鉄水素化物

鉄(I)水素化物（FeH）自由分子の空間充填モデル

鉄水素化物は、鉄と水素が何らかの形で結合した化学系です。 [ 1 ] [ 2 ]

宇宙において水素と鉄は普遍的に存在するため、水素と鉄の化合物の可能性が注目を集めています。極限環境（恒星大気など）や極低温下では、いくつかの分子化合物が検出されています。35,000標準気圧（3.5GPa）を超える圧力では、この2つの元素は金属合金を形成し、これが地球の「鉄」核の密度が低いことの理由として考えられています。[ 2 ] [ 3 ]しかし、これらの化合物は常温では不安定で、最終的には個々の元素に分解します。

鉄が溶融状態から凝固する際に、微量の水素（重量比で最大約0.08%）が鉄に吸収されます。[ 4 ] H2は単なる不純物ですが、その存在は材料の機械的特性に影響を及ぼす可能性があります。

二成分鉄水素化物の短命な性質にもかかわらず、鉄-水素結合（および他の元素）を含むかなり安定した錯体が数多く存在する。 [ 5 ] [ 6 ]

概要

固溶体

鉄および鉄基合金は水素と固溶体を形成することができ、極圧下では化学量論比に達し、高温でも安定を保ち、150K以下の温度では常圧下でしばらくは存続します。[ 7 ]

二元化合物

分子化合物

  • ヒドリド鉄（FeH）。この分子は太陽といくつかの赤色矮星の大気中で検出されています。鉄の沸点以上では気体として、または30K以下の凍結希ガス中では微量としてのみ安定しています（この場合、 FeH·H 2のように分子状水素と錯体を形成することがあります）。[ 8 ]
  • 二水素鉄（FeH2）。この化合物は、希薄気体中または30 K（-243 °C）以下の凍結気体中にのみ存在し、加温すると元素に分解する。[ 9 ] [ 10 ] Fe2H4二量体を形成したり、 FeH2 (H2 ) 2やFeH2 ( H2 ) 3などの分子状水素と錯体を形成することがある。[ 8 ] [ 11 ]
  • かつては三水素化鉄（ FeH3 ）であると考えられていたものが、後に分子状水素H2に結合したFeHであることが示されました。[ 11 ]

高分子ネットワーク化合物

  • 水素化鉄(I)。3.5GPaを超える圧力でも安定です
  • 水素化鉄(II)または水素化第一鉄。45～75GPaの圧力で安定する。
  • 水素化鉄(III)または水素化鉄(III)。65GPaを超える圧力でも安定である。
  • 五水素化鉄FeH 5は、原子価則から予想されるよりも多くの水素を含む多水素化物である。85 GPa以上の圧力下でも安定であり、FeH 3と原子状水素が交互にシート状に積層されている。[ 12 ]

鉄-水素錯体

鉄-水素結合を示す錯体には、例えば以下のものがあります

  • 鉄テトラカルボニルヒドリドFeH2 (CO) 4は、1931年に初めて合成された化合物である。[ 6 ]
  • FeH 2 (CO) 2 [P(OPh) 3 ] 2。
  • FeH 6 4−アニオンの塩、例えばマグネシウム鉄六水和物、Mg 2 FeH 6は、マグネシウムと鉄の粉末の混合物を高圧の H 2で処理することによって生成されます。
  • 二価鉄水素化物および多価鉄水素化物、例えば[HFe 2 (CO) 8 ] −およびクラスター[HFe 3 (CO) 11 ] −。

錯体は分子状水素（H2）リガンド

生物学的発生

メタン生成菌、古細菌、細菌、および一部の単細胞真核生物には、遊離水素を伴う代謝反応を触媒するヒドロゲナーゼ酵素が含まれており、その活性部位はFe-H結合を持つ鉄原子やその他の配位子です。[ 13 ]

参照

参考文献

  1. ^ Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann . doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8。
  2. ^ a b JV Badding、RJ Hemley、HK Mao (1991)、「金属中の水素の高圧化学：鉄水素化物のin situ研究」、 Science、アメリカ科学振興協会、第253巻、第5018号、421～424ページ、doi : 10.1126/science.253.5018.421
  3. ^ Saxena, Surendra K.; Liermann, Hanns-Peter; Shen, Guoyin (2004). 「高圧高温下における水素化鉄と高磁鉄鉱の形成」.地球惑星内部物理学. 146 ( 1–2 ): 313– 317. Bibcode : 2004PEPI..146..313S . doi : 10.1016/j.pepi.2003.07.030 .
  4. ^ AS Mikhaylushkin, NV Skorodumova, R. Ahuja, B. Johansson (2006), "Structural and magnetic properties of FeH x (x=0.25; 0.50;0.75)"アーカイブ2013年2月23日archive.today。In: Hydrogen in Matter: A Collection from the Papers Presented at the Second International Symposium on Hydrogen in Matter (ISOHIM) , AIP Conference Proceedings, volume 837, pages 161–167 doi : 10.1063/1.2213072
  5. ^ 中澤 宏、板崎 真澄「触媒におけるFe–H錯体」有機金属化学特集号 (2011) 33: 27–81. doi : 10.1007/978-3-642-14670-1_2
  6. ^ a bヒーバー、W.; F. ロイテルト (1931)。 「Zur Kenntnis des koordinativ gebundenen Kohlenoxyds: Bildung von Eyesencarbonylwasserstoff」。ナトゥールヴィッセンシャフテン。19 (17): 360–361。ビブコード: 1931NW....19....360H。土井：10.1007/BF01522286。S2CID 791569。 
  7. ^ Antonov, VE; Cornell, K.; Fedotov, VK; Ponyatovsky, AI; Kolesnikov EG; Shiryaev, VI; Wipf, H. (1998). 「dhcpおよびhcp鉄水素化物および重水素化物の中性子回折研究」(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). 「Fe, Ru, Os金属水素化物および二水素錯体の赤外スペクトルと理論計算」. 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)、「 FeH の識別2赤外分光法による気相中のラジカルの検出」。化学物理学ジャーナル第104巻（12号）4859ページ doi : 10.1063/1.471180
  10. ^ George V. Chertihin および Lester Andrews (1995)、「FeH、 FeHの赤外スペクトル」2、およびFeH3固体アルゴン中」Journal of Physical Chemistry第99巻 第32号 12131～12134ページdoi : 10.1021/j100032a013
  11. ^ a b Andrews, Lester (2004). 「遷移金属水素化物および二水素錯体のマトリックス赤外スペクトルと密度汎関数計算」.化学協会レビュー. 33 (2): 123– 132. doi : 10.1039/B210547K . PMID 14767507 . 
  12. ^ Pépin, CM; Geneste, G.; Dewaele, A.; Mezouar, M.; Loubeyre, P. (2017年7月27日). 「FeH5の合成：原子状水素スラブを有する層状構造」 . Science . 357 (6349): 382– 385. Bibcode : 2017Sci...357..382P . doi : 10.1126/science.aan0961 . PMID 28751605 . 
  13. ^ Fontecilla-Camps, JC; Amara, P.; Cavazza, C.; Nicolet, Y.; Volbeda, A. (2009). 「嫌気性ガス処理金属酵素の構造と機能の関係」. Nature . 460 (7257): 814– 822. Bibcode : 2009Natur.460..814F . doi : 10.1038/ nature08299 . PMID 19675641. S2CID 4421420 .  
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