LITIUMHYDRID: STRUKTUR, EGENSKAPER, ERHÅLLANDE, ANVÄNDNING - KEMI - 2025

Den litiumhydrid är en kristallin oorganisk fast substans med den kemiska formeln LiH. Det är det lättaste oorganiska saltet, dess molekylvikt är bara 8 g / mol. Det bildas av sammanslagningen av en litiumjon Li ⁺ och en hydridjon H ^- . Båda är kopplade till en jonisk bindning.

LiH har en hög smältpunkt. Reagerar lätt med vatten och vätgas bildas i reaktionen. Det kan erhållas genom reaktionen mellan smält litiummetall och vätgas. Det används ofta i kemiska reaktioner för att erhålla andra hydrider.

Litiumhydrid, LiH. Det finns ingen maskinläsbar författare. JTiago antog (baserat på upphovsrättsanspråk). . Källa: Wikimedia Commons.

LiH har använts för att skydda mot farlig strålning såsom de som finns i kärnreaktorer, det vill säga ALPHA, BETA, GAMMA-strålning, protoner, röntgenstrålar och neutroner.

Det har också föreslagits för skydd av material i rymdraketer som drivs med kärnvärmeframdrivning. Studier genomförs till och med för att användas som skydd för människan mot kosmisk strålning under framtida resor till planeten Mars.

Strukturera

I litiumhydrid har väte en negativ laddning H ^- eftersom den har dragit bort en elektron från metallen, som är i form av Li ⁺ -jon .

Elektronkonfigurationen för Li ⁺ katjonen är: 1s ² vilket är mycket stabilt. Och den elektroniska strukturen för hydridanjonen H ^- är: 1s ² , som också är mycket stabil.

Katjonen och anjonen förenas av elektrostatiska krafter.

Litiumhydridkristallen har samma struktur som natriumklorid NaCl, det vill säga en kubisk kristallstruktur.

Kubisk kristallstruktur av litiumhydrid. Författare: Benjah-bmm27. Källa: Wikimedia Commons.

Nomenklatur

- Litiumhydrid

- LiH

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

Vitt eller färglöst kristallint fast ämne. Kommersiell LiH kan vara blågrå på grund av närvaron av små mängder litiummetall.

Molekylvikt

8 g / mol

Smältpunkt

688 ºC

Kokpunkt

Den sönderdelas vid 850 ºC.

Autoignitionstemperatur

200 ºC

Densitet

0,78 g / cm ^{^}

löslighet

Reagerar med vatten. Det är olösligt i etrar och kolväten.

Andra egenskaper

Litiumhydrid är mycket stabilare än hydrider i andra alkalimetaller och kan smälta utan sönderdelning.

Det påverkas inte av syre om det värms upp till temperaturer under rött. Det är också opåverkad av klor Cl ₂ och saltsyra HCl.

Kontakten av LiH med värme och fuktighet orsakar en exoterm reaktion (alstrar värme) och utveckling av väte H ₂ och litiumhydroxid LiOH.

Det kan bilda ett fint damm som kan explodera i kontakt med lågor, värme eller oxiderande material. Den får inte komma i kontakt med kväveoxid eller flytande syre, eftersom det kan explodera eller antända.

Det mörknar när det utsätts för ljus.

Erhållande

Litiumhydrid har erhållits i laboratoriet genom reaktionen mellan smält litiummetall och vätgas vid en temperatur av 973 K (700 ºC).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Goda resultat erhålls när den exponerade ytan hos det smälta litiumet ökas och när sedimentationstiden för LiH minskas. Det är en exoterm reaktion.

Använd som skyddande skydd mot farlig strålning

LiH har ett antal egenskaper som gör det attraktivt att använda som skydd för människor i kärnreaktorer och rymdsystem. Här är några av dessa egenskaper:

- Den har en hög vätehalt (12,68 viktprocent H) och ett stort antal väteatomer per volymenhet (5,85 x 10 ²² H atomer / cm ³ ).

- Dess höga smältpunkt gör att den kan användas i miljöer med hög temperatur utan att smälta.

- Den har ett lågt dissociationstryck (~ 20 torr vid dess smältpunkt) som gör att materialet kan smälta och frysas utan att försämras under lågt vätgastryck.

- Den har en låg densitet som gör det attraktivt att användas i rymdsystem.

- Emellertid är dess nackdelar låga värmeledningsförmåga och dåliga mekaniska egenskaper. Men detta har inte minskat dess tillämpbarhet.

- LiH-delarna som fungerar som sköldar tillverkas genom varm- eller kallpressning och genom att smälta och hälla i formar. Även om denna sista form är att föredra.

- Vid rumstemperatur är delarna skyddade mot vatten och vattenånga och vid höga temperaturer med ett litet övertryck av väte i en förseglad behållare.

- I kärnreaktorer

I kärnreaktorer finns det två typer av strålning:

Direkt joniserande strålning

Det är mycket energiska partiklar som bär elektrisk laddning, såsom alfa- (a) och beta- (ß) -partiklar och protoner. Denna typ av strålning interagerar mycket starkt med sköldarnas material, vilket orsakar jonisering genom att interagera med elektronerna i atomerna i materialen genom vilka de passerar.

