LITHIUMHYDRID: STRUKTUR, EGENSKABER, OPNÅELSE, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den lithiumhydrid er et krystallinsk uorganisk faststof med den kemiske formel LiH. Det er det letteste uorganiske salt, dets molekylvægt er kun 8 g / mol. Det dannes ved foreningen af ​​en lithiumion Li ⁺ og en hydridion H ^-. Begge er forbundet med en ionisk binding.

LiH har et højt smeltepunkt. Reagerer let med vand og brintgas produceres i reaktionen. Det kan opnås ved reaktionen mellem smeltet lithiummetal og hydrogengas. Det er vidt brugt i kemiske reaktioner til opnåelse af andre hydrider.

Lithiumhydrid, LiH. Ingen maskine-læselig forfatter leveret. JTiago antog (baseret på ophavsretskrav).. Kilde: Wikimedia Commons.

LiH er blevet brugt til at beskytte mod farlig stråling som dem, der findes i atomreaktorer, det vil sige ALPHA, BETA, GAMMA-stråling, protoner, røntgenstråler og neutroner.

Det er også blevet foreslået til beskyttelse af materialer i rumraketter drevet af nuklear termisk fremdrift. Undersøgelser gennemføres endda for at blive brugt som beskyttelse af mennesket mod kosmisk stråling under fremtidige rejser til planeten Mars.

Struktur

I lithiumhydrid har brint en negativ ladning H ^- da det har trukket et elektron fra metallet, der er i form af Li ⁺ ion.

Li ⁺ -kationens elektronkonfiguration er: 1s ^2, som er meget stabil. Og den elektroniske struktur af hydridanionen H ^- er: 1s ², som også er meget stabil.

Kationen og anionen er forbundet med elektrostatiske kræfter.

Lithiumhydridkrystallen har den samme struktur som natriumchlorid NaCl, det vil sige en kubisk krystalstruktur.

Kubisk krystalstruktur af lithiumhydrid. Forfatter: Benjah-bmm27. Kilde: Wikimedia Commons.

nomenklatur

- Lithiumhydrid

- LiH

Ejendomme

Fysisk tilstand

Hvidt eller farveløst krystallinsk fast stof. Kommerciel LiH kan være blågrå på grund af tilstedeværelsen af ​​små mængder lithiummetal.

Molekylær vægt

8 g / mol

Smeltepunkt

688 ºC

Kogepunkt

Det nedbrydes ved 850 ºC.

Selvantændelsestemperatur

200 ºC

Massefylde

0,78 g / cm ³

Opløselighed

Reagerer med vand. Det er uopløseligt i ethere og kulbrinter.

Andre egenskaber

Lithiumhydrid er meget mere stabilt end hydrider i de andre alkalimetaller og kan smeltes uden nedbrydning.

Det påvirkes ikke af ilt, hvis det opvarmes til temperaturer under rødt. Det er også upåvirket af chlor Cl ₂ og saltsyre HCI.

Kontakten mellem LiH med varme og fugtighed forårsager en eksoterm reaktion (frembringer varme) og udvikling af hydrogen H ₂ og lithiumhydroxid LiOH.

Det kan danne et fint støv, der kan eksplodere i kontakt med flammer, varme eller oxiderende materialer. Det bør ikke komme i kontakt med nitrogenoxid eller flydende ilt, da det kan eksplodere eller antænde.

Det mørkner, når det udsættes for lys.

Indhentning

Lithiumhydrid er opnået i laboratoriet ved reaktionen mellem smeltet lithiummetal og brintgas ved en temperatur på 973 K (700 ºC).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Gode ​​resultater opnås, når den udsatte overflade af det smeltede lithium øges, og når LiHs sedimenteringstid reduceres. Det er en eksoterm reaktion.

Brug som et beskyttelsesværn mod farlig stråling

LiH har en række egenskaber, der gør den attraktiv til brug som beskyttelse for mennesker i atomreaktorer og rumsystemer. Her er nogle af disse egenskaber:

- Det har et højt brintindhold (12,68 vægt% H) og et højt antal hydrogenatomer pr. Volumenhed (5,85 x 10 ²² H atomer / cm ³).

- Dets høje smeltepunkt gør det muligt at bruge det i omgivelser med høj temperatur uden smeltning.

- Det har et lavt dissociationstryk (~ 20 torr ved sit smeltepunkt), som gør det muligt at smelte og fryse materialet uden at nedbrydes under lavt brinttryk.

- Det har en lav densitet, hvilket gør det attraktivt at blive brugt i rumsystemer.

- Imidlertid er dens ulemper den lave varmeledningsevne og de dårlige mekaniske egenskaber. Men dette har ikke mindsket anvendeligheden heraf.

- LiH-delene, der fungerer som afskærmninger, fremstilles ved varm eller kold presning og ved smeltning og hældning i forme. Selvom denne sidste form foretrækkes.

- Ved stuetemperatur er delene beskyttet mod vand og vanddamp og ved høje temperaturer med et lille overtryk af brint i en forseglet beholder.

- I atomreaktorer

I atomreaktorer er der to typer stråling:

Direkte ioniserende stråling

De er meget energiske partikler, der bærer elektrisk ladning, såsom alfa (α) og beta (β) partikler og protoner. Denne type stråling interagerer meget stærkt med materialerne i skjoldene, hvilket forårsager ionisering ved at interagere med elektronerne i atomerne i de materialer, de gennemgår, gennem.

