氢气可以和哪些金属直接反应呢？ 第1页

下面两张表^[1]分别给出了常见金属形成H化物的形成焓（表2.6，这里给出来的金属都能和H反应），以及金属中H的溶解焓（表2.1）。

当大量H进入金属，并以有序的形式排列，形成金属H化物。这一过程带来的能量变化就是H化物的形成焓。通常只有当形成焓<0时，H化物才能稳定存在。

溶解焓的定义类似，不同之处在于此时进入金属中的H数量比较少，只能以低浓度无序固溶体的形式存在，不会聚集形成有序的H化物（当然高/低浓度是相对的，不同金属/温度下H有序化的临界浓度是不一样的）。

简单来说，想要很容易形成H化物，需要满足3点：

1. H化物具有负的形成焓（否则H化物不稳定）
2. H具有较低的溶解焓（否则H很难进去）
3. H具有较快的扩散速度（否则H进去之后动不了，聚集不起来）

（H扩散的数据暂时没找到比较全的）

同时满足这三个条件的主要有：V, Nb, Ta, 和Pd。因此在表2.6中，这几个金属H化物的实验温度也基本上在常温附近。

而题中提到Mg和H可以反应，这一点根表2.6的数据吻合：MgH2的形成焓-0.39 eV/H，换句话说，Mg+H2->MgH2会降低体系能量，因此这个反应在能量上是可行的。

但是Mg并不满足上诉的第二点: Mg中少量H的溶解焓为+0.22 eV/H，因此Mg吸少量的H时（只能形成固溶体，不足以形成H化物），能量反而是升高的。换句话说，Mg+H2->MgH2这个反应虽然能量上可行，但中间需要跨过很高的能垒，因此需要高温/高压/催化等环境来辅助进行。

参考

1. ^ Fukai, Yuh. The metal-hydrogen system: basic bulk properties. Vol. 21. Springer Science & Business Media, 2006.