Indirekt joniserande strålning

Det är neutroner, gammastrålar (γ) och röntgenstrålar, som penetrerar och kräver massivt skydd, eftersom de involverar utsläpp av sekundära laddade partiklar, vilket är vad som orsakar jonisering.

Symbol för att varna för faran vid farlig strålning. IAEA & ISO. Källa: Wikimedia Commons.

Enligt vissa källor är LiH effektivt för att skydda material och människor mot dessa typer av strålning.

- I rymdsystem med termisk framdrivning

LiH har nyligen valts som ett potentiellt strålningsskyddande material och moderator för mycket långfärdiga rymdskepp med kärnvärme framdrivningssystem.

En konstnärs rendering av ett kärnkraftsdrivet rymdfarkost som kretsar kring Mars NASA / SAIC / Pat Rawlings. Källa: Wikimedia Commons.

Dess låga densitet och höga väteinnehåll gör det möjligt att effektivt minska massan och volymen på den kärnkraftsreaktor.

- I skydd mot kosmisk strålning

Exponering för rymdstrålning är den viktigaste risken för människors hälsa i framtida interplanetära utforskningsuppdrag.

I djupa rymden kommer astronauter att utsättas för hela spektrumet av galaktiska kosmiska strålar (joner med hög energi) och utsprångshändelser för solpartiklar (protoner).

Faren för strålningsexponering förvärras av längden på uppdragen. Dessutom måste skyddet av de platser som upptäcktsresenärer kommer att bo i beaktas.

Simulering av framtida livsmiljö på planeten Mars. NASA. Källa: Wikimedia Commons.

I den här åren indikerade en studie som genomfördes under 2018 att bland de testade materialen ger LiH den största minskningen av strålning per gram per cm ² , vilket således är en av de bästa kandidaterna som ska användas för att skydda mot kosmisk strålning. Dessa studier måste emellertid fördjupas.

Använd som ett sätt för säker lagring och transport av väte

Att få energi från H ₂ är något som har studerats under flera tiotal år och har redan hittat ansökan att ersätta fossila bränslen i transportfordon.

H ₂ kan användas i bränsleceller och bidra till att minska produktionen av CO ₂ och NO _x , för att undvika växthuseffekten och föroreningar. Men ett effektivt system för att lagra och transportera H ₂ säkert med låg vikt, kompakt eller liten storlek, som lagrar det snabbt och släpper H ₂ lika snabbt , har ännu inte hittats .

Litiumhydrid LiH är en av de alkalihydrider som har den högsta lagringskapaciteten för H ₂ (12,7 vikt% av H). Frisätter H ₂ genom hydrolys enligt följande reaktion:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH levererar 0,254 kg väte för varje kg LiH. Dessutom har det en hög lagringskapacitet per enhetsvolym, vilket innebär att det är lätt och är en kompakt medium för H ₂ lagring .

Motorcykel vars bränsle är väte lagrat i form av en metallhydrid såsom LiH. USA: s energieffektivitet och förnybar energi (EERE). Källa: Wikimedia Commons.

Dessutom bildar LiH lättare än andra alkalimetallhydrider och är kemiskt stabilt vid omgivningstemperaturer och tryck. LiH kan transporteras från tillverkaren eller leverantören till användaren. Sedan, genom hydrolys av LiH, H ₂ alstras och detta används på ett säkert sätt.

Den bildade litiumhydroxiden LiOH kan returneras till leverantören som regenererar litiumet genom elektrolys och sedan producerar LiH igen.

LiH har också framgångsrikt studerats för att användas i samband med borerad hydrazin för samma ändamål.

Används vid kemiska reaktioner

LiH tillåter syntes av komplexa hydrider.

Det tjänar till exempel att framställa litiumtrietylborhydrid, som är en kraftfull nukleofil i organiska halogenidförskjutningsreaktioner.

referenser

1. Sato, Y. och Takeda, O. (2013). Väteförvarings- och transportsystem genom litiumhydrid med smält saltteknologi. I smält saltskemi. Kapitel 22, sidorna 451-470. Återställs från sciencedirect.com.
2. US National Library of Medicine. (2019). Litiumhydrid. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. et al. (2019). Undersökning av effekterna av litiumhydridens termiska kärneffekt på reaktiviteten hos kärnkraftsframdrivningspartikelbäddreaktorn. Annals of Nuclear Energy 128 (2019) 24-32. Återställs från sciencedirect.com.
4. Cotton, F. Albert och Wilkinson, Geoffrey. (1980). Avancerad oorganisk kemi. Fjärde upplagan. John Wiley & Sons.
5. Giraudo, M. et al. (2018). Acceleratorbaserade tester för att skydda effektiviteten hos olika material och flerskikt med högenergiljus och tunga joner. Strålningsforskning 190; 526-537 (2018). Återställs från ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Litiumhydrid: Ett rymdåldersskyddande material. Nuclear Engineering and Design 26, 3, februari 1974, sid 444-460. Återställs från sciencedirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Kärnreaktorer: skärmande material. In Encyclopedia of Materials: Science and Technology (andra upplagan). Sidor 6377-6384. Återställs från sciencedirect.com.
8. Hügle, T. et al. (2009). Hydrazin Borane: Ett lovande väteförvaringsmaterial. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Återställs från pubs.acs.org.