LITIUMHYDRID: STRUKTUR, EGENSKAPER, OPPNÅELSE, BRUK - KJEMI - 2026

Den litiumhydrid er et krystallinsk, uorganisk fast stoff som har den kjemiske formel LiH. Det er det letteste uorganiske saltet, molekylvekten er bare 8 g / mol. Det dannes ved forening av et litiumion Li ⁺ og et hydridion H ^- . Begge er knyttet sammen med en ionebinding.

LiH har et høyt smeltepunkt. Reagerer lett med vann og hydrogengass produseres i reaksjonen. Det kan oppnås ved omsetning mellom smeltet litiummetall og hydrogengass. Det er mye brukt i kjemiske reaksjoner for å få andre hydrider.

Litiumhydrid, LiH. Ingen maskinlesbar forfatter gitt. JTiago antok (basert på opphavsrettskrav). . Kilde: Wikimedia Commons.

LiH har blitt brukt for å beskytte mot farlig stråling som de som finnes i atomreaktorer, det vil si ALPHA, BETA, GAMMA-stråling, protoner, røntgenstråler og nøytroner.

Det er også foreslått å beskytte materialer i romraketter drevet av kjernefysisk termisk fremdrift. Studier blir til og med gjennomført for å brukes som beskyttelse av mennesket mot kosmisk stråling under fremtidige turer til planeten Mars.

Struktur

I litiumhydrid har hydrogen en negativ ladning H ^- , siden det har trukket fra et elektron fra metallet, som er i form av Li ⁺ ion .

Elektronkonfigurasjonen til Li ⁺ kation er: 1s ² som er veldig stabil. Og den elektroniske strukturen til hydridanionen H ^- er: 1s ² , som også er veldig stabil.

Kation og anion er forbundet med elektrostatiske krefter.

Litiumhydridkrystallen har den samme strukturen som natriumklorid NaCl, det vil si en kubikkrystallstruktur.

Kubisk krystallstruktur av litiumhydrid. Forfatter: Benjah-bmm27. Kilde: Wikimedia Commons.

nomenklatur

- Litiumhydrid

- LiH

Egenskaper

Fysisk tilstand

Hvitt eller fargeløst krystallinsk fast stoff. Kommersiell LiH kan være blågrå på grunn av tilstedeværelsen av små mengder litiummetall.

Molekylær vekt

8 g / mol

Smeltepunkt

688 ºC

Kokepunkt

Den brytes ned ved 850 ºC.

Selvantennelsestemperatur

200 ºC

tetthet

0,78 g / cm ³

løselighet

Reagerer med vann. Det er uoppløselig i etere og hydrokarboner.

Andre egenskaper

Litiumhydrid er mye mer stabilt enn hydrider av de andre alkalimetallene og kan smeltes uten spaltning.

Det påvirkes ikke av oksygen hvis det varmes opp til temperaturer under rødt. Det påvirkes også av klor Cl ₂ og saltsyre HCl.

Kontakten av LiH med varme og fuktighet fører til en eksoterm reaksjon (genererer varme) og utviklingen av hydrogen H ₂ og litiumhydroksyd LiOH.

Det kan danne et fint støv som kan eksplodere i kontakt med flammer, varme eller oksiderende materialer. Det skal ikke komme i kontakt med lystgass eller flytende oksygen, da det kan eksplodere eller antennes.

Det mørkner når det blir utsatt for lys.

Å skaffe

Litiumhydrid er oppnådd på laboratoriet ved reaksjon mellom smeltet litiummetall og hydrogengass ved en temperatur på 973 K (700 ºC).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Gode ​​resultater oppnås når den eksponerte overflaten til det smeltede litium økes og når sedimentasjonstiden til LiH reduseres. Det er en eksoterm reaksjon.

Brukes som beskyttelsesskjerm mot farlig stråling

LiH har en rekke egenskaper som gjør den attraktiv for bruk som beskyttelse for mennesker i atomreaktorer og romfartssystemer. Her er noen av disse egenskapene:

- Den har et høyt innhold av hydrogen (12,68 vekt% H) og et høyt antall hydrogenatomer per volumenhet (5,85 x 10 ²² atomer H / cm ³ ).

- Det høye smeltepunktet gjør at det kan brukes i miljøer med høy temperatur uten å smelte.

- Den har et lavt dissosjonasjonstrykk (~ 20 torr på smeltepunktet) som gjør at materialet kan smeltes og fryses uten å brytes ned under lavt hydrogentrykk.

- Den har en lav tetthet som gjør det attraktivt å brukes i romsystemer.

- Ulempene er imidlertid den lave varmeledningsevnen og de dårlige mekaniske egenskapene. Men dette har ikke redusert anvendbarheten.

- LiH-delene som fungerer som skjold produseres ved varm- eller kaldpressing og ved å smelte og helles i form. Selv om denne siste formen er å foretrekke.

- Ved romtemperatur er delene beskyttet mot vann og vanndamp og ved høye temperaturer med et lite overtrykk av hydrogen i en forseglet beholder.

- I atomreaktorer

I atomreaktorer er det to typer stråling:

Direkte ioniserende stråling

De er svært energiske partikler som har elektrisk ladning, for eksempel alfa (α) og beta (β) partikler og protoner. Denne typen stråling interagerer veldig sterkt med skjoldmaterialene, noe som forårsaker ionisering ved å samhandle med elektronene i atomene i materialene de passerer gjennom.

