Metallhydrid

Metallhydrid ist eine Bezeichnung für Verbindungen von Metallen mit Wasserstoff.

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Metallhydride ähneln Lösungen von Wasserstoff in Metall oder Legierungen. Dabei werden Wasserstoff-Moleküle auf der Oberfläche des Metalls zunächst adsorbiert und dann als elementarer Wasserstoff in das Metallgitter eingebaut. Dadurch entsteht ein recht sprödes Metallhydrid, das aber luft- und wasserunempfindlich ist. Unterschiedliche Metalle können Wasserstoff unterschiedlich gut aufnehmen, sodass die Aufnahmefähigkeit pro Kubikzentimeter Metall von 20 bis 600 Kubikzentimeter gasförmigen Wasserstoff schwankt. In Metallhydrid kann bei gleichem Volumen mehr Wasserstoff gespeichert werden als Wasserstoff in flüssiger Form einnimmt. Technisch verwendet werden Metallhydride hauptsächlich in Metallhydridspeichern für Wasserstoff. Man findet sie aber auch in Metallen, die länger Wasserstoff ausgesetzt waren, da sie sich dort ungewollt bilden.

Die Bildung von Metallhydriden in Metallen beim Kontakt mit Wasserstoff kann auch zur Wasserstoffversprödung führen.

Die Oxidationszahl des Wasserstoffs ist in einem Metallhydrid -I statt wie im Normalfall + I.

Im Allgemeinen nehmen Metalle das Wasserstoffgas bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck auf (es bilden sich die entsprechenden Metallhydride) und setzen es wieder frei, wenn die Temperatur leicht erhöht oder der Druck verringert wird.

Es gibt Legierungen (wie z.B. LaMg₂Ni), die zwar elektrische Leiter sind, aber zum Isolator werden, sobald sie mit Wasserstoff vollgesogen sind (dann: LaMg₂NiH₇). Aufgrund dieser beiden Eigenschaften könnten solche Legierungen der Entwicklung von empfindlichen Wasserstoffdetektoren dienen.

Der Mechanismus der Aufnahme von Wasserstoff war lange Zeit unbekannt, da bei den bisher bekannten Metallhydriden die Aufnahme des Wasserstoffs die Kristallstruktur veränderte und so Modellierungen und theoretische Berechnungen unmöglich machte. Die LaMg₂Ni-Legierung hat jedoch eine streng geordnete Kristallstruktur, die auch nach der Wasserstoff-Aufnahme erhalten bleibt. Dadurch konnte festgestellt werden, dass die Wasserstoffatome über die regulären Zwischenräume in das Metallgitter eindringen und sich jeweils eines der in der Legierung frei beweglichen Elektronen aneignen. Auf diese Weise können sich die Wasserstoffatome chemisch mit den Nickelatomen verbinden: Es entstehen isolierende NiH₄-Moleküle. Die Konzentration des aufgenommenen Wasserstoffs hängt streng von der Anzahl der freien Elektronen der Legierung ab.

Eine Anwendung von Metallhydrid ist beispielsweise der Nickel-Metallhydrid-Akku.