LITHIUMHYDRID: STRUKTURA, VLASTNOSTI, ZÍSKÁNÍ, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Hydrid lithný je krystalický anorganická pevná látka s chemický vzorec lithiumhydrid. Je to nejlehčí anorganická sůl, její molekulová hmotnost je pouze 8 g / mol. Je tvořen spojením lithium-iontového Li ⁺ a hydridového iontu H ^-. Oba jsou spojeny iontovou vazbou.

LiH má vysokou teplotu tání. Snadno reaguje s vodou a při reakci vzniká plynný vodík. Lze jej získat reakcí mezi roztaveným kovem lithia a plynným vodíkem. To je široce používáno v chemických reakcích získat jiné hydridy.

Hydrid lithný, LiH. Nebyl poskytnut žádný strojově čitelný autor. JTiago předpokládal (na základě nároků na autorská práva).. Zdroj: Wikimedia Commons.

LiH se používá k ochraně před nebezpečným zářením, jako jsou ty, které se nacházejí v jaderných reaktorech, tj. Záření ALPHA, BETA, GAMMA, protony, rentgenové paprsky a neutrony.

Bylo také navrženo pro ochranu materiálů ve vesmírných raketách poháněných jaderným tepelným pohonem. Studie se dokonce provádějí jako ochrana člověka před kosmickým zářením při budoucích cestách na planetu Mars.

Struktura

V hydridu lithném má vodík záporný náboj H ^-, protože od kovu odečítal elektron, který je ve formě Li ⁺ iontu.

Elektronová konfigurace Li ⁺ kationtu je: 1s ^2, což je velmi stabilní. A elektronická struktura hydridového aniontu H ^- je: 1s ², což je také velmi stabilní.

Kation a anion jsou spojeny elektrostatickými silami.

Krystal hydridu lithného má stejnou strukturu jako chlorid sodný NaCl, tj. Kubickou krystalickou strukturu.

Kubická krystalická struktura hydridu lithného. Autor: Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Lithiumhydrid

- LiH

Vlastnosti

Fyzický stav

Bílá nebo bezbarvá krystalická pevná látka. Komerční LiH může být modrošedá kvůli přítomnosti malého množství lithného kovu.

Molekulární váha

8 g / mol

Bod tání

688 ° C

Bod varu

Rozkládá se při 850 ° C.

teplota samovznícení

200 ° C

Hustota

0,78 g / cm ³

Rozpustnost

Reaguje s vodou. Je nerozpustný v etherech a uhlovodících.

Další vlastnosti

Hydrid lithný je mnohem stabilnější než hydridy ostatních alkalických kovů a lze jej roztavit bez rozkladu.

Pokud není zahříván na teplotu pod červenou, není kyslík ovlivněn. To je také ovlivněna chlóru Cl ₂ a kyseliny chlorovodíkové chlorovodíkové.

Styk LiH s tepla a vlhkosti způsobuje exotermní reakci (teplo) a vývoj vodíku H ₂ a hydroxid lithný LiOH.

Může tvořit jemný prach, který může při kontaktu s plameny, teplem nebo oxidačními materiály explodovat. Neměl by přijít do styku s oxidem dusným nebo tekutým kyslíkem, protože může explodovat nebo vznítit.

Když je vystaven světlu, ztmavne.

Získání

Hydrid lithný byl v laboratoři získán reakcí mezi roztaveným kovem lithia a vodíkem při teplotě 973 K (700 ° C).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Dobré výsledky se získají, když se exponovaný povrch roztaveného lithia zvýší a když se sníží doba sedimentace LiH. Je to exotermická reakce.

Používejte jako ochranný štít proti nebezpečnému záření

LiH má řadu vlastností, díky kterým je atraktivní pro použití jako ochrana lidí v jaderných reaktorech a kosmických systémech. Zde jsou některé z těchto charakteristik:

- má vysoký obsah vodíku (12,68% hmotnostních H) a vysoký počet atomů vodíku na jednotku objemu (5,85 x 10 ²² H atomů / cm ³).

- Jeho vysoká teplota tání umožňuje použití v prostředí s vysokou teplotou bez tání.

- Má nízký disociační tlak (~ 20 torr v jeho bodu tání), který umožňuje roztavení a zmrazení materiálu bez degradace při nízkém tlaku vodíku.

- Má nízkou hustotu, takže je atraktivní pro použití ve vesmírných systémech.

- Jeho nevýhodou je však nízká tepelná vodivost a špatné mechanické vlastnosti. To však nezmenšilo jeho použitelnost.

- LiH díly, které slouží jako štíty, se vyrábějí lisováním za tepla nebo za studena a tavením a litím do forem. I když je tato poslední forma preferována.

- Při pokojové teplotě jsou části chráněny před vodou a vodní párou a při vysokých teplotách malým přetlakem vodíku v uzavřené nádobě.

- V jaderných reaktorech

V jaderných reaktorech existují dva typy záření:

Přímo ionizující záření

Jsou to vysoce energetické částice, které nesou elektrický náboj, jako jsou alfa (a) a beta (β) částice a protony. Tento typ záření velmi silně interaguje s materiály štítů a způsobuje ionizaci tím, že interaguje s elektrony atomů materiálů, kterými prochází.

