ЛИТИЕВ ХИДРИД: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПОЛУЧАВАНЕ, УПОТРЕБА - ХИМИЯ - 2025

В литиев хидрид е кристално твърдо вещество с неорганична на химична формула LiH. Това е най-леката неорганична сол, молекулното й тегло е само 8 g / mol. Образува се от обединението на литиев йон Li ⁺ и хидриден йон Н ^-. И двете са свързани с йонна връзка.

LiH има висока точка на топене. Лесно реагира с вода и водороден газ се получава в реакцията. Тя може да бъде получена чрез реакцията между разтопен литиев метал и водороден газ. Той се използва широко при химични реакции за получаване на други хидриди.

Литиев хидрид, LiH. Не е предоставен машинно четим автор. JTiago прие (въз основа на претенции за авторски права)., Източник: Wikimedia Commons.

LiH се използва за защита от опасни лъчения, като тези, открити в ядрените реактори, тоест ALPHA, BETA, GAMMA радиация, протони, рентгенови лъчи и неутрони.

Предложено е също така защита на материалите в космическите ракети, задвижвани от ядрено топлинно задвижване. Провеждат се дори изследвания, които да се използват като защита на човека от космическо излъчване по време на бъдещи пътувания до планетата Марс.

структура

В литиевия хидрид водородът има отрицателен заряд Н ^-, тъй като е извадил електрон от метала, който е под формата на Li ⁺ йон.

Електронната конфигурация на Li ⁺ катиона е: 1s ^2, което е много стабилно. А електронната структура на хидридния анион Н ^- е: 1s ², което също е много стабилно.

Катионът и анионът се съединяват от електростатични сили.

Кристалът на литиевия хидрид има същата структура като натриев хлорид NaCl, тоест кубична кристална структура.

Кубична кристална структура на литиев хидрид. Автор: Беня-bmm27. Източник: Wikimedia Commons.

номенклатура

- Литиев хидрид

- LiH

Имоти

Физическо състояние

Бяло или безцветно кристално твърдо вещество. Търговският LiH може да бъде синьо-сив поради наличието на малки количества литиев метал.

Молекулно тегло

8 g / mol

Точка на топене

688 ºC

Точка на кипене

Разлага се при 850 ºC.

Температура на самозапалване

200 ºC

плътност

0,78 гр / см ³

разтворимост

Реагира с вода. Неразтворим е в етери и въглеводороди.

Други свойства

Литиевият хидрид е много по-стабилен от хидридите на другите алкални метали и може да се разтопи без разлагане.

Не се влияе от кислорода, ако се нагрява до температури под червено. Не се влияе и от хлор Cl ₂ и солна киселина HCl.

Контактът на LiH с топлина и влажност води до екзотермична реакция (генерира топлина) и отделянето на водород H ₂ и литиев хидроксид LiOH.

Той може да образува фин прах, който може да избухне при контакт с пламъци, топлина или окисляващи материали. Той не трябва да влиза в контакт с азотен оксид или течен кислород, тъй като може да експлодира или да се запали.

Потъмнява при излагане на светлина.

Получаване

Литиевият хидрид е получен в лабораторията чрез реакцията между разтопен литиев метал и водороден газ при температура 973 К (700 ° С).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Добри резултати се получават, когато експозицията на разтопения литий се увеличи и когато времето на утаяване на LiH се намали. Това е екзотермична реакция.

Използвайте като защитен щит срещу опасни лъчения

LiH има редица характеристики, които го правят привлекателен за употреба като защита за хората в ядрените реактори и космическите системи. Ето някои от тези характеристики:

- Той има високо съдържание на водород (12,68 тегловни% Н) и голям брой водородни атоми на единица обем (5,85 х 10 ²² Н атоми / см ³).

- Високата му точка на топене позволява да се използва в среда с висока температура без топене.

- Има ниско налягане на дисоциация (~ 20 тора в точката на топене), което позволява разтопяването и замразяването на материала, без да се разгражда при ниско водородно налягане.

- Има ниска плътност, което го прави привлекателен за използване в космическите системи.

- Неговите недостатъци обаче са ниската топлопроводимост и лошите механични свойства. Но това не е намалило неговата приложимост.

- Частите LiH, които служат за екрани, се произвеждат чрез горещо или студено пресоване и чрез топене и изливане във форми. Въпреки че тази последна форма е за предпочитане.

- При стайна температура частите са защитени от вода и водни пари, а при високи температури от малко свръхналягане на водород в запечатан контейнер.

- В ядрени реактори

В ядрените реактори има два вида радиация:

Директно йонизиращо лъчение

Те са силно енергийни частици, които носят електрически заряд, като алфа (α) и бета (β) частици и протони. Този вид лъчение взаимодейства много силно с материалите на екраните, предизвиквайки йонизация, взаимодействайки с електроните на атомите на материалите, през които преминават.

Косвено йонизиращо лъчение

Те са неутрони, гама-лъчи (γ) и рентгенови лъчи, които проникват и се нуждаят от масивна защита, тъй като включват излъчване на вторично заредени частици, които са причина за йонизацията.

