氢气可以和哪些金属直接反应呢？
咱们聊聊氢气这哥们儿，它呀，跟不少金属都能搭上话，不过这“搭话”的方式，得看金属本身的“性格”了。有些金属，跟氢气那是“一拍即合”，直接就反应了；有些呢，就得加点“润滑剂”，比如加热，或者加上点催化剂，才能勉强聊几句。还有些金属，那是“高冷”得很，除非是极端条件，否则根本不搭理氢气。
“一拍即合”的哥们儿——活性高的金属
你得知道，金属的活性高低，很大程度上决定了它和氢气是否能“速配”。越是活泼的金属，越容易和氢气发生反应。
碱金属（第一族元素）： 这帮哥们儿，比如锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs），可以说是氢气的“铁杆朋友”。它们本身就非常活泼，看到氢气，那简直是主动凑上去。反应的时候，那叫一个激烈！别说直接反应了，有时候连水都能把它们炸飞，更何况氢气。
例子： 你拿一小块钠丢进氢气里，它会立刻被点燃，发出耀眼的黄光，同时生成氢化钠（NaH）。这个反应很剧烈，放出大量的热。
化学方程式： `2Na + H₂ → 2NaH`
更活泼的，比如钾，反应会更猛烈。
碱土金属（第二族元素）： 这一族里，钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）也挺愿意跟氢气做朋友的。它们比碱金属稍微“收敛”一点，但依然是很活跃的。
例子： 加热的时候，钙粉和氢气可以反应生成氢化钙（CaH₂）。
化学方程式： `Ca + H₂ → CaH₂`
镁（Mg）也算，但相对来说，它和氢气的反应就没那么容易了，通常需要更高的温度。
“需要点条件”的朋友——活性中等的金属
这类金属，不像碱金属那样“热情似火”，它们跟氢气反应，通常需要点“助推器”，比如加热。
铝（Al）、锌（Zn）、锡（Sn）、铅（Pb）等，它们在常温下跟氢气“互不搭理”，但一旦温度升上来，它们就会表现出一定的活性。
例子： 加热到几百度，铝和氢气可以反应生成氢化铝（AlH₃）。
化学方程式： `2Al + 3H₂ → 2AlH₃` （这个反应条件比较苛刻，需要催化剂）
锌也能和氢气在高温下反应，生成氢化锌（ZnH₂）。
化学方程式： `Zn + H₂ → ZnH₂`
注意： 这些反应生成的氢化物，很多时候很不稳定，容易分解。
“高冷”的家伙——活性低的金属
对于那些“身价不菲”的金属，比如铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni），它们跟氢气的关系就有点复杂了。直接反应？那可不容易，除非是在非常高的温度和压力下，并且通常还需要催化剂的帮助。
铁（Fe）： 在高达几百摄氏度的温度下，铁粉和氢气可以有限地反应，生成氢化亚铁（FeH₂），但这个产物很不稳定，而且反应也不容易进行到底。更常见的情况是，在高温下，氢气可以还原一些铁的氧化物。
例如，在还原氧化铁的过程中，氢气会参与反应，但这不是金属铁直接与氢气反应。
钴（Co）和镍（Ni）： 它们的情况和铁有点相似，需要在高温下，并且常常需要催化剂（比如铂、钯），才能发生一定的反应，生成相应的氢化物。
例如，镍和氢气可以在高温下形成固溶体，或者生成氢化物。
“基本不搭理”的“贵族”——活性极低的金属
像铜（Cu）、银（Ag）、金（Au）、铂（Pt）这些金属，它们的活性非常低，几乎可以说是在常温常压下，不直接与氢气反应。即使加热，它们也只是在极端的条件下才会勉强有所反应，但通常我们认为它们不会直接生成稳定的氢化物。
记住： 即使它们不直接反应，氢气在某些情况下也可能作为还原剂，与这些金属的氧化物或盐发生反应，例如在高温下还原氧化铜。但这也不是金属本身直接与氢气反应。
总结一下：
最容易直接反应的： 碱金属（Li、Na、K等）和碱土金属（Ca、Sr、Ba等）。
需要加热才能反应的： 铝、锌、锡、铅等。
需要高温和催化剂才能有限反应的： 铁、钴、镍等。
基本不直接反应的： 铜、银、金、铂等。
所以，下次你看到氢气，可以想象一下，它和哪些金属会是“好哥们儿”，哪些又是“点头之交”，又有哪些是“老死不相往来”的。这背后，其实都是金属的活性在“作祟”。
