ГИДРИД ЛИТИЯ: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПОЛУЧЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ. - ХИМИЯ - 2026

Гидрид лития представляет собой кристаллический неорганическое твердое вещество , имеющее химическую формулу LiH. Это самая легкая неорганическая соль, ее молекулярная масса всего 8 г / моль. Он образован объединением иона лития Li ⁺ и иона гидрида H ^- . Оба связаны ионной связью.

LiH имеет высокую температуру плавления. Легко реагирует с водой, в результате реакции образуется газообразный водород. Его можно получить реакцией между расплавленным металлическим литием и газообразным водородом. Он широко используется в химических реакциях для получения других гидридов.

Гидрид лития, LiH. Машиночитаемый автор не предоставлен. Предполагается, что JTiago (на основании заявлений об авторских правах). , Источник: Wikimedia Commons.

LiH использовался для защиты от опасного излучения, такого как излучение ядерных реакторов, то есть от излучения АЛЬФА, БЕТА, ГАММА, протонов, рентгеновских лучей и нейтронов.

Он также был предложен для защиты материалов в космических ракетах с ядерными тепловыми двигателями. Проводятся исследования даже для защиты человека от космического излучения во время будущих путешествий на планету Марс.

Структура

В гидриде лития водород имеет отрицательный заряд H ^- , так как он вычитает электрон из металла, который находится в форме иона Li ⁺ .

Электронная конфигурация катиона Li ⁺ : 1s ^2, что очень стабильно. А электронная структура гидрид-аниона H ^- 1s ² , что тоже очень стабильно.

Катион и анион соединены электростатическими силами.

Кристалл гидрида лития имеет ту же структуру, что и хлорид натрия NaCl, то есть кубическую кристаллическую структуру.

Кубическая кристаллическая структура гидрида лития. Автор: Benjah-bmm27. Источник: Wikimedia Commons.

Номенклатура

- Гидрид лития

- LiH

свойства

Физическое состояние

Белое или бесцветное кристаллическое твердое вещество. Коммерческий LiH может иметь сине-серый цвет из-за присутствия небольшого количества металлического лития.

Молекулярный вес

8 г / моль

Температура плавления

688 ºC

Точка кипения

Разлагается при 850 ºC.

температура самовоспламенения

200 ºC

плотность

0,78 г / см ³

Растворимость

Реагирует с водой. Не растворяется в эфирах и углеводородах.

Другие свойства

Гидрид лития намного более устойчив, чем гидриды других щелочных металлов, и его можно плавить без разложения.

На него не действует кислород, если он нагревается до температуры ниже красного. Он также не подвержен влиянию хлора Cl ₂ и соляной кислоты HCl.

Контакт LiH с теплом и влажностью вызывает экзотермическую реакцию (выделяет тепло) и выделение водорода H ₂ и гидроксида лития LiOH.

Он может образовывать мелкую пыль, которая может взорваться при контакте с пламенем, теплом или окисляющими материалами. Он не должен контактировать с закисью азота или жидким кислородом, так как может взорваться или воспламениться.

Он темнеет на свету.

получение

Гидрид лития был получен в лаборатории реакцией между расплавленным металлическим литием и газообразным водородом при температуре 973 K (700 ºC).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Хорошие результаты получаются, когда открытая поверхность расплавленного лития увеличивается и когда время осаждения LiH уменьшается. Это экзотермическая реакция.

Использовать как защитный экран от опасного излучения

LiH обладает рядом характеристик, которые делают его привлекательным для использования в качестве защиты человека в ядерных реакторах и космических системах. Вот некоторые из этих характеристик:

- Он имеет высокое содержание водорода (12,68% по весу H) и большое количество атомов водорода в единице объема (5,85 x 10 ²² атомов H / см ³ ).

- Его высокая температура плавления позволяет использовать его в условиях высоких температур без плавления.

- Он имеет низкое давление диссоциации (~ 20 торр при температуре плавления), что позволяет плавить и замораживать материал без разложения при низком давлении водорода.

- Имеет небольшую плотность, что делает его привлекательным для использования в космических системах.

- Однако его недостатками являются низкая теплопроводность и плохие механические свойства. Но это не уменьшило его применимости.

- Детали из LiH, которые служат в качестве экранов, изготавливаются путем горячего или холодного прессования, а также путем плавления и заливки в формы. Хотя последняя форма предпочтительнее.

- При комнатной температуре детали защищены от воды и водяного пара, а при высоких температурах - небольшим избыточным давлением водорода в герметичной емкости.

- В ядерных реакторах

В ядерных реакторах бывает два типа излучения:

Прямое ионизирующее излучение

Это высокоэнергетические частицы, несущие электрический заряд, такие как альфа (α) и бета (β) частицы и протоны. Этот тип излучения очень сильно взаимодействует с материалами экранов, вызывая ионизацию за счет взаимодействия с электронами атомов материалов, через которые они проходят.

Непрямое ионизирующее излучение

Это нейтроны, гамма-лучи (γ) и рентгеновские лучи, которые проникают и требуют серьезной защиты, поскольку они включают в себя испускание вторичных заряженных частиц, которые и вызывают ионизацию.

