ГІДРИД ЛІТІЮ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ОДЕРЖАННЯ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Гідрид літію являє собою кристалічний неорганічне тверда речовина , що має хімічну формулу LiH. Це найлегша неорганічна сіль, її молекулярна маса становить лише 8 г / моль. Він утворюється об'єднанням іона літію Li ⁺ та гідридного іона H ^- . Обидва пов'язані іонним зв’язком.

LiH має високу температуру плавлення. Легко реагує з водою та газом водню утворюється в реакції. Її можна отримати реакцією між розплавленим літієвим металом та газом водню. Він широко використовується в хімічних реакціях для отримання інших гідридів.

Гідрид літію, LiH. Не надано машиночитаного автора. JTiago припускав (на основі претензій щодо авторських прав). . Джерело: Wikimedia Commons.

LiH застосовувався для захисту від небезпечних випромінювань, таких як ядерні реактори, тобто ALPHA, BETA, GAMMA випромінювання, протони, рентгенівські промені та нейтрони.

Також було запропоновано захист матеріалів у космічних ракетах, що працюють на ядерному тепловому рушії. Навіть проводяться дослідження, щоб використовувати їх як захист людини від космічного випромінювання під час майбутніх подорожей на планету Марс.

Будова

У гідриді літію водень має негативний заряд Н ^- , оскільки він відніс з металу електрон, який знаходиться у формі іона Li ⁺ .

Електронна конфігурація катіона Li ⁺ : 1s ^2, що є дуже стійким. А електронна структура гідридного аніона Н ^- це: 1s ² , що також дуже стабільно.

Катіон та аніон з'єднуються електростатичними силами.

Кристал гідриду літію має таку ж структуру, що і хлорид натрію NaCl, тобто кубічну кристалічну структуру.

Кубічна кристалічна структура гідриду літію. Автор: Бенджа-bmm27. Джерело: Wikimedia Commons.

Номенклатура

- Гідрид літію

- LiH

Властивості

Фізичний стан

Біле або безбарвне кристалічне тверде речовина. Комерційний LiH може бути синьо-сірим через наявність невеликої кількості металу літію.

Молекулярна маса

8 г / моль

Точка плавлення

688 ºC

Точка кипіння

Він розкладається при 850 ° C.

Температура автозапуску

200 ºC

Щільність

0,78 г / см ³

Розчинність

Реагує з водою. Він нерозчинний в ефірах та вуглеводнях.

Інші властивості

Гідрид літію набагато стійкіший, ніж гідриди інших лужних металів, і його можна плавити без розкладання.

На нього не впливає кисень, якщо він нагрівається до температури нижче червоного. Він також не впливає на хлор Cl ₂ та соляну кислоту HCl.

Контакт LiH з теплотою та вологістю викликає екзотермічну реакцію (генерує тепло) та виділення водню H ₂ та літій гідроксиду LiOH.

Він може утворювати дрібний пил, який може вибухнути при контакті з полум’ям, теплом або окислювальними матеріалами. Він не повинен контактувати з оксидом азоту або рідким киснем, оскільки він може вибухнути або запалитися.

Він темніє при впливі світла.

Отримання

Гідрид літію був отриманий в лабораторії шляхом реакції між розплавленим металом літію та газом водню при температурі 973 К (700 ° С).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Хороші результати отримують при збільшенні оголеної поверхні розплавленого літію та зменшенні часу осідання LiH. Це екзотермічна реакція.

Використовувати як захисний щит від небезпечного випромінювання

LiH має ряд характеристик, які роблять привабливим використання в якості захисту для людини в ядерних реакторах та космічних системах. Ось деякі з цих характеристик:

- Він має високий вміст водню (12,68% від маси Н) та велику кількість атомів водню на одиницю об'єму (5,85 х 10 ²² атомів Н / см ³ ).

- Висока температура плавлення дозволяє використовувати його у високотемпературних умовах без плавлення.

- Він має низький тиск дисоціації (~ 20 торр в точці плавлення), що дозволяє плавити та заморожувати матеріал без руйнування під низьким тиском водню.

- Він має низьку щільність, що робить його привабливим для використання в космічних системах.

- Однак його недоліками є низька теплопровідність і погані механічні властивості. Але це не зменшило його застосовності.

- Запчастини LiH, які служать щитами, виготовляються гарячим чи холодним пресуванням, плавленням та розливанням у форми. Хоча ця остання форма є кращою.

- При кімнатній температурі деталі захищаються від води та водяної пари, а при високих температурах - малим надлишковим тиском водню в герметичній ємності.

- У ядерних реакторах

У ядерних реакторах є два типи випромінювання:

Безпосередньо іонізуюче випромінювання

Це високоенергетичні частинки, що несуть електричний заряд, такі як альфа (α) і бета (β) частинки і протони. Цей тип випромінювання дуже сильно взаємодіє з матеріалами щитів, викликаючи іонізацію, взаємодіючи з електронами атомів матеріалів, через які вони проходять.

Непряме іонізуюче випромінювання

Це нейтрони, гамма-промені (γ) та рентгенівські промені, які проникають і потребують масового захисту, оскільки передбачають випромінювання вторинних заряджених частинок, що є причиною іонізації.

