Hydrid železa - Iron hydride

Model vyplňování prostoru volné molekuly železa (I) hydridu (FeH).

An hydrid železa je chemický systém, který obsahuje žehlička a vodík v nějaké přidružené formě.[1][2]

Kvůli společnému výskytu těchto dvou elementy ve vesmíru přitahovaly pozornost možné sloučeniny vodíku a železa. Několik molekulárních sloučenin bylo detekováno v extrémních prostředích (např hvězdné atmosféry ) nebo detekovány v malém množství při velmi nízkých teplotách. Tyto dva prvky tvoří kov slitina nad 35 000 atmosfér tlaku, který byl vyvinut jako možné vysvětlení nízké hustoty Zemské „železné“ jádro.[2][3] Tyto sloučeniny jsou však nestabilní, pokud jsou uvedeny do okolních podmínek, a nakonec se rozloží na samostatné prvky.

Malé množství vodíku (až asi 0,08% hmotnostních) se absorbuje do železa, když ztuhne z roztaveného stavu.[4] Ačkoli H2 je prostě nečistota, její přítomnost může ovlivnit mechanické vlastnosti materiálu.

Navzdory prchavé povaze binárních hydridů železa existuje mnoho docela stabilních komplexy obsahující vazby železo-vodík (a další prvky).[5][6]

Přehled

Pevné řešení

Může se tvořit železo a slitiny na bázi železa pevné roztoky s vodíkem, které za extrémního tlaku mohou dosáhnout stechiometrických rozměrů, zůstávají stabilní i při vysokých teplotách a je hlášeno, že nějakou dobu přežívají při okolním tlaku, při teplotách pod 150 K.[7]

Binární sloučeniny

Molekulární sloučeniny

  • Hydridoiron (FeH). Tato molekula byla detekována v atmosféře slunce a nějaký červený trpaslík hvězdy. Je stabilní pouze jako plyn, nad teplotou varu železa nebo jako stopa ve zmrazeném stavu vzácné plyny pod 30 K. (kde může tvořit komplexy s molekulárním vodíkem, jako je FeH ·H
    2    ).[8]
  • Dihydridoiron (FeH
    2    ). Tato sloučenina byla získána pouze ve velmi zředěných plynech nebo zachycena ve zmrazených plynech pod 30 K., a rozkládá se na prvky při oteplování.[9][10] Může tvořit dimer Fe
    2    H
    4     a komplexy s molekulárním vodíkem, jako je FeH2(H2)2 a FeH2(H2)3.[8][11]
  • Kdysi se věřilo, že je to trihydridoiron (FeH
    3    ) se později ukázalo, že je FeH vázán na molekulární vodík H2.[11]

Polymerní síťové sloučeniny

  • Hydrid železitý. Je stabilní při tlacích přesahujících 3,5 GPa.
  • Hydrid železitý nebo hydrid železnatý. Je stabilní při tlacích mezi 45 a 75 GPa.
  • Hydrid železitý nebo železitý. Je stabilní při tlacích přesahujících 65 GPa.
  • Pentahydrid železa FeH5 je polyhydrid, kde je více vodíku, než předpokládali valenční pravidla. Je stabilní při tlaku nad 85 Gpa. Obsahuje střídavé listy FeH3 a atomový vodík.[12]

Komplexy železo-vodík

Komplexy zobrazující vazby železo-vodík zahrnují například:

  • tetrakarbonylhydrid železitý FeH2(CO)4, první taková sloučenina, která má být syntetizována (1931).[6]
  • FeH2(CO)2[P (OPh)3]2.
  • Soli FeH2−
    6     anion, jako je hexahydrid hořečnatého železa, MgFeH
    6    , vyráběný zpracováním směsí hořčíku a železa s vysokými tlaky H2.
  • Di- a polyironhydridy, např. [HFe2(CO)8]− a shluk [HFe3(CO)11]−.

Komplexy jsou také známé s molekulárním vodíkem (H
2) ligandy.

