LITIJEV HIDRID: STRUKTURA, SVOJSTVA, DOBIVANJE, UPORABE - KEMIJA - 2025

Litijev hidrid je kristalna krutina koja anorganska kemijska formula LiH. To je najlakša anorganska sol, njegova molekularna težina je samo 8 g / mol. Nastaje spajanjem litijevog iona Li ⁺ i hidridnog iona H ^-. Oba su povezana ionskom vezom.

LiH ima visoku talište. Lako reagira s vodom i plinom vodika nastaje u reakciji. Može se dobiti reakcijom između rastaljenog litijevog metala i plina vodika. Široko se koristi u kemijskim reakcijama za dobivanje drugih hidrida.

Litijev hidrid, LiH. Nije dostupan autor čitljiv autor. JTiago je pretpostavio (na temelju tvrdnji o autorskim pravima)., Izvor: Wikimedia Commons.

LiH se koristi za zaštitu od opasnih zračenja kao što su ona koja se nalaze u nuklearnim reaktorima, to jest ALPHA, BETA, GAMMA zračenje, protoni, X-zrake i neutroni.

Predloženo je i zaštitu materijala u svemirskim raketama koje pokreće nuklearni toplinski pogon. Čak se provode i istraživanja koja će se koristiti kao zaštita čovjeka od kozmičkog zračenja tijekom budućih putovanja planetom Mars.

Struktura

U litij hidridu vodik ima negativan naboj H ^- jer je od metala oduzeo elektron, koji je u obliku Li ⁺ iona.

Konfiguracija elektrona Li ⁺ kation je: 1s ² što je vrlo stabilno. A elektronska struktura hidridnog aniona H ^- iznosi: 1s ², što je također vrlo stabilno.

Kation i anion su spojeni elektrostatskim silama.

Kristal litij hidrida ima istu strukturu kao natrijev klorid NaCl, to jest kubnu kristalnu strukturu.

Kubična kristalna struktura litijevog hidrida. Autor: Benjah-bmm27. Izvor: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Litijev hidrid

- LiH

Svojstva

Psihičko stanje

Bijela ili bezbojna kristalna krutina. Komercijalni LiH može biti plavo-siv zbog prisutnosti male količine metala litija.

Molekularna težina

8 g / mol

Talište

688 ºC

Vrelište

Razgrađuje se na 850 ° C.

Temperatura samozapaljivanja

200 ºC

Gustoća

0,78 g / cm ³

Topljivost

Reagira s vodom. Netopljiv je u eterima i ugljikovodicima.

Ostala svojstva

Litijev hidrid mnogo je stabilniji od hidrida ostalih alkalnih metala i može se rastopiti bez raspada.

Na njega ne utječe kisik ako se zagrijava na temperature ispod crvenog. Također je pod utjecajem klora Cl ₂ i klorovodične kiseline HCl.

Je kontakt s LiH topline i vlage uzrokuje egzotermna reakcija (generira toplinu), i razvoj vodika H ₂ i litij-hidroksid LiOH.

Može stvoriti sitnu prašinu koja može eksplodirati u kontaktu s plamenom, toplinom ili oksidirajućim materijalima. Ne smije dolaziti u dodir s dušikovim oksidom ili tekućim kisikom jer može eksplodirati ili zapaliti.

Tamni kad je izložen svjetlu.

dobivanje

Litijev hidrid dobiven je u laboratoriju reakcijom između rastaljenog litijevog metala i plina vodika pri temperaturi od 973 K (700 ° C).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Dobri rezultati postižu se kada je izložena površina rastaljenog litija povećana i kada se smanji vrijeme taloženja LiH. To je egzotermna reakcija.

Koristite kao zaštitni štit protiv opasnih zračenja

LiH ima niz karakteristika koje ga čine privlačnim za uporabu kao zaštitu ljudi u nuklearnim reaktorima i svemirskim sustavima. Evo nekih od ovih karakteristika:

- ima visok sadržaj vodika (12,68% po masi) i H je velik broj vodikovih atoma, po jedinici volumena (5,85 x 10 ²² atoma H / cm ³).

- Njegova visoka točka taljenja omogućava upotrebu u visokim temperaturama bez topljenja.

- Ima nizak tlak disocijacije (~ 20 torr u njegovoj talištu) koji omogućava topljenje i zamrzavanje materijala bez degradacije pod niskim tlakom vodika.

- Ima nisku gustoću što ga čini privlačnim za korištenje u svemirskim sustavima.

- Međutim, njegovi nedostaci su niska toplinska vodljivost i loša mehanička svojstva. Ali to nije umanjilo njegovu primjenjivost.

- Dijelovi LiH koji služe kao oklopi proizvode se vrućim ili hladnim prešanjem, topljenjem i izlijevanjem u kalupe. Iako je ovaj zadnji oblik preferiran.

- Na sobnoj temperaturi dijelovi su zaštićeni od vode i vodene pare, a na visokim temperaturama malim nadtlakom vodika u zatvorenoj posudi.

- U nuklearnim reaktorima

U nuklearnim reaktorima postoje dvije vrste zračenja:

Izravno ionizirajuće zračenje

To su visokoenergetske čestice koje nose električni naboj, poput alfa (α) i beta (β) čestica i protona. Ova vrsta zračenja djeluje vrlo snažno s materijalima štitnika, uzrokujući ionizaciju interakcijom s elektronima atoma materijala kroz koje prolaze.