Nepřímo ionizující záření

Jsou to neutrony, gama paprsky (y) a rentgenové paprsky, které pronikají a vyžadují masivní ochranu, protože zahrnují emise sekundárních nabitých částic, které způsobují ionizaci.

Symbol upozorňující na nebezpečí nebezpečného záření. IAEA a ISO. Zdroj: Wikimedia Commons.

Podle některých zdrojů je LiH účinný při ochraně materiálů a lidí před těmito typy záření.

- Ve vesmírných systémech jaderného tepelného pohonu

LiH byl nedávno vybrán jako potenciální stínění a moderátor jaderného záření pro jaderné tepelné pohonné systémy s velmi dlouhou plavbou.

Umělecké ztvárnění kosmického vozidla pohánějícího jadernou energii obíhajícího kolem Marsu. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Zdroj: Wikimedia Commons.

Jeho nízká hustota a vysoký obsah vodíku umožňují účinně snižovat hmotnost a objem jaderného reaktoru.

- V ochraně před kosmickým zářením

Vystavení kosmickému záření je nejvýznamnějším rizikem pro lidské zdraví v budoucích meziplanetárních průzkumných misích.

V hlubokém vesmíru budou astronauti vystaveni plnému spektru galaktických kosmických paprsků (ionty s vysokou energií) a vystřelení slunečních částic (protony).

Nebezpečí radiační expozice je znásobeno délkou misí. Kromě toho je třeba zvážit také ochranu míst, která budou průzkumníci obývat.

Simulace budoucího stanoviště na planetě Mars. NASA. Zdroj: Wikimedia Commons.

V tomto směru, studie provedená v roce 2018, je uvedeno, že mezi testovanými materiály, lithiumhydrid poskytuje největší snížení záření na gram na cm ², a tím je jedním z nejlepších kandidátů, které mají být použity při ochraně proti kosmického záření. Tyto studie však musí být prohloubeny.

Použití jako prostředek bezpečného skladování a přepravy vodíku

Získávání energie z H _2, je něco, co byl zkoumán po dobu několika desítek let a již našel uplatnění nahradit fosilní paliva v dopravních prostředcích.

H ₂ může být použit v palivových článcích a přispět ke snížení produkce CO ₂ a NO _x, čímž se zabrání skleníkový efekt a znečištění. Nicméně, účinný systém pro uložení a dopravní H ₂ bezpečně, s nízkou hmotností, kompaktní nebo malé velikosti, která ukládá a rychle uvolňuje H ₂ stejně rychle, nebyl dosud nalezen.

Lithiumaluminiumhydrid LiH je jedním z hydridů alkalických kovů, které má nejvyšší skladovací kapacity pro H ₂ (12,7% hmotnostních H). Uvolňuje H ₂ hydrolýzou podle následující reakce:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH dodává 0,254 kg vodíku na každý kilogram LiH. Kromě toho, že má vysokou kapacitu na jednotku objemu, což znamená, že je lehký a má kompaktní médium pro H ₂ skladování.

Motocykl, jehož palivo je uloženo ve formě hydridu kovu, jako je LiH. US DOE Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE). Zdroj: Wikimedia Commons.

LiH se navíc tvoří snadněji než jiné hydridy alkalických kovů a je chemicky stabilní při okolních teplotách a tlacích. LiH může být přepravován od výrobce nebo dodavatele k uživateli. Poté, hydrolýzou LiH, H ₂ je generován a používá se bezpečně.

Vytvořený hydroxid lithný LiOH může být vrácen dodavateli, který regeneruje lithium elektrolýzou, a poté znovu produkuje LiH.

LiH byl také úspěšně studován pro použití ve spojení s borátovaným hydrazinem pro stejný účel.

Použití v chemických reakcích

LiH umožňuje syntézu komplexních hydridů.

Slouží například k přípravě triethylborohydridu lithného, ​​který je silným nukleofilem v reakcích nahrazujících organické halogenidy.

Reference

1. Sato, Y. a Takeda, O. (2013). Systém skladování a přepravy vodíku pomocí hydridu lithného s využitím technologie roztavené soli. V Molten Salts Chemistry. Kapitola 22, strany 451-470. Obnoveno z sciposedirect.com.
2. Americká národní lékařská knihovna. (2019). Hydrid lithný. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. a kol. (2019). Výzkum vlivu hydridu lithia na jadernou energii na reaktivitu reaktoru s částečným ložem s jaderným pohonem. Annals of Nuclear Energy 128 (2019) 24-32. Obnoveno z sciposedirect.com.
4. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chemie. Čtvrté vydání. John Wiley a synové.
5. Giraudo, M. a kol. (2018). Zkoušky účinnosti stínění založené na akcelerátoru různých materiálů a vícevrstev pomocí vysokoenergetických lehkých a těžkých iontů. Radiation Research 190; 526-537 (2018). Obnoveno z ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Lithiumhydrid: Materiál chránící vesmírný věk. Nuclear Engineering and Design 26, 3, únor 1974, strany 444-460. Obnoveno z sciposedirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Jaderné reaktory: stínící materiály. In Encyclopedia of Materials: Science and Technology (Druhé vydání). Strany 6377-6384. Obnoveno z sciposedirect.com.
8. Hügle, T. a kol. (2009). Hydrazin boran: slibný materiál pro skladování vodíku. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Obnoveno z pubs.acs.org.