“一拍即合”的哥们儿——活性高的金属
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例子： 你拿一小块钠丢进氢气里，它会立刻被点燃，发出耀眼的黄光，同时生成氢化钠（NaH）。这个反应很剧烈，放出大量的热。
化学方程式： `2Na + H₂ → 2NaH`
更活泼的，比如钾，反应会更猛烈。
碱土金属（第二族元素）： 这一族里，钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）也挺愿意跟氢气做朋友的。它们比碱金属稍微“收敛”一点，但依然是很活跃的。
例子： 加热的时候，钙粉和氢气可以反应生成氢化钙（CaH₂）。
化学方程式： `Ca + H₂ → CaH₂`
镁（Mg）也算，但相对来说，它和氢气的反应就没那么容易了，通常需要更高的温度。
“需要点条件”的朋友——活性中等的金属
这类金属，不像碱金属那样“热情似火”，它们跟氢气反应，通常需要点“助推器”，比如加热。
铝（Al）、锌（Zn）、锡（Sn）、铅（Pb）等，它们在常温下跟氢气“互不搭理”，但一旦温度升上来，它们就会表现出一定的活性。
例子： 加热到几百度，铝和氢气可以反应生成氢化铝（AlH₃）。
化学方程式： `2Al + 3H₂ → 2AlH₃` （这个反应条件比较苛刻，需要催化剂）
锌也能和氢气在高温下反应，生成氢化锌（ZnH₂）。
化学方程式： `Zn + H₂ → ZnH₂`
注意： 这些反应生成的氢化物，很多时候很不稳定，容易分解。
“高冷”的家伙——活性低的金属
对于那些“身价不菲”的金属，比如铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni），它们跟氢气的关系就有点复杂了。直接反应？那可不容易，除非是在非常高的温度和压力下，并且通常还需要催化剂的帮助。
铁（Fe）： 在高达几百摄氏度的温度下，铁粉和氢气可以有限地反应，生成氢化亚铁（FeH₂），但这个产物很不稳定，而且反应也不容易进行到底。更常见的情况是，在高温下，氢气可以还原一些铁的氧化物。
例如，在还原氧化铁的过程中，氢气会参与反应，但这不是金属铁直接与氢气反应。
钴（Co）和镍（Ni）： 它们的情况和铁有点相似，需要在高温下，并且常常需要催化剂（比如铂、钯），才能发生一定的反应，生成相应的氢化物。
例如，镍和氢气可以在高温下形成固溶体，或者生成氢化物。
“基本不搭理”的“贵族”——活性极低的金属
像铜（Cu）、银（Ag）、金（Au）、铂（Pt）这些金属，它们的活性非常低，几乎可以说是在常温常压下，不直接与氢气反应。即使加热，它们也只是在极端的条件下才会勉强有所反应，但通常我们认为它们不会直接生成稳定的氢化物。
记住： 即使它们不直接反应，氢气在某些情况下也可能作为还原剂，与这些金属的氧化物或盐发生反应，例如在高温下还原氧化铜。但这也不是金属本身直接与氢气反应。
总结一下：
最容易直接反应的： 碱金属（Li、Na、K等）和碱土金属（Ca、Sr、Ba等）。
需要加热才能反应的： 铝、锌、锡、铅等。
需要高温和催化剂才能有限反应的： 铁、钴、镍等。
基本不直接反应的： 铜、银、金、铂等。
所以，下次你看到氢气，可以想象一下，它和哪些金属会是“好哥们儿”，哪些又是“点头之交”，又有哪些是“老死不相往来”的。这背后，其实都是金属的活性在“作祟”。
网友意见
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：
- H化物具有负的形成焓（否则H化物不稳定）
- H具有较低的溶解焓（否则H很难进去）
- 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
- ^ Fukai, Yuh. The metal-hydrogen system: basic bulk properties. Vol. 21. Springer Science & Business Media, 2006.
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