Indirekte ioniserende stråling

Det er neutroner, gammastråler (γ) og røntgenstråler, der trænger igennem og kræver massiv beskyttelse, da de involverer emission af sekundære ladede partikler, hvilket er hvad der forårsager ionisering.

Symbol for at advare om faren for farlig stråling. IAEA & ISO. Kilde: Wikimedia Commons.

Ifølge nogle kilder er LiH effektiv til at beskytte materialer og mennesker mod disse typer stråling.

- I rumsystemer med nuklear termisk fremdrift

LiH er for nylig blevet valgt som en potentiel nuklear stråling afskærmning og moderator for meget langdækket rumfartøj nukleare termiske fremdrivningssystemer.

En kunstners gengivelse af et atomdrevet rumkøretøj, der kredser rundt om Mars. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Kilde: Wikimedia Commons.

Dens lave densitet og høje brintindhold gør det muligt effektivt at reducere massen og volumen på den nukleare drevne reaktor.

- I beskyttelse mod kosmisk stråling

Eksponering for rumstråling er den mest betydningsfulde risiko for menneskers sundhed i fremtidige interplanetære efterforskningsopgaver.

I dybe rum vil astronauter blive udsat for det fulde spektrum af galaktiske kosmiske stråler (ioner med høj energi) og udsendelse af solpartikler (protoner).

Faren for eksponering for stråling forværres af missionernes længde. Derudover skal beskyttelsen af ​​de steder, som opdagelsesrejsende vil bo i, også overvejes.

Simulering af fremtidens habitat på planeten Mars. NASA. Kilde: Wikimedia Commons.

I denne rækkefølge af ideer indikerede en undersøgelse, der blev udført i 2018, at blandt de testede materialer LiH giver den største reduktion i stråling pr. Gram pr. Cm ², hvilket således er en af ​​de bedste kandidater, der skal bruges til beskyttelse mod kosmisk stråling. Imidlertid skal disse undersøgelser uddybes.

Brug som et middel til sikker opbevaring og transport af brint

At få energi fra H ₂ er noget, der er blevet undersøgt i flere dusin år og har allerede fundet anvendelse til at erstatte fossile brændstoffer i transportkøretøjer.

H ₂ kan anvendes i brændselsceller og bidrager til reduktion af produktionen af CO ₂ og NO _x, således at man undgår drivhuseffekten og forurening. Men et effektivt system til at lagre og transportere H, ₂ sikkert, med lav vægt, kompakt eller lille størrelse, der gemmer det hurtigt og frigiver H ₂ lige så hurtigt, er endnu ikke blevet fundet.

Lithiumhydrid LiH er en af de alkalihydrider der har kapacitet til H højeste opbevaring ₂ (12,7 vægt-% af H). Udgivelser H ₂ ved hydrolyse efter følgende reaktion:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH leverer 0,254 kg brint til hver kg LiH. Derudover har den en høj lagerkapacitet pr. Volumen, hvilket betyder, at den er let og er et kompakt medium til H _2- opbevaring.

Motorcykel, hvis brændstof er brint, opbevaret i form af et metalhydrid såsom LiH. US DOE Energieffektivitet og vedvarende energi (EERE). Kilde: Wikimedia Commons.

Derudover danner LiH lettere end andre alkalimetalhydrider og er kemisk stabil ved omgivelsestemperaturer og -tryk. LiH kan transporteres fra producenten eller leverandøren til brugeren. Derefter ved hydrolyse af LiH, H ₂ genereres og dette bruges sikkert.

Det dannede lithiumhydroxid LiOH kan returneres til leverandøren, der regenererer lithiumet ved elektrolyse og derefter producerer LiH igen.

LiH er også med succes undersøgt for at blive brugt sammen med boreret hydrazin til samme formål.

Anvendelse i kemiske reaktioner

LiH tillader syntese af komplekse hydrider.

Det tjener f.eks. Til at fremstille lithium-triethylborhydrid, som er en kraftig nukleofil i organiske halogenidfortrængningsreaktioner.

Referencer

1. Sato, Y. og Takeda, O. (2013). Hydrogenlagrings- og transportsystem gennem litiumhydrid ved hjælp af smeltet saltteknologi. I smeltet saltekemi. Kapitel 22, side 451-470. Gendannes fra sciencedirect.com.
2. US National Library of Medicine. (2019). Lithiumhydrid. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. et al. (2019). Undersøgelse af indvirkningen af ​​lithiumhydrid-termisk kerneeffekt på reaktiviteten af ​​reaktoren med nuklear fremdrivningspartikelbund. Annals of Nuclear Energy 128 (2019) 24-32. Gendannes fra sciencedirect.com.
4. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avanceret uorganisk kemi. Fjerde udgave. John Wiley & sønner.
5. Giraudo, M. et al. (2018). Acceleratorbaserede test for afskærmning af forskellige materialers og flerlags effektivitet ved anvendelse af højenergi lys og tunge joner. Stråling Forskning 190; 526-537 (2018). Gendannes fra ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Lithiumhydrid: Et rumalderbeskyttelsesmateriale. Nuclear Engineering and Design 26, 3, februar 1974, side 444-460. Gendannes fra sciencedirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Atomreaktorer: afskærmningsmaterialer. In Encyclopedia of Materials: Science and Technology (Anden udgave). Sider 6377-6384. Gendannes fra sciencedirect.com.
8. Hügle, T. et al. (2009). Hydrazin Borane: Et lovende hydrogenlagermateriale. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Gendannes fra pubs.acs.org.