Символ попереджає про небезпеку небезпечного випромінювання. МАГАТЕ та ISO. Джерело: Wikimedia Commons.

За деякими джерелами, LiH ефективний у захисті матеріалів і людей від цих видів випромінювання.

- у космічних системах ядерного теплового двигуна

Нещодавно LiH був обраний як потенційний захист від ядерного випромінювання та модератор для ядерних теплових двигунів космічних апаратів дуже довгого плавання.

Відображення художником космічного апарату на ядерному двигуні на орбіті на Марсі. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Джерело: Wikimedia Commons.

Його низька щільність і високий вміст водню дає змогу ефективно зменшити масу і об'єм реактора, що працює на ядерній енергії.

- У захисті від космічного випромінювання

Опромінення космічним випромінюванням є найважливішим ризиком для здоров’я людини в майбутніх місіях міжпланетної розвідки.

У глибокому космосі космонавти будуть опромінені повним спектром галактичних космічних променів (іони високої енергії) та подіями викидання сонячних частинок (протони).

Небезпека опромінення ускладнюється тривалістю відрядження. Крім того, слід також враховувати охорону місць, які заселять дослідники.

Моделювання майбутнього середовища проживання на планеті Марс. НАСА. Джерело: Wikimedia Commons.

У такому порядку ідей дослідження, проведене в 2018 році, показало, що серед перевірених матеріалів LiH забезпечує найбільше зменшення випромінювання на грам на см ² , таким чином, є одним з найкращих кандидатів, які використовуються для захисту від космічного випромінювання. Однак ці дослідження необхідно поглибити.

Використання як засіб безпечного зберігання та транспортування водню

Отримання енергії з Н ₂ - це те, що вивчалося протягом кількох десятків років і вже знайшло застосування для заміни викопного палива в транспортних засобах.

Н ₂ можна використовувати в паливних елементах і сприяти зменшенню виробництва CO ₂ і NO _x , тим самим уникаючи парникового ефекту та забруднення. Однак ефективної системи зберігання та транспортування H ₂ безпечно, легкої, компактної або невеликої за розмірами, яка швидко зберігає її та випускає H ₂ так само швидко, поки що не знайдено.

Гідрид літію LiH - один з лужних гідридів, який має найбільшу ємність для зберігання H ₂ (12,7% від маси Н). Вивільняє H ₂ гідролізом відповідно до наступної реакції:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH постачає 0,254 кг водню на кожен кг LiH. Крім того, він має високу ємність зберігання на одиницю об'єму, а це означає, що він легкий і є компактним середовищем для зберігання H ₂ .

Мотоцикл, паливом якого є водень, зберігається у вигляді гідриду металу, такого як LiH. США роблять енергоефективність та відновлювані джерела енергії (EERE). Джерело: Wikimedia Commons.

Крім того, LiH утворюється легше, ніж інші гідриди лужних металів, і є хімічно стійким при температурі навколишнього середовища та тиску. LiH може транспортуватися від виробника або постачальника до користувача. Потім гідролізом LiH утворюється H ₂ і це безпечно використовується.

Утворений LiOH гідроксид літію може бути повернутий постачальнику, який відновлює літій шляхом електролізу, а потім знову виробляє LiH.

LiH також було успішно вивчено, щоб його застосовували спільно з бораним гідразином для тих же цілей.

Використання в хімічних реакціях

LiH дозволяє синтезувати складні гідриди.

Він служить, наприклад, для отримання триетилборогідриду літію, який є потужним нуклеофілом в реакціях витіснення органічного галогеніду.

Список літератури

1. Сато, Ю. та Такеда, О. (2013). Система зберігання та транспортування водню за допомогою гідриду літію з використанням технології розплавленої солі. У хімії розплавлених солей. Глава 22, стор. 451-470. Відновлено з sciencedirect.com.
2. Національна медична бібліотека США. (2019). Гідрид літію. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Ван, Л. та ін. (2019). Дослідження впливу термоядерного впливу гідриду літію на реакційну здатність реактора ядерного рухомого шару. Анали ядерної енергетики 128 (2019) 24-32. Відновлено з sciencedirect.com.
4. Коттон, Ф. Альберт і Вілкінсон, Джеффрі. (1980). Розширена неорганічна хімія. Четверте видання. Джон Вілі та сини.
5. Гіраудо, М. та ін. (2018). Випробування на основі прискорювачів екрануючої ефективності різних матеріалів та багатошарових матеріалів з використанням високоенергетичного світла та важких іонів. Радіаційні дослідження 190; 526-537 (2018). Відновлено з ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Гідрид літію: матеріал, що захищає космічну епоху. Ядерна інженерія та проектування 26, 3, лютий 1974 р., Стор. 444-460. Відновлено з sciencedirect.com.
7. Сімнад, МТ (2001). Ядерні реактори: екрануючі матеріали. В «Енциклопедія матеріалів: наука і техніка» (друге видання). Сторінки 6377-6384. Відновлено з sciencedirect.com.
8. Hügle, T. та ін. (2009). Гідразиновий боран: перспективний матеріал для зберігання водню. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Відновлено з pubs.acs.org.