Indirekte ioniserende stråling

De er nøytroner, gammastråler (γ) og røntgenstråler, som trenger inn og krever massiv beskyttelse, siden de involverer utslipp av sekundære ladede partikler, som er det som forårsaker ionisering.

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

Ifølge noen kilder er LiH effektiv i å beskytte materialer og mennesker mot denne typen stråling.

- I romsystemer med kjernefysisk termisk fremdrift

LiH er nylig valgt som en potensiell atomstrålingsskjerming og moderator for meget langdistanse romfartøy kjernefysiske termiske fremdriftssystemer.

En kunstners gjengivelse av et atomdrevet romkjøretøy som går i bane rundt Mars. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Kilde: Wikimedia Commons.

Dens lave tetthet og høye hydrogeninnhold gjør det mulig å effektivt redusere massen og volumet til den kjernedrevne reaktoren.

- I beskyttelse mot kosmisk stråling

Eksponering for romstråling er den viktigste risikoen for menneskers helse i fremtidige interplanetære undersøkelsesoppdrag.

I dype rom vil astronauter bli utsatt for hele spekteret av galaktiske kosmiske stråler (ioner med høy energi) og utkast til solpartikler (protoner).

Faren for strålingseksponering blir forsterket av lengden på oppdragene. I tillegg må også beskyttelsen av stedene som oppdagelsesreisende vil bo i, vurderes.

Simulering av fremtidig habitat på planeten Mars. NASA. Kilde: Wikimedia Commons.

I denne ideenes rekkefølge indikerte en studie utført i 2018 at blant materialene som ble testet gir LiH størst reduksjon i stråling per gram per cm ² , og dermed er en av de beste kandidatene som kan brukes til å beskytte mot kosmisk stråling. Imidlertid må disse studiene utdypes.

Brukes som et middel for sikker lagring og transport av hydrogen

Innhenting av energi fra H ₂ er noe som har blitt studert i flere dusin år og allerede har funnet anvendelse for å erstatte fossilt brensel i transportkjøretøyer.

H ₂ kan brukes i brenselceller og bidra til reduksjon av produksjonen av CO ₂ og NO _x , og dermed unngå drivhuseffekten og forurensningen. Imidlertid har det ennå ikke blitt funnet et effektivt system for lagring og transport av H ₂ trygt, lett, kompakt eller lite i størrelse, som lagrer det raskt og frigjør H ₂ like raskt.

Litiumhydrid LiH er en av alkalihydrider som har den høyeste lagringskapasiteten for H ₂ (12,7 vekt% H). Frigjør H- ₂ ved hydrolyse i henhold til følgende reaksjon:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH leverer 0,254 kg hydrogen for hver kg LiH. I tillegg har den en høy lagringskapasitet per volum per enhet, noe som betyr at den er lett og er et kompakt medium for H _2- lagring .

Motorsykkel hvis brensel er hydrogen lagret i form av et metallhydrid som LiH. US DOE Energieffektivitet og fornybar energi (EERE). Kilde: Wikimedia Commons.

I tillegg danner LiH lettere enn andre alkalimetallhydrider og er kjemisk stabilt ved omgivelsestemperaturer og trykk. LiH kan transporteres fra produsent eller leverandør til brukeren. Deretter, ved hydrolyse av LiH, H- ₂ genereres og denne brukes trygt.

Det dannede litiumhydroksyd LiOH kan returneres til leverandøren som regenererer litiumet ved elektrolyse, og deretter produserer LiH igjen.

LiH har også blitt studert vellykket for å bli brukt i forbindelse med borert hydrazin for samme formål.

Brukes i kjemiske reaksjoner

LiH tillater syntese av komplekse hydrider.

Det tjener for eksempel å fremstille litiumtrietylborhydrid, som er en kraftig nukleofil i organiske halogenidfortrengningsreaksjoner.

referanser

1. Sato, Y. og Takeda, O. (2013). Hydrogenlagrings- og transportsystem gjennom litiumhydrid ved bruk av smeltet saltteknologi. I smeltet saltekjemi. Kapittel 22, side 451-470. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
2. US National Library of Medicine. (2019). Litiumhydrid. Gjenopprettet fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. et al. (2019). Undersøkelse av innvirkningen av termisk kjernevirkning av litiumhydrid på reaktiviteten til reaktor fra kjernefordrivningspartikkelbed. Annals of Nuclear Energy 128 (2019) 24-32. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
4. Cotton, F. Albert og Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avansert uorganisk kjemi. Fjerde utgave. John Wiley & Sons.
5. Giraudo, M. et al. (2018). Akseleratorbaserte tester for avskjerming av effektivitet av forskjellige materialer og flerlag ved bruk av høyt energi-lys og tunge joner. Strålingsforskning 190; 526-537 (2018). Gjenopprettet fra ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Litiumhydrid: Et romalderbeskyttelsesmateriale. Nuclear Engineering and Design 26, 3, februar 1974, side 444-460. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Atomreaktorer: Skjermingsmaterialer. I Encyclopedia of Materials: Science and Technology (Second Edition). Sider 6377-6384. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
8. Hügle, T. et al. (2009). Hydrazin Borane: Et lovende hydrogenlagringsmateriale. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Gjenopprettet fra pubs.acs.org.