Символ, предупреждающий об опасности опасного излучения. МАГАТЭ и ИСО. Источник: Wikimedia Commons.

Согласно некоторым источникам, LiH эффективен для защиты материалов и людей от этих типов излучения.

- В космических системах ядерных тепловых двигателей

LiH недавно был выбран в качестве потенциальной защиты от ядерного излучения и замедлителя для ядерных тепловых двигательных систем космических кораблей очень дальнего плавания.

Художник изображает космический корабль с ядерной установкой, движущийся по орбите Марса. НАСА / SAIC / Пэт Роулингс. Источник: Wikimedia Commons.

Его низкая плотность и высокое содержание водорода позволяет эффективно уменьшить массу и объем ядерного реактора.

- В защите от космического излучения

Воздействие космической радиации представляет собой наиболее значительный риск для здоровья человека в будущих межпланетных исследовательских миссиях.

В глубоком космосе космонавты будут подвергаться воздействию полного спектра галактических космических лучей (ионы высокой энергии) и событий выброса солнечных частиц (протонов).

Опасность радиационного облучения усугубляется продолжительностью миссий. Кроме того, необходимо учитывать защиту мест, в которых будут обитать исследователи.

Моделирование будущей среды обитания на планете Марс. NASA. Источник: Wikimedia Commons.

В этом ключе исследование, проведенное в 2018 году, показало, что среди протестированных материалов LiH обеспечивает наибольшее снижение радиации на грамм на см ² , таким образом, являясь одним из лучших кандидатов для использования в защите от космического излучения. Однако эти исследования необходимо углубить.

Использование в качестве средства безопасного хранения и транспортировки водорода.

Получение энергии из H ₂ - это то, что изучается в течение нескольких десятков лет и уже нашло применение для замены ископаемого топлива в транспортных средствах.

H ₂ может использоваться в топливных элементах и ​​способствовать сокращению производства CO ₂ и NO _x , что позволяет избежать парникового эффекта и загрязнения. Однако еще предстоит найти эффективную систему для безопасного хранения и транспортировки H ₂ , легкую, компактную или небольшую по размеру, которая бы быстро накапливала его и так же быстро высвобождала H ₂ .

Гидрид лития LiH является одним из гидридов щелочных металлов, который имеет самую высокую емкость для хранения H ₂ (12,7% от веса H). Высвобождает H ₂ при гидролизе по следующей реакции:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH поставляет 0,254 кг водорода на каждый кг LiH. Кроме того, он имеет большую емкость хранения на единицу объема, что означает, что он легкий и является компактным носителем для хранения H ₂ .

Мотоцикл, топливом которого является водород, хранящийся в форме гидрида металла, такого как LiH. Министерство энергетики США по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии (EERE). Источник: Wikimedia Commons.

Кроме того, LiH образуется легче, чем гидриды других щелочных металлов, и он химически стабилен при температуре и давлении окружающей среды. LiH можно транспортировать от производителя или поставщика к пользователю. Затем при гидролизе LiH образуется H _2, который безопасно используется.

Образовавшийся гидроксид лития LiOH можно вернуть поставщику, который регенерирует литий электролизом, а затем снова производит LiH.

LiH также был успешно изучен для использования вместе с борированным гидразином для той же цели.

Использование в химических реакциях

LiH позволяет синтезировать сложные гидриды.

Он служит, например, для получения триэтилборгидрида лития, который является мощным нуклеофилом в реакциях замещения органических галогенидов.

Ссылки

1. Сато, Ю., Такеда, О. (2013). Система хранения и транспортировки водорода через гидрид лития с использованием технологии расплавленной соли. В химии расплавленных солей. Глава 22, страницы 451-470. Восстановлено с sciencedirect.com.
2. Национальная медицинская библиотека США. (2019). Литий гидрид. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Ван, Л. и др. (2019). Исследование влияния ядерно-теплового эффекта гидрида лития на реактивность ядерного реактора со слоем частиц. Анналы ядерной энергетики 128 (2019) 24-32. Восстановлено с sciencedirect.com.
4. Коттон, Ф. Альберт и Уилкинсон, Джеффри. (1980). Продвинутая неорганическая химия. Четвертое издание. Джон Вили и сыновья.
5. Giraudo, M. et al. (2018). Испытания на ускорителях эффективности защиты различных материалов и многослойных материалов с использованием легких и тяжелых ионов высоких энергий. Radiation Research 190; 526-537 (2018). Восстановлено с ncbi.nlm.nih.gov.
6. Уэлч, FH (1974). Гидрид лития: материал, защищающий космическую эру. Nuclear Engineering and Design 26, 3, февраль 1974 г., стр. 444-460. Восстановлено с sciencedirect.com.
7. Симнад, MT (2001). Ядерные реакторы: защитные материалы. В энциклопедии материалов: наука и техника (второе издание). Страницы 6377-6384. Восстановлено с sciencedirect.com.
8. Hügle, T. et al. (2009). Гидразинборан: многообещающий материал для хранения водорода. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Восстановлено с pubs.acs.org.