LITIUMHYDRIDI: RAKENNE, OMINAISUUDET, SAAMINEN, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026

Litiumhydridi on kiteinen epäorgaaninen kiinteä aine, jolla kemiallinen kaava LiH. Se on kevyin epäorgaaninen suola, sen molekyylipaino on vain 8 g / mol. Se muodostuu litiumioni Li ^{+: n} ja hydridi-ionin H ^- liitoksesta. Molemmat yhdistetään ionisella sidoksella.

LiH: lla on korkea sulamispiste. Reagoi helposti veden kanssa ja reaktiossa muodostuu vetykaasua. Sitä voidaan saada reaktiolla sulan litiummetallin ja vetykaasun välillä. Sitä käytetään laajasti kemiallisissa reaktioissa muiden hydridien saamiseksi.

Litiumhydridi, LiH. Koneella luettavaa kirjailijaa ei toimitettu. JTiago oletti (perustuu tekijänoikeusvaatimuksiin).. Lähde: Wikimedia Commons.

LiH: ta on käytetty suojaamaan vaarallisilta säteilyiltä, ​​joita esiintyy ydinreaktoreissa, toisin sanoen ALPHA-, BETA-, GAMMA-säteilyltä, protoneilta, röntgensäteiltä ja neutroneilta.

Sitä on myös ehdotettu ydinmateriaalien suojaamiseksi avaruusraketeissa, jotka saavat ydinvoiman lämpövoiman. Tutkimuksia tehdään jopa ihmisen suojelemiseksi kosmiselta säteilyltä tulevien matkojen aikana planeetalle Mars.

Rakenne

Litiumhydridissä vedyllä on negatiivinen varaus H ^-, koska se on vähentänyt metallin metallin, joka on Li ⁺ -ionin muodossa.

Elektroni konfiguraatio Li ⁺ kationi on: 1s ², joka on hyvin stabiili. Ja elektronisen rakenteen hydridin anionin H ^- on: 1s ², joka on myös erittäin vakaa.

Kationia ja anionia yhdistävät sähköstaattiset voimat.

Litiumhydridikiteellä on sama rakenne kuin natriumkloridilla NaCl, toisin sanoen kuutiometri- kiderakenteella.

Litiumhydridin kuutiomeerinen kiderakenne. Kirjoittaja: Benjah-bmm27. Lähde: Wikimedia Commons.

nimistö

- Litiumhydridi

- LiH

ominaisuudet

Fyysinen tila

Valkoinen tai väritön kiteinen kiinteä aine. Kaupallinen LiH voi olla siniharmaa, koska siinä on pieniä määriä litiummetalleja.

Molekyylipaino

8 g / mol

Sulamispiste

688 ° C

Kiehumispiste

Se hajoaa 850 ºC: n lämpötilassa.

Itsesyttymislämpötila

200 ºC

Tiheys

0,78 g / cm ³

Liukoisuus

Reagoi veden kanssa. Se ei liukene eettereihin ja hiilivetyihin.

Muut ominaisuudet

Litiumhydridi on paljon stabiilimpi kuin muiden alkalimetallien hydridit ja se voidaan sulattaa ilman hajoamista.

Happi ei vaikuta siihen, jos se kuumennetaan punaisen lämpötilan alapuolelle. Sitä eivät koske myös kloori Cl ₂ ja suolahappo HCl.

Kosketus LiH lämmön ja kosteuden aiheuttaa eksotermisen reaktion (lämpöä) ja vedyn H ₂ ja litiumhydroksidi LiOH.

Se voi muodostaa hienon pölyn, joka voi räjähtää kosketuksessa liekkien, lämmön tai hapettavien materiaalien kanssa. Se ei saa joutua kosketuksiin typpioksidin tai nestemäisen hapen kanssa, koska se voi räjähtää tai syttyä.

Se tummenee, kun se altistuu valolle.

Saada

Litiumhydridi on saatu laboratoriossa reaktiolla sulan litiummetallin ja vetykaasun välillä lämpötilassa 973 K (700 ºC).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Hyviä tuloksia saadaan, kun sulan litiumin paljaana oleva pinta kasvaa ja kun LiH: n saostumisaika lyhenee. Se on eksoterminen reaktio.

