Гидрид железа
Гидрид железа — это химическая система, содержащая железо и водород в некоторой связанной форме. [ 1 ] [ 2 ]
Из-за распространенности этих двух элементов во Вселенной внимание привлекли возможные соединения водорода и железа. Несколько молекулярных соединений были обнаружены в экстремальных условиях (например, в звездных атмосферах ) или в небольших количествах при очень низких температурах. Эти два элемента образуют металлический сплав с давлением выше 35 000 стандартных атмосфер (3,5 ГПа), что рассматривается как возможное объяснение низкой плотности «железного» ядра Земли . [ 2 ] [ 3 ] Однако эти соединения нестабильны в условиях окружающей среды и со временем разлагаются на отдельные элементы.
Небольшие количества водорода (до примерно 0,08% по массе) абсорбируются железом по мере его затвердевания из расплавленного состояния. [ 4 ] Хотя H 2 является просто примесью, его присутствие может повлиять на механические свойства материала.
Несмотря на недолговечность бинарных гидридов железа, существует множество достаточно устойчивых комплексов, содержащих связи железо-водород (и другие элементы). [ 5 ] [ 6 ]
Обзор
[ редактировать ]Твердые решения
[ редактировать ]Железо и сплавы на его основе могут образовывать с водородом твердые растворы , которые под экстремальным давлением могут достигать стехиометрических пропорций, оставаясь стабильными даже при высоких температурах и некоторое время выживая под давлением окружающей среды, при температурах ниже 150К. [ 7 ]
Бинарные соединения
[ редактировать ]Молекулярные соединения
[ редактировать ]- Гидридожелезо (FeH). Эта молекула была обнаружена в атмосфере Солнца и некоторых красных карликов . Он стабилен только в виде газа выше температуры кипения железа или в виде следов в замороженных благородных газах при температуре ниже 30 К (где он может образовывать комплексы с молекулярным водородом, такие как FeH·H 2 ). [ 8 ]
- Дигидридожелезо ( FeH 2 ). Это соединение было получено только в разреженных газах или в замороженных газах при температуре ниже 30 К (-243 ° C), разлагающихся на элементы при нагревании. [ 9 ] [ 10 ] Он может образовывать димер Fe 2 H 4 и комплексы с молекулярным водородом, такие как FeH 2 (H 2 ) 2 и FeH 2 (H 2 ) 3 . [ 8 ] [ 11 ]
- То, что когда-то считалось тригидридожелезом ( Позже было показано, что FeH 3 ) представляет собой FeH, связанный с молекулярным водородом. Н 2 . [ 11 ]
Полимерные сетчатые соединения
[ редактировать ]- Гидрид железа(I) . Он стабилен при давлениях более 3,5 ГПа.
- Гидрид железа(II) или гидрид железа(II). Он стабилен при давлениях от 45 до 75 ГПа.
- Гидрид железа(III) или гидрид железа. Он стабилен при давлениях более 65 ГПа.
- Пентагидрид железа FeH 5 представляет собой полигидрид , в котором водорода больше, чем положено по правилам валентности. Он стабилен при давлении более 85 ГПа. Он содержит чередующиеся листы FeH 3 и атомарного водорода. [ 12 ]
Железо-водородные комплексы
[ редактировать ]К комплексам, имеющим связи железо-водород, относятся, например:
- тетракарбонилгидрид железа FeH 2 (CO) 4 , первое такое соединение, которое было синтезировано (1931 г.). [ 6 ]
- FeH 2 (CO) 2 [P(OPh) 3 ] 2 .
- Соли FeH 6 4− анион, такой как гексагидрид магния и железа , Mg 2 FeH 6 , получаемый обработкой смесей порошков магния и железа высоким давлением H 2 .
- Ди- и полижелезогидриды, например [HFe 2 (CO 8 ) − и кластер [HFe 3 (CO) 11 ] − .
Известны также комплексы с молекулярным водородом ( H
2 ) лиганды.