Символ за предупреждение за опасността от опасно излъчване. МААЕ и ISO. Източник: Wikimedia Commons.

Според някои източници LiH е ефективен за защита на материали и хора срещу тези видове радиация.

- В космическите системи за ядрено топлинно задвижване

Наскоро LiH беше избран като потенциален защитен от ядрена радиация и модератор за ядрено-термични задвижвания на космически кораби с много дълго плаване.

Предаване на художник на ядрено космическо превозно средство в орбита на Марс. НАСА / SAIC / Пат Ралингс. Източник: Wikimedia Commons.

Ниската му плътност и високото съдържание на водород дава възможност за ефективно намаляване на масата и обема на реактора с ядрена енергия.

- В защита от космическо излъчване

Излагането на космическа радиация е най-значимият риск за здравето на хората в бъдещи мисии за междупланетарни проучвания.

В космоса астронавтите ще бъдат изложени на пълния спектър от галактически космически лъчи (високоенергийни йони) и събития на изхвърляне на слънчеви частици (протони).

Опасността от радиационно облъчване се усложнява от продължителността на мисиите. Освен това трябва да се има предвид и защитата на местата, които ще обитават изследователите.

Симулация на бъдещо местообитание на планетата Марс. НАСА. Източник: Wikimedia Commons.

Във връзка с това проучване, проведено през 2018 г., показа, че сред тестваните материали LiH осигурява най-голямото намаление на радиацията на грам на cm ², като по този начин е един от най-добрите кандидати, които ще бъдат използвани за защита от космическо излъчване. Тези изследвания обаче трябва да бъдат задълбочени.

Използвайте като средство за безопасно съхраняване и транспортиране на водород

Получаването на енергия от Н ₂ е нещо, което се изучава от няколко десетки години и вече е намерило приложение за заместване на изкопаеми горива в транспортните превозни средства.

H ₂ може да се използва в горивни клетки и да допринесе за намаляване на производството на CO ₂ и NO _x, като по този начин се избягва парниковият ефект и замърсяването. Въпреки това, на ефективна система за съхранение и транспорт H ₂ безопасно, с ниско тегло, компактен или малък размер, че магазините то бързо и освобождава H ₂ също толкова бързо, все още не е намерен.

Литиевият хидрид LiH е един от алкалните хидриди, който има най-висок капацитет за съхранение на H ₂ (12,7% от теглото на H). Освобождава Н ₂ чрез хидролиза съгласно следната реакция:

LiH + H ₂ O → LiOH + Н ₂

LiH доставя 0,254 Kg водород за всеки Kg LiH. В допълнение, той има висок капацитет за съхранение на единица обем, което означава, че е лек и е компактен носител за съхранение на Н ₂.

Мотоциклет, чието гориво е водород, съхраняван под формата на метален хидрид като LiH. САЩ DOE Енергийна ефективност и възобновяема енергия (EERE). Източник: Wikimedia Commons.

Освен това LiH се образува по-лесно от други хидриди на алкални метали и е химически стабилен при температура на околната среда и налягане. LiH може да бъде транспортиран от производителя или доставчика до потребителя. След това, чрез хидролиза на LiH, Н ₂ се генерира и това се използва безопасно.

Образуваният литиев хидроксид LiOH може да бъде върнат на доставчика, който регенерира лития чрез електролиза и след това отново произвежда LiH.

LiH също е успешно проучен, за да се използва заедно с боратен хидразин за същата цел.

Използване при химически реакции

LiH позволява синтеза на сложни хидриди.

Той служи например за приготвяне на литиев триетилборохидрид, който е мощен нуклеофил в реакции на изместване на органични халиди.

Препратки

1. Сато, Й. и Такеда, О. (2013). Система за съхранение и транспортиране на водород чрез литиев хидрид, използвайки технологията на разтопената сол. В химията на разтопените соли. Глава 22, страници 451-470. Възстановени от sciencedirect.com.
2. Национална медицинска библиотека на САЩ. (2019). Литиев хидрид. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. et al. (2019). Изследване на влиянието на термоядрения ефект на литиевия хидрид върху реактивността на реактора на ядрени двигателни частици. Анали на ядрената енергия 128 (2019) 24-32. Възстановени от sciencedirect.com.
4. Котън, Ф. Алберт и Уилкинсън, Джефри. (1980 г.). Разширена неорганична химия. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
5. Giraudo, M. et al. (2018). Тестове, базирани на ускорители на екранираща ефективност на различни материали и многослойности, използващи високоенергийни светлинни и тежки йони. Радиационни изследвания 190; 526-537 (2018). Възстановени от ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Литиев хидрид: Материал за защита от космическа епоха. Ядрена техника и проектиране 26, 3, февруари 1974 г., страници 444-460. Възстановени от sciencedirect.com.
7. Симнад, МТ (2001). Ядрени реактори: екраниращи материали. В Енциклопедия на материалите: Наука и технологии (второ издание). Страници 6377-6384. Възстановени от sciencedirect.com.
8. Hügle, T. et al. (2009 г.). Хидразин Боран: Обещаващ материал за съхранение на водород. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Възстановено от pubs.acs.org.