Käytä suojana suojana vaarallista säteilyä

LiH: lla on useita ominaisuuksia, jotka tekevät siitä houkuttelevan käytettäväksi ihmisten suojelemiseksi ydinreaktoreissa ja avaruusjärjestelmissä. Tässä on joitain näistä ominaisuuksista:

- Se on korkea vetypitoisuus (12,68 paino-% H), ja suuri määrä vety- atomeja tilavuusyksikköä kohden (5,85 x 10 ²² H-atomia / cm ³).

- Sen korkea sulamispiste mahdollistaa sen käytön korkeissa lämpötiloissa ilman sulamista.

- Sillä on matala dissosiaatiopaine (~ 20 torria sulamispisteessään), joka mahdollistaa materiaalin sulattamisen ja jäädyttämisen ilman hajoamista matalassa vetypaineessa.

- Sen tiheys on pieni, minkä vuoksi se on houkutteleva käytettäväksi avaruusjärjestelmissä.

- Sen haitoina ovat kuitenkin alhainen lämmönjohtavuus ja huonot mekaaniset ominaisuudet. Mutta tämä ei ole vähentänyt sen sovellettavuutta.

- LiH-osat, jotka toimivat suojana, valmistetaan kuumalla tai kylmällä puristamisella sekä sulattamalla ja kaatamalla muotteihin. Vaikka tämä viimeinen muoto on suositeltavampi.

- Huoneenlämpötilassa osat on suojattu vedeltä ja vesihöyryiltä ja korkeissa lämpötiloissa pienellä vedyn ylipaineella suljetussa astiassa.

- Ydinreaktorissa

Ydinreaktorissa on kahta säteilytyyppiä:

Suoraan ionisoiva säteily

Ne ovat erittäin energisiä hiukkasia, joissa on sähkövaraus, kuten alfa (α) ja beeta (β) hiukkasia ja protoneja. Tämän tyyppinen säteily on erittäin voimakkaasti vuorovaikutuksessa kilpien materiaalien kanssa aiheuttaen ionisaation vuorovaikutuksessa niiden materiaalien atomien elektronien kanssa, joiden läpi ne kulkevat.

Epäsuorasti ionisoiva säteily

Ne ovat neutroneja, gammasäteitä (γ) ja röntgensäteitä, jotka tunkeutuvat ja vaativat massiivista suojausta, koska niihin liittyy sekundaarisesti varautuneiden hiukkasten päästö, jotka aiheuttavat ionisaation.

Symboli varoittaa vaarallisen säteilyn vaarasta. IAEA & ISO. Lähde: Wikimedia Commons.

Joidenkin lähteiden mukaan LiH suojaa tehokkaasti materiaaleja ja ihmisiä tällaiselta säteilyltä.

- Ydinvoiman lämpövoiman avaruudessa

LiH on äskettäin valittu potentiaaliseksi ydinsäteilynsuojaksi ja moderaattoriksi erittäin pitkän matkan avaruusalusten ydinvoiman lämpövoimajärjestelmille.

Taiteilijan esittämä ydinvoimalla toimiva avaruusalusta, joka kiertää Marsia. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Lähde: Wikimedia Commons.

Sen matala tiheys ja korkea vetypitoisuus mahdollistavat tehokkaan ydinvoimareaktorin massan ja tilavuuden pienentämisen.

- Suojauksena kosmiselta säteilyltä

Avaruussäteilylle altistuminen on merkittävin riski ihmisten terveydelle tulevissa planeettojenvälisissä tutkimusmatkoissa.

Syvässä avaruudessa astronautit altistuvat galaktisten kosmisten säteiden (korkean energian ionit) ja aurinkohiukkasten poistumistapahtumien (protonit) koko spektrille.

Säteilyaltistuksen vaara yhdistetään tehtävien pituuteen. Lisäksi on harkittava niiden tutkimuspaikkojen suojaamista, joissa tutkijat asuvat.

Marsin planeetan tulevan elinympäristön simulointi. NASA. Lähde: Wikimedia Commons.

Tässä mielessä, tutkimus suoritetaan 2018 osoitti, että materiaalien joukossa testattu, LiH tarjoaa suurin vähennys säteilyn grammaa kohti cm ², mikä on yksi parhaat ehdokkaat voidaan käyttää suojaa avaruussäteilylle. Näitä tutkimuksia on kuitenkin syvennettävä.