Биологическое явление
[ редактировать ]Метаногены , археи , бактерии и некоторые одноклеточные эукариоты содержат гидрогеназы ферменты , катализирующие метаболические реакции с участием свободного водорода, активным центром которого является атом железа со связями Fe–H, а также другие лиганды . [ 13 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
- ^ Перейти обратно: а б Дж. В. Бэддинг, Р. Дж. Хемли и Х. К. Мао (1991), «Химия водорода в металлах под высоким давлением: исследование гидрида железа in situ». Наука , Американская ассоциация содействия развитию науки, том 253, выпуск 5018, страницы 421–424. дои : 10.1126/science.253.5018.421
- ^ Саксена, Сурендра К.; Лиерманн, Ханнс-Петер; Шен, Гоинь (2004). «Образование гидрида железа и высокомагнетита при высоком давлении и температуре». Физика Земли и недр планет . 146 (1–2): 313–317. Бибкод : 2004PEPI..146..313S . дои : 10.1016/j.pepi.2003.07.030 .
- ^ А. С. Михайлушкин, Н. В. Скородумова, Р. Ахуджа, Б. Йоханссон (2006), «Структурные и магнитные свойства FeH x (x = 0,25; 0,50; 0,75)». Архивировано 23 февраля 2013 г. на archive.today . В: Водород в веществе: Сборник статей, представленных на Втором международном симпозиуме по водороду в веществе (ISOHIM) , Материалы конференции AIP, том 837, страницы 161–167. дои : 10.1063/1.2213072
- ^ Хироши Наказава, Масуми Итадзаки «Комплексы Fe – H в катализе» Темы металлоорганической химии (2011) 33: 27–81. дои : 10.1007/978-3-642-14670-1_2
- ^ Перейти обратно: а б Хибер, В.; Ф. Лейтерт (1931). «Знание о координационно связанном оксиде углерода: образование карбонильного водорода железа». естественные науки . 19 (17): 360–361. Бибкод : 1931NW.....19..360H . дои : 10.1007/BF01522286 . S2CID 791569 .
- ^ Антонов В.Е.; Корнелл, К.; Федотов В.К.; Понятовский, А.И., Колесников Е.Г.; Ширяев В.И.; Випф, Х. (1998). «Нейтронографическое исследование гидридов и дейтеридов железа ДГПУ и ГПУ» (PDF) . Журнал сплавов и соединений . 264 (1–2): 214–222. дои : 10.1016/S0925-8388(97)00298-3 .
- ^ Перейти обратно: а б Ван, Сюэфэн; Эндрюс, Лестер (2009). «Инфракрасные спектры и теоретические расчеты гидридов металлов и дигидрогенных комплексов Fe, Ru и Os». Журнал физической химии А. 113 (3): 551–563. Бибкод : 2009JPCA..113..551W . дои : 10.1021/jp806845h . ПМИД 19099441 .
- ^
Хельга Кёрсген, Петра Мюрц, Клаус Липус, Вольфганг Урбан, Джонатан П. Таул, Джон М. Браун (1996), «Идентификация FeH
2- радикал в газовой фазе методом инфракрасной спектроскопии». Журнал химической физики, том 104 (12), страница 4859. дои : 10.1063/1.471180 - ^ Джордж В. Чертихин и Лестер Эндрюс (1995), «Инфракрасные спектры FeH, FeH
2 и FeH
3 в твердом аргоне» Журнал физической химии , том 99, выпуск 32, страницы 12131–12134. два : 10.1021/j100032a013 - ^ Перейти обратно: а б Эндрюс, Лестер (2004). «Матричные инфракрасные спектры и расчеты функционала плотности гидридов переходных металлов и диводородных комплексов». Обзоры химического общества . 33 (2): 123–132. дои : 10.1039/B210547K . ПМИД 14767507 .
- ^ Пепен, CM; Женесте, Г.; Деваэле, А.; Мезуар, М.; Лубейр, П. (27 июля 2017 г.). «Синтез FeH5: слоистая структура с пластинами атомарного водорода» . Наука . 357 (6349): 382–385. Бибкод : 2017Sci...357..382P . дои : 10.1126/science.aan0961 . ПМИД 28751605 .
- ^ Фонтесилья-Кампс, JC; Амара, П.; Кавацца, К.; Николет, Ю.; Волбеда, А. (2009). «Структурно-функциональные взаимосвязи анаэробных газоперерабатывающих металлоферментов». Природа . 460 (7257): 814–822. Бибкод : 2009Natur.460..814F . дои : 10.1038/nature08299 . ПМИД 19675641 . S2CID 4421420 .
Если внутренняя ссылка привела вас сюда по ошибке, вы можете изменить ссылку, чтобы она указывала непосредственно на нужную статью.