LITIJEV HIDRID: STRUKTURA, LASTNOSTI, PRIDOBIVANJE, UPORABE - KEMIJA - 2026

Litijev hidrid je kristalna anorganske trdne snovi, ki ima kemijska formula lih. Je najlažja anorganska sol, njena molekulska teža je le 8 g / mol. Nastane z združitvijo litijevega iona Li ⁺ in hidridnega iona H ^- . Oboje povezuje ionska vez.

LiH ima visoko tališče. Z reakcijo z vodo in vodikovim plinom nastane zlahka. Lahko ga dobimo z reakcijo med staljeno litijevo kovino in vodikovim plinom. Široko se uporablja v kemičnih reakcijah za pridobivanje drugih hidridov.

Litijev hidrid, LiH. Avtor ni na voljo za branje avtorja. JTiago je domneval (na podlagi trditev o avtorskih pravicah). . Vir: Wikimedia Commons.

LiH se uporablja za zaščito pred nevarnimi sevanji, kot so tista, ki jih najdemo v jedrskih reaktorjih, to je ALPHA, BETA, GAMMA sevanje, protoni, rentgenski žarki in nevtroni.

Predlagano je bilo tudi za zaščito materialov v vesoljskih raketah, ki jih poganja jedrski toplotni pogon. Izvajajo se celo študije, da bi jih človek uporabljal kot zaščito pred kozmičnim sevanjem med prihodnjimi potovanji na planet Mars.

Struktura

V litijevem hidridu ima vodik negativen naboj H ^- , saj je od kovine odvzel elektron, ki je v obliki iona Li ⁺ .

Elektronska konfiguracija kationa Li ⁺ je: 1s ^2, kar je zelo stabilno. In elektronska struktura hidridnega aniona H ^- je: 1s ² , ki je tudi zelo stabilna.

Kation in anion povezujeta elektrostatične sile.

Kristal litijevega hidrida ima enako strukturo kot natrijev klorid NaCl, to je kubična kristalna struktura.

Kubična kristalna struktura litijevega hidrida. Avtor: Benjah-bmm27. Vir: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Litijev hidrid

- LiH

Lastnosti

Fizično stanje

Bela ali brezbarvna kristalna trdna snov. Komercialni LiH je lahko modro-siv zaradi prisotnosti majhnih količin litijeve kovine.

Molekularna teža

8 g / mol

Tališče

688 ºC

Vrelišče

Razpade pri 850 ° C.

Temperatura samovžiga

200 ° C

Gostota

0,78 g / cm ³

Topnost

Reagira z vodo. Je netopno v etrih in ogljikovodikih.

Druge lastnosti

Litijev hidrid je veliko bolj stabilen kot hidridi drugih alkalnih kovin in ga je mogoče stopiti brez razpada.

Na kisik ne vpliva, če se segreje na temperature pod rdečo. Ne vpliva tudi klor Cl ₂ in klorovodikova kislina HCl.

Spoj LIH s toploto in vlago povzroči eksotermno reakcijo (proizvaja toploto) in razvijanje vodika H ₂ in litijev hidroksid LiOH.

Lahko tvori droben prah, ki lahko eksplodira v stiku z ognjem, vročino ali oksidacijskimi materiali. Ne sme priti v stik z dušikovim oksidom ali tekočim kisikom, saj lahko eksplodira ali vname.

Potemni, ko je izpostavljen svetlobi.

Pridobitev

Litijev hidrid dobimo v laboratoriju z reakcijo med staljeno litijevo kovino in vodikovim plinom pri temperaturi 973 K (700 ° C).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Dobri rezultati so dobljeni pri povečanju izpostavljene površine staljenega litija in ob zmanjšanju časa usedanja LiH. Gre za eksotermično reakcijo.

Uporabite kot zaščitni ščit pred nevarnimi sevanji

LiH ima številne značilnosti, zaradi katerih je privlačna uporaba kot zaščita za ljudi v jedrskih reaktorjih in vesoljskih sistemih. Tu je nekaj teh značilnosti:

- ima visoko vsebnost vodika (12,68 mas.% H) in veliko število atomov vodika na enoto prostornine (5,85 x 10 ²² H atomov / cm ³ ).

- Njegova visoka tališče omogoča uporabo v visokotemperaturnih okoljih brez taljenja.

- Ima nizek disocijacijski tlak (~ 20 torr na njegovem tališču), ki omogoča taljenje in zamrzovanje materiala, ne da bi se razkrojilo pod nizkim tlakom vodika.

- Ima majhno gostoto, zaradi česar je privlačna za uporabo v vesoljskih sistemih.

- Vendar pa sta njegovi slabosti nizka toplotna prevodnost in slabe mehanske lastnosti. Vendar to ni zmanjšalo njegove uporabnosti.

- Deli LiH, ki služijo kot ščiti, so izdelani z vročim ali hladnim stiskanjem ter s taljenjem in vlivanjem v kalupe. Čeprav je ta zadnja oblika prednostna.

- Pri sobni temperaturi so deli zaščiteni pred vodo in vodno paro, pri visokih temperaturah pa z majhnim nadtlakom vodika v zaprti posodi.

- V jedrskih reaktorjih

V jedrskih reaktorjih obstajata dve vrsti sevanja:

Neposredno ionizirajoče sevanje

So visoko energijski delci, ki prenašajo električni naboj, kot so alfa (α) in beta (β) delci in protoni. Ta vrsta sevanja deluje zelo močno z materiali ščitov, kar povzroča ionizacijo z interakcijo z elektroni atomov materialov, skozi katere prehajajo.