Biologický výskyt

Methanogeny, archaea, bakterie a některé jednobuněčný eukaryoty obsahovat hydrogenáza enzymy, které katalyzovat metabolické reakce zahrnující volný vodík, jehož aktivním místem je atom železa s vazbami Fe – H a další ligandy.[13]

Viz také

Reference

  1. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemie prvků (2. vyd.). Butterworth-Heinemann. ISBN  978-0-08-037941-8.
  2. ^ A b J.V.Badding, R.J. Hemley a H.K. Mao (1991), „Vysokotlaká chemie vodíku v kovech: in situ studie hydridu železa.“ Věda, American Association for the Advancement of Science, svazek 253, číslo 5018, strany 421–424 doi:10.1126 / science.253.5018.421
  3. ^ Saxena, Surendra K .; Liermann, Hanns-Peter; Shen, Guoyin (2004). "Tvorba hydridu železa a vysoce magnetitů při vysokém tlaku a teplotě". Fyzika Země a planetární interiéry. 146 (1–2): 313–317. Bibcode:2004PEPI..146..313S. doi:10.1016 / j.pepi.2003.07.030.
  4. ^ A. S. Mikhaylushkin, N. V. Skorodumova, R. Ahuja, B. Johansson (2006), "Strukturální a magnetické vlastnosti FeHX (x = 0,25; 0,50; 0,75) " Archivováno 23. února 2013 v Archiv. Dnes. V: Vodík ve hmotě: sbírka z referátů prezentovaných na druhém mezinárodním sympoziu o vodíku ve hmotě (ISOHIM), Sborník z konference AIP, ročník 837, strany 161–167 doi:10.1063/1.2213072
  5. ^ Hiroshi Nakazawa, Masumi Itazaki „Fe – H komplexy v katalýze“ Témata v organokovové chemii (2011) 33: 27–81.doi:10.1007/978-3-642-14670-1_2
  6. ^ A b Hieber, W .; F. Leutert (1931). „Zur Kenntnis des koordinativ gebundenen Kohlenoxyds: Bildung von Eisencarbonylwasserstoff“. Naturwissenschaften. 19 (17): 360–361. Bibcode:1931NW ..... 19..360H. doi:10.1007 / BF01522286.
  7. ^ Antonov, V. E .; Cornell, K .; Fedotov, V.K .; Ponyatovsky, A. I. Kolesnikov E.G .; Shiryaev, V.I .; Wipf, H. (1998). „Neutronové difrakční vyšetření hydridů a deuteridů dhcp a hcp železa“ (PDF). Journal of Alloys and Compounds. 264 (1–2): 214–222. doi:10.1016 / S0925-8388 (97) 00298-3.
  8. ^ A b Wang, Xuefeng; Andrews, Lester (2009). „Infračervená spektra a teoretické výpočty pro hydridy kovů a dihydrogenové komplexy Fe, Ru a Os“. The Journal of Physical Chemistry A. 113 (3): 551–563. Bibcode:2009JPCA..113..551W. doi:10.1021 / jp806845h. PMID  19099441.
  9. ^ Helga Körsgen, Petra Mürtz, Klaus Lipus, Wolfgang Urban, Jonathan P. Towle, John M. Brown (1996), „Identifikace FeH
    2     radikál v plynné fázi infračervenou spektroskopií ". The Journal of Chemical Physics svazek 104 (12) strana 4859 doi:10.1063/1.471180
  10. ^ George V. Chertihin a Lester Andrews (1995), „Infračervené spektrum FeH, FeH
    2    , a FeH
    3     v pevném argonu " Journal of Physical Chemistry svazek 99, číslo 32, strany 12131–12134 doi:10.1021 / j100032a013
  11. ^ A b Andrews, Lester (2004). "Maticová infračervená spektra a funkční výpočty hustoty hydridů přechodných kovů a komplexů dihydrogenů". Recenze chemické společnosti. 33 (2): 123–132. doi:10.1039 / B210547K. PMID  14767507.
  12. ^ Pépin, C. M .; Geneste, G .; Dewaele, A .; Mezouar, M .; Loubeyre, P. (27. července 2017). „Syntéza FeH5: vrstvená struktura s atomovými vodíkovými deskami“. Věda. 357 (6349): 382–385. Bibcode:2017Sci ... 357..382P. doi:10.1126 / science.aan0961. PMID  28751605.
  13. ^ Fontecilla-Camps, J. C .; Amara, P .; Cavazza, C .; Nicolet, Y .; Volbeda, A. (2009). "Vztahy mezi strukturou a funkcí anaerobních metaloenzymů při zpracování plynu". Příroda. 460 (7257): 814–822. Bibcode:2009 Natur.460..814F. doi:10.1038 / nature08299. PMID  19675641.