HIDRURĂ DE LITIU: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, OBȚINERE, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Hidrură de litiu și este un solid anorganic având cristalin formula chimică LiH. Este cea mai ușoară sare anorganică, greutatea sa moleculară este de numai 8 g / mol. Este format prin unirea unui ion de litiu Li ⁺ și a unui ion de hidru H ^- . Ambele sunt legate printr-o legătură ionică.

LiH are un punct de topire ridicat. Reacționează ușor cu apă și se produce gaz de hidrogen în reacție. Poate fi obținut prin reacția dintre metalul litiu topit și gazul hidrogen. Este utilizat pe scară largă în reacțiile chimice pentru obținerea altor hidruri.

Hidrură de litiu, LiH. Nu a fost furnizat niciun autor care poate fi citit de mașină. JTiago și-a asumat (bazat pe revendicări de copyright). . Sursa: Wikimedia Commons.

LiH a fost folosit pentru a proteja împotriva radiațiilor periculoase, cum ar fi cele găsite în reactoarele nucleare, adică radiațiile ALPHA, BETA, GAMMA, protonii, razele X și neutronii.

De asemenea, a fost propusă pentru protecția materialelor din rachetele spațiale alimentate cu propulsie termică nucleară. Studiile sunt chiar realizate pentru a fi utilizate ca protecție a ființei umane împotriva radiațiilor cosmice în timpul călătoriilor viitoare pe planeta Marte.

Structura

În hidrura de litiu, hidrogenul are o sarcină negativă H ^- , deoarece a scăzut un electron din metal, care este sub formă de ion Li ⁺ .

Configurația electronilor cationului Li ⁺ este: 1s ^2, care este foarte stabil. Și structura electronică a anionului de hidru H ^- este: 1s ² , care este de asemenea foarte stabil.

Cationul și anionul sunt unite prin forțe electrostatice.

Cristalul de hidrură de litiu are aceeași structură ca clorura de sodiu NaCl, adică o structură de cristal cubic.

Structura cristalină cubică a hidrurii de litiu. Autor: Benjah-bmm27. Sursa: Wikimedia Commons.

Nomenclatură

- Hidrură de litiu

- LiH

Proprietăți

Stare fizică

Solid cristalin alb sau incolor. LiH-ul comercial poate fi albastru-gri datorită prezenței unor cantități mici de litiu metal.

Greutate moleculară

8 g / mol

Punct de topire

688 ºC

Punct de fierbere

Se descompune la 850 ºC.

temperatură de autoaprindere

200 ºC

Densitate

0,78 g / cm ³

Solubilitate

Reacționează cu apa. Este insolubil în eteri și hidrocarburi.

Alte proprietăți

Hidrura de litiu este mult mai stabilă decât hidrurile celorlalte metale alcaline și poate fi topită fără descompunere.

Nu este afectat de oxigen dacă este încălzit la temperaturi sub roșu. De asemenea , este afectată de clor Cl ₂ și HCI acid clorhidric.

Contactul LiH cu căldură și umiditate provoacă o reacție exotermă (generează căldură) și evoluția hidrogenului H ₂ și hidroxid de litiu LiOH.

Poate forma un praf fin care poate exploda în contact cu flăcările, căldura sau materialele oxidante. Acesta nu trebuie să intre în contact cu oxidul azotat sau oxigenul lichid, deoarece poate exploda sau se va aprinde.

Se întunecă atunci când este expus la lumină.

Obținerea

Hidrura de litiu a fost obținută în laborator prin reacția dintre metalul litiu topit și gazul hidrogen la o temperatură de 973 K (700 ºC).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Rezultate bune se obțin atunci când suprafața expusă a litiului topit este crescută și când timpul de sedimentare a LiH este scăzut. Este o reacție exotermică.

Folosiți ca scut de protecție împotriva radiațiilor periculoase

LiH are o serie de caracteristici care îl fac atractiv pentru utilizare ca protecție pentru oameni în reactoarele nucleare și sistemele spațiale. Iată câteva dintre aceste caracteristici:

- Are un conținut ridicat de hidrogen (12,68% în greutate H) și un număr mare de atomi de hidrogen pe unitatea de volum (5,85 x 10 ²² H atomi / cm ³ ).