Posredno ionizirajoče sevanje

Gre za nevtrone, gama žarke (γ) in X žarke, ki prodirajo in potrebujejo masivno zaščito, saj vključujejo oddajanje sekundarnih nabitih delcev, ki povzročajo ionizacijo.

Simbol, ki opozarja na nevarnost nevarnega sevanja. IAEA & ISO. Vir: Wikimedia Commons.

Po nekaterih virih je LiH učinkovit pri zaščiti materialov in ljudi pred tovrstnimi sevanji.

- V vesoljskih sistemih jedrskega toplotnega pogona

LiH je bil pred kratkim izbran za potencialno zaščito pred jedrskim sevanjem in moderator za sisteme jedrskega toplotnega pogona vesoljskih plovil z zelo dolgo potjo.

Umetnik upodablja jedrsko vesoljsko vozilo, ki kroži po Marsu. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Vir: Wikimedia Commons.

Nizka gostota in visoka vsebnost vodika omogoča učinkovito zmanjšanje mase in prostornine reaktorja na jedrski pogon.

- Za zaščito pred kozmičnim sevanjem

Izpostavljenost vesoljskim sevanjem je najpomembnejše tveganje za zdravje ljudi v prihodnjih medplanetarnih raziskovalnih misijah.

V globokem vesolju bodo astronavti izpostavljeni celotnemu spektru galaktičnih kozmičnih žarkov (visokoenergijski ioni) in dogodkom izmetov sončnih delcev (protoni).

Nevarnost izpostavljenosti sevanju še povečuje dolžina misij. Poleg tega je treba upoštevati tudi zaščito krajev, ki jih bodo naselili raziskovalci.

Simulacija bodočega habitata na planetu Mars. NASA. Vir: Wikimedia Commons.

V tej vedi je raziskava, izvedena leta 2018, pokazala, da LiH med testiranimi materiali zagotavlja največje zmanjšanje sevanja na gram na cm ² in je tako eden najboljših kandidatov za zaščito pred kozmičnim sevanjem. Vendar je treba te študije poglobiti.

Uporaba kot sredstvo za varno skladiščenje in transport vodika

Pridobivanje energije iz H ₂ je nekaj, kar se proučuje že več deset let in je že našlo uporabo za nadomeščanje fosilnih goriv v transportnih vozilih.

H ₂ se lahko uporablja v gorivnih celicah in prispeva k zmanjšanju proizvodnje CO ₂ in NO _x , s čimer se izognemo toplogrednemu učinku in onesnaženju. Vendar pa je učinkovit sistem za shranjevanje in transport H ₂ varno, z lahke, kompaktne in majhnosti, ki shranjuje je hitro in javnost H ₂ prav tako hitro , še ni bilo mogoče najti .

Litijev hidrid LiH je eden izmed alkalijskih hidridov, ki ima največjo skladiščenost za H ₂ (12,7 mas.% H). Javnost H ₂ s hidrolizo po naslednji reakciji:

LIH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH oskrbuje 0,254 Kg vodika za vsak Kg LiH. Poleg tega ima veliko kapaciteto na enoto volumna, kar pomeni, da je lahek in je kompakten medij za H ₂ shranjevanje .

Motocikel, katerega gorivo je vodik, shranjen v obliki kovinskega hidrida, kot je LiH. ZDA DOE energetske učinkovitosti in obnovljivih virov energije (EERE). Vir: Wikimedia Commons.

Poleg tega LiH tvori lažje kot drugi hidridi alkalnih kovin in je kemično stabilen pri sobni temperaturi in pritiskih. LiH se lahko prevaža od proizvajalca ali dobavitelja do uporabnika. Nato s hidrolizo lih, H ₂ generira in to varno.

Nastali litijev hidroksid LiOH se lahko vrne dobavitelju, ki obnavlja litij z elektrolizo in nato ponovno proizvaja LiH.

Uspešno smo preučevali tudi LiH, da ga uporabljamo skupaj z boratiranim hidrazinom za isti namen.

Uporaba pri kemijskih reakcijah

LiH omogoča sintezo kompleksnih hidridov.

Služi na primer za pripravo litijevega trietilborohidrida, ki je močan nukleofil v reakcijah izpodrivanja organskega halogenida.

Reference

1. Sato, Y. in Takeda, O. (2013). Sistem za shranjevanje in transport vodika s pomočjo litijevega hidrida s pomočjo tehnologije topljene soli. V kemiji solnih soli. Poglavje 22, strani 451–470. Pridobljeno od sciencedirect.com.
2. Ameriška nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Litijev hidrid. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. in sod. (2019). Preiskava vpliva vpliva toplotnega jedra litijevega hidrida na reaktivnost reaktorja jedrskih pogonskih delcev. Anali jedrske energije 128 (2019) 24–32. Pridobljeno od sciencedirect.com.
4. Cotton, F. Albert in Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
5. Giraudo, M. et al. (2018). Preskusi na osnovi pospeševalnika zaščitne učinkovitosti različnih materialov in večplastnih materialov z visoko energijsko svetlobo in težkimi ioni. Sevalne raziskave 190; 526–537 (2018). Pridobljeno iz ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Litijev hidrid: material za zaščito v vesolju. Jedrsko inženirstvo in oblikovanje 26, 3. februar 1974, strani 444–460. Pridobljeno od sciencedirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Jedrski reaktorji: zaščitni materiali. In Encyclopedia of Materials: Science and Technology (druga izdaja). Strani 6377-6384. Pridobljeno od sciencedirect.com.
8. Hügle, T. et al. (2009). Hidrazin boran: obetaven material za shranjevanje vodika. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Pridobljeno iz pubs.acs.org.