Posredno ionizirajuće zračenje

To su neutroni, gama zrake (γ) i X zrake, koji prodiraju i zahtijevaju masovnu zaštitu, jer uključuju emisiju sekundarnih nabijenih čestica koje uzrokuju ionizaciju.

Simbol upozorava na opasnost od opasnog zračenja. IAEA i ISO. Izvor: Wikimedia Commons.

Prema nekim izvorima, LiH je učinkovit u zaštiti materijala i ljudi od tih vrsta zračenja.

- U svemirskim sustavima nuklearnog toplinskog pogona

Nedavno je LiH izabran kao potencijalni zaštitni sustav od nuklearnog zračenja i moderator za sustave nuklearnog toplinskog pokretanja vrlo svemirskih letjelica.

Umjetnički prikaz nuklearnog svemirskog vozila u orbiti s Marsa. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Izvor: Wikimedia Commons.

Njegova niska gustoća i visok udio vodika omogućuje učinkovito smanjenje mase i volumena reaktora na nuklearni pogon.

- Za zaštitu od kozmičkog zračenja

Izloženost zračenju u svemiru je najvažniji rizik za zdravlje ljudi u budućim misijama međuplanetarnih istraživanja.

U dubokom svemiru astronauti će biti izloženi cijelom spektru galaktičkih kozmičkih zraka (visokoenergetski ioni) i događajima izbacivanja čestica Sunca (protoni).

Opasnost od izloženosti zračenju sastoji se od duljine zadataka. Uz to, mora se uzeti u obzir i zaštita mjesta koja će naseljavati istraživači.

Simulacija budućeg staništa na planetu Mars. NASA. Izvor: Wikimedia Commons.

U tom smislu, studija provedena 2018. godine pokazala je da među ispitivanim materijalima LiH pruža najveće smanjenje zračenja po gramu po cm ², te je time jedan od najboljih kandidata koji se koriste u zaštiti od kozmičkog zračenja. Međutim, ta se istraživanja moraju produbiti.

Koristite kao sredstvo sigurnog skladištenja i transporta vodika

Dobivanje energije iz H ₂ je nešto što je studirao za nekoliko desetaka godina i već je pronašao zahtjev za zamjenu fosilnih goriva u vozila.

H ₂ mogu se koristiti u stanicama i goriva doprinose smanjenju proizvodnje CO ₂ i NO _x, čime se izbjegava efekt staklenika i onečišćenja. Međutim, učinkovit sustav za skladištenje i transport H ₂ sigurno, s male težine, kompaktne ili male veličine, koja pohranjuje brzo i tisak H ₂ jednako brzo, još nije pronađen.

Litij hidrid LiH je jedan od alkalnih hidrida koji ima najveću sposobnost pohrane H ₂ (12,7%, težinski, H). Oslobađa H ₂ hidrolizom u skladu sa sljedećom reakcijom:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH osigurava 0,254 Kg vodika za svaki Kg LiH. Osim toga, ima visoki kapacitet po jedinici volumena, što znači da je lagan i kompaktan je medij za H ₂ pohranu.

Motocikl čije je gorivo vodik pohranjen u obliku metalnog hidrida kao što je LiH. SAD DOE energetske učinkovitosti i obnovljivih izvora energije (EERE). Izvor: Wikimedia Commons.

Uz to, LiH se formira lakše od ostalih hidrida alkalnih metala i kemijski je stabilan na sobnoj temperaturi i pritisku. LiH se može prevoziti od proizvođača ili dobavljača do korisnika. Zatim, hidrolizom LiH, H ₂ generira, a to je sigurno koristiti.

Nastali litijev hidroksid LiOH može se vratiti dobavljaču koji obnavlja litij elektrolizom, a zatim ponovo stvara LiH.

LiH je također uspješno proučavan kako bi se koristio zajedno s boratiranim hidrazinom za istu svrhu.

Upotreba u kemijskim reakcijama

LiH omogućava sintezu složenih hidrida.

Služi, na primjer, za pripravu litijevog trietilborohidrida, koji je moćan nukleofil u reakcijama pomaka organskih halogenida.

Reference

1. Sato, Y. i Takeda, O. (2013). Sustav skladištenja i transporta vodika pomoću litij-hidrida pomoću tehnologije topljene soli. U kemiji rastvorenih soli. Poglavlje 22, stranice 451-470. Oporavljeno od sciencedirect.com.
2. Američka nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Litijev hidrid. Oporavak od: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. i sur. (2019). Ispitivanje utjecaja toplinskog jezgra litijevog hidrida na reaktivnost reaktora nuklearnog pogonskog čestica. Anali nuklearne energije 128 (2019) 24-32. Oporavljeno od sciencedirect.com.
4. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četvrto izdanje. John Wiley & Sinovi.
5. Giraudo, M. i sur. (2018.). Ispitivanja koja se temelje na akceleratorima za zaštitu učinkovitosti djelotvornosti različitih materijala i višeslojnih slojeva pomoću visokoenergetskih svjetlosti i teških iona. Istraživanje zračenja 190; 526-537 (2018). Oporavak od ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Litijev hidrid: Materijal za zaštitu od svemirskog doba. Nuklearno inženjerstvo i dizajn 26, 3. veljače 1974., stranice 444-460. Oporavljeno od sciencedirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Nuklearni reaktori: zaštitni materijali. U Enciklopediji materijala: Znanost i tehnologija (drugo izdanje). Stranice 6377-6384. Oporavljeno od sciencedirect.com.
8. Hügle, T. i sur. (2009). Hidrazinska borana: Obećavajući materijal za skladištenje vodika. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Oporavak od pubs.acs.org.