическому взаимодействию между противоположно заряженными ионами. Молекулы таких гидридов сильно полярны, значит, взаимодействие между молекулами значительно отличается от такого же взаимодействия в случае с ковалентными гидридами. Ионные гидриды – это кристаллические вещества с высокими теплотами образования и температурами плавления, в расплавленном состоянии это - электропроводные вещества. Плотность ионных гидридов на (45-75)% выше и на (20-25)% выше плотности соответствующих щелочных и щелочноземельных металлов (исключение составляют гидриды бериллия и магния). Такое отличие обусловлено сильным взаимодействием между ионами металла и водорода, а в случае гидридов щелочных металлов – более плотной упаковкой атомов при превращении объёмноцентрированной кубической решетки металла в гранецентрированную решётку гидрида. Гидриды щелочных металлов изоструктурны хлориду натрия, а гидриды щелочноземельных имеют орторомбическую структуру, напоминающую структуру галоидных соединений бария.
|
|
|
Металлические гидриды
Такие гидриды образуют переходные металлы. Металлические гидриды обладают некоторыми металлическими свойствами, такими как:
- высокая теплопроводность;
- высокая электропроводность;
- твёрдость;
- блеск;
- удовлетворительные механические свойства.
Но, несмотря на все их сходства, они отличаются от металлов тем, что металлические гидриды более хрупкие в сравнении с собственно металлами.
Металлические гидриды иногда рассматривают как раствор водорода в металле, поскольку большинство таких гидридов имеют широкий интервал гомогенности. Однако структура гидридов заметно отличается от структуры металлов. Так, если Ce, Ni, Ac и Pd, например хотя и не меняют тип структуры при гидрировании, однако параметры их решёток скачкообразно увеличиваются. В этих случаях образование соединений Э-Н подтверждается постоянством равновесного давления при изменении содержания водорода в определенном интервале составов при постоянной температуре.
Теоретические основы образования химической связи в гидридах
|
|
|
На данный момент существуют три теории образования химической связи в гидридах[133,138]:
Первая теория (зонная теория) предполагает, что гидрид это - сплав водорода с металлом (в металловедческом смысле). Согласно этой теории, электроны водорода занимают d-уровень переходного металла. Это объясняет факт нахождения водорода в гидриде в основном в виде протонов. Зонная теория объясняет высокую проводимость и другие проявления металлических свойств гидридов переходных металлов, а также объясняет их поведение в магнитном поле. Однако в некоторых случаях зависимость электронной проводимости от состава не соответствует представлениям о чисто металлической связи.
Вторая теория предполагает преобладание ковалентной связи в гидриде. Эта теория подтверждает некоторые данные о межъядерных расстояниях и структурные соображения.
Третья теория по своей сути противоположна первой. Согласно ей водород находится в виде аниона, образованного отрывом электрона от металла, причем возникает частично ионная связь. В пользу этой теории говорят данные о расстояниях между атомами металла и водорода, которые согласуются с известными ионными радиусами элементов, магнитных свойств гидридов РЗЭ, а также высокой хрупкости и теплоты образования металлических гидридов.
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 266; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!