Käyttö vedyn turvalliseen varastointiin ja kuljettamiseen

Energian hankkiminen H _{2: sta} on jotain, jota on tutkittu useita kymmeniä vuosia ja joka on jo löytänyt sovelluksen fossiilisten polttoaineiden korvaamiseen kuljetusvälineissä.

H ₂ voidaan käyttää polttokennoissa ja edistää tuotannon vähentäminen CO ₂ ja NO _x, jolloin vältetään kasvihuoneilmiötä ja saastumista. Kuitenkaan tehokasta järjestelmää H _{2: n} turvallista varastointia ja kuljetusta varten, kevyellä, pienikokoisella tai pienikokoisella, joka varastoi sen nopeasti ja vapauttaa H _{2: n} yhtä nopeasti, ei ole vielä löydetty.

Litiumhydridi LiH on yksi alkalimetallihydridit, jolla on korkein tallennuskapasiteetti H ₂ (12,7 paino-% H). Julkaisut H ₂ hydrolyysillä mukaisesti seuraavan reaktion:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH toimittaa 0,254 kg vetyä jokaisesta kg LiH: ta. Lisäksi sillä on suuri säilytyskapasiteetti tilavuusyksikköä kohti, mikä tarkoittaa, että se on kevyt ja kompakti väliaine H ₂ -varastointia varten.

Moottoripyörä, jonka polttoaine on vety, varastoituna metallihydridin, kuten LiH: n, muodossa. USA: n DOE-energiatehokkuus ja uusiutuva energia (EERE). Lähde: Wikimedia Commons.

Lisäksi LiH muodostaa helpommin kuin muut alkalimetallihydridit ja on kemiallisesti vakaa ympäristön lämpötiloissa ja paineissa. LiH voidaan kuljettaa valmistajalta tai toimittajalta käyttäjälle. Sitten, hydrolysoimalla LiH, H ₂ generoidaan ja sitä käytetään turvallisesti.

Muodostunut litiumhydroksidi LiOH voidaan palauttaa toimittajalle, joka regeneroi litiumin elektrolyysillä ja tuottaa sitten uudelleen LiH: ta.

LiH: ta on myös tutkittu onnistuneesti käytettäväksi yhdessä boratun hydratsiinin kanssa samaan tarkoitukseen.

Käyttö kemiallisissa reaktioissa

LiH mahdollistaa monimutkaisten hydridien synteesin.

Se toimii esimerkiksi litiumtrietyyliboorihydridin valmistamiseksi, joka on voimakas nukleofiili orgaanisissa halogenidien korvausreaktioissa.

Viitteet

1. Sato, Y. ja Takeda, O. (2013). Vedyn varastointi- ja kuljetusjärjestelmä litiumhydridin kautta käyttämällä sulaa suolateknologiaa. Julkaisussa Sulatut suolat. Luku 22, sivut 451-470. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
2. Yhdysvaltain lääketieteellinen kirjasto. (2019). Litiumhydridi. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. et ai. (2019). Tutkimus litiumhydridin lämpöydinvaikutuksen vaikutuksesta ydinvoimahiukkaskerrosreaktorin reaktiivisuuteen. Annals of Nuclear Energy 128 (2019) 24-32. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
4. Cotton, F. Albert ja Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kehittynyt epäorgaaninen kemia. Neljäs painos. John Wiley & Sons.
5. Giraudo, M. et ai. (2018). Kiihdyttimeen perustuvat testit erilaisten materiaalien ja monikerrosten suojauksen tehokkuudesta korkeaenergisillä kevyillä ja raskailla ioneilla. Säteilytutkimus 190; 526-537 (2018). Palautettu osoitteesta ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Litiumhydridi: Avaruuskauden suojamateriaali. Nuclear Engineering and Design 26, 3, helmikuu 1974, sivut 444-460. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Ydinreaktorit: Suojamateriaalit. Materiaalien tietosanakirja: Tiede ja tekniikka (toinen painos). Sivut 6377-6384. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
8. Hügle, T. et ai. (2009). Hydratsiiniboraani: Lupaava vedyn varastointimateriaali. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.