Untersuchung des Löslichkeitsverhaltens von Wasserstoff in Vanadin, Niob und Tantal mit einem elektrochemischen Verfahren

Abstract

Durch Anwendung der UHV‐Technik  Ausheizen von Metallproben und anschließendes beidseitiges Bedampfen mit einem Pd‐Schutzfilm im UHV  lassen sich Hemmungen des Wasserstoffdurchtritts auch bei unedlen Metallen wie V, Nb oder Ta weitgehend beseitigen, so daß Gleichgewichtsmessungen bei normalen Temperaturen mit einem neu entwickelten elektrochemischen Verfahren möglich sind. Es konnten auf diese Weise p‐n‐Gleichgewichtsisothermen von sehr kleinen Wasserstoff‐Konzentrationen  entsprechend extrem niedrigen Gleichgewichtsdrücken  bis zu Wasserstoff‐Gehalten von etwa MeH_0,5 gemessen werden. Für die Standard‐Lösungsenthalpie und die Standard‐Lösungsentropie von Wasserstoff ergaben sich für die drei Metalle annähernd übereinstimmende Werte: Unter Berücksichtigung der Elektronenanteile sowie der Schwingungs‐ und Gitterverzerrungsanteile zur partiellen molaren Entropie des im Metall gelösten Wasserstoffs wird aus dem Verlauf der Konfigurationsentropie mit dem Atomzahlverhältnis H/Me die Zahl der pro Metallatom besetzbaren Zwischengitterplätze diskutiert. Applying ultra‐high‐vacuum techniques surface hindrances of base metals like V, Nb and Ta can be eliminated by outgassing the foils at high temperatures and subsequently protecting the clean samples against the formation of new oxide layers with a vapor deposited thin film of Pd on both sides. Samples prepared in that manner are suitable for equilibrium measurements at normal temperatures applying a new developed electrochemical method. p‐n‐equilibrium isotherms were measured in the concentration range from very small hydrogen concentrations corresponding to extremly small equilibrium pressures up to hydrogen atom to metal atom ratios of 0.5. The standard partial molar enthalpy ΔH⁰ and entropy ΔS⁰ of solution (ideal dilute solution) correspond fairly well for the three metals investigated (V, Nb and Ta): Considering the partial molar entropy of hydrogen in the metal as the sum of an electronic, a vibrational, a lattice dilation, and a configurational term the number of available sites per metal atom for hydrogen will be discussed according to the course of the configurational entropy with the hydrogen concentration.