Hidruros elementales

Prácticamente todos los elementos de la tabla periódica forman compuestos con el hidrógeno. En general, se pueden clasificar como elementos que forman hidruros estables y los que no los forman. Algunos de los hidruros son iónicos, metálicos, intersticiales y algunos otros son moleculares covalentes. Las propiedades de cada compuesto formado pueden variar. En el caso de los hidruros covalentes del bloque principal, estos son en su mayoría muy estables, las propiedades varían desde el agua, necesaria para la vida a hidruros inestables, gaseosos y en muchos casos venenosos. Los hidruros de los metales alcalinos y alcalinotérreos in general son menos estables que los covalentes, pero suficientemente estables, lo que se traduce en altas temperaturas de deshidruración. Los hidruros de los metales de transición, lantánidos y actínidos presentan también una química variada.

Como casos extremos en los hidruros elementales estudiados en el área del almacenamiento de hidrógeno se encuentran el AlH3 y el MgH2. El AlH3 (alano), tiene un contenido de hidrógeno del 10.08 %peso y lo libera a temperaturas menores de 100°C, en principio compatible con las pilas de combustible. A partir de datos termodinámicos, se sabe que el AlH3 es un material metaestable; su estabilidad es debida a la capa de óxido de aluminio que normalmente se forma sobre las partículas de AlH3. Esta capa impide su descomposición a temperatura ambiente. Si esta capa se fractura por medio de la molienda mecánica, la descomposición del AlH3 comienza. Sin embargo, el AlH3 no es reversible, los cálculos termodinámicos y la confirmación experimental indican que se requiere una presión del orden de 25,000 atmósferas para una reacción directa entre el Al metálico y el H2 gaseoso para formar AlH3. Por su misma inestabilidad el AlH3 no es un producto comercialmente disponible, y cuando se requiere en el laboratorio se debe producir in-situ en solventes orgánicos en ausencia de oxígeno y humedad. Esta mezcla es altamente explosiva cuando entra en contacto de trazas de oxígeno y humedad.

Por su parte el MgH2 es un material reversible que ha sido ampliamente estudiado. El MgH2 tiene una capacidad de almacenamiento de hidrógeno del 7.6 % peso. Aunque la presión necesaria para la hidruración de Mg para formar MgH2 de forma directa no es muy alta (10-25 atm); se requiere el uso de catalizadores y un procesamiento adecuado para disminuir el tamaño de las partículas de Mg hasta los micrómetros o los nanómetros. La temperatura de hidruración se puede variar, dependiendo del procesamiento (50-350°C), por ejemplo por medio de la deformación plástica severa o la formación de nanopartículas.  Pero, la desventaja principal del MgH2 es la alta temperatura de deshidruración: 300-350°C. Esta temperatura es incompatible con las aplicaciones de automóviles a hidrógeno a pilas de combustible. Sin embargo, otras aplicaciones industriales o de almacenamiento de calor, pueden beneficiarse del uso de Mg como material almacenador de hidrógeno.

Otros hidruros metálicos son de interés limitado; por ejemplo el Pd puede formar hidruros intersticiales PdHn a temperatura ambiente y presiones bajas (1-10 atm). Este hidruro es reversible a temperatura ambiente. Sin embargo el Pd es un metal noble caro, por lo que el paladio/ hidruro de paladio solo se usa en sensores de hidrógeno muy específicos para ciertas industrias.

Por su parte, los hidruros de la serie de los lantánidos tienen varias aplicaciones. El hidruro de lantano puede almacenar hidrógeno de forma reversible, pero es muy caro y la cantidad de hidrógeno almacenada es limitada (~1.0-1.3 %peso). Los primeros hidruros de esa serie pueden tener aplicaciones en las baterías recargables de tipo NiMH. En ambas casos, la carga neta del La se disminuye formando aleaciones con otros metales. En la serie de los lantánidos (principalmente en últimos elementos) hay una aplicación que está emergiendo en los últimos 10 años: la superconductividad a altas temperaturas de materiales como LaH10 estabilizados a muy altas presiones.