- Punctul său ridicat de topire îi permite să fie utilizat în medii cu temperaturi ridicate, fără topire.

- Are o presiune de disociere scăzută (~ 20 torr în punctul său de topire) care permite topirea și congelarea materialului fără a se degrada sub presiune scăzută de hidrogen.

- Are o densitate scăzută ceea ce îl face atractiv pentru a fi utilizat în sistemele spațiale.

- Cu toate acestea, dezavantajele sale sunt conductivitatea termică scăzută și proprietățile mecanice slabe. Dar acest lucru nu și-a diminuat aplicabilitatea.

- Piesele LiH care servesc ca scuturi sunt fabricate prin presare la cald sau la rece și prin topire și turnare în forme. Deși această ultimă formă este preferată.

- La temperatura camerei, părțile sunt protejate de vaporii de apă și apă și la temperaturi ridicate de o suprapresiune mică de hidrogen într-un recipient sigilat.

- În reactoarele nucleare

În reactoarele nucleare există două tipuri de radiații:

Radiații ionizante direct

Sunt particule puternic energice care transportă sarcină electrică, cum ar fi particule alfa (α) și beta (β) și protoni. Acest tip de radiații interacționează foarte puternic cu materialele scuturilor, provocând ionizarea prin interacțiunea cu electronii atomilor materialelor prin care trec.

Radiații ionizante indirect

Sunt neutroni, raze gamma (γ) și raze X, care sunt pătrunzători și necesită o protecție masivă, deoarece implică emisia de particule secundare încărcate, care sunt cauzele ionizării.

Simbol pentru avertizarea riscului de radiații periculoase. IAEA & ISO. Sursa: Wikimedia Commons.

Conform unor surse, LiH este eficient în protejarea materialelor și a oamenilor împotriva acestor tipuri de radiații.

- În sistemele spațiale de propulsie termică nucleară

LiH a fost ales recent ca un potențial material de protecție împotriva radiațiilor nucleare și moderator pentru sisteme de propulsie termică nucleară pentru nave spațiale cu voiaj foarte lung.

Reprezentarea unui artist a unui vehicul spațial alimentat cu energie nucleară care orbitează pe Marte. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Sursa: Wikimedia Commons.

Densitatea scăzută și conținutul ridicat de hidrogen face posibilă reducerea eficientă a masei și volumului reactorului cu energie nucleară.

- În protecția împotriva radiațiilor cosmice

Expunerea la radiații spațiale este cel mai important risc pentru sănătatea umană în viitoarele misiuni de explorare interplanetară.

În spațiul profund, astronauții vor fi expuși spectrului complet de raze cosmice galactice (ioni cu energie mare) și evenimente de expulzare a particulelor solare (protoni).

Pericolul expunerii la radiații este agravat de durata misiunilor. În plus, trebuie luată în considerare și protecția locurilor pe care exploratorii le vor locui.

Simularea habitatului viitor de pe planeta Marte. NASA. Sursa: Wikimedia Commons.

În acest sens, un studiu efectuat în 2018 a indicat că printre materialele testate, LiH oferă cea mai mare reducere radiatii per gram per cm ² , fiind astfel unul dintre cei mai buni candidați pentru a fi utilizate în protecția împotriva radiațiilor cosmice. Cu toate acestea, aceste studii trebuie aprofundate.

Utilizarea ca mijloc de depozitare și transport în siguranță a hidrogenului

Obținerea de energie din H ₂ este ceva care a fost studiat de câteva zeci de ani și a găsit deja aplicație pentru a înlocui combustibilii fosili în vehiculele de transport.

H ₂ poate fi utilizat în celule de combustibil și să contribuie la reducerea producției de CO ₂ și NO _x , evitându -se astfel efectul de seră și a poluării. Cu toate acestea, nu a fost încă găsit un sistem eficient pentru stocarea și transportul H _{2 în} condiții de siguranță, ușoare, compacte sau de dimensiuni mici, care îl depozitează rapid și eliberează H ₂ la fel de rapid.

Hidrură de litiu LiH este una dintre hidrurile alcaline , care are cea mai mare capacitate de stocare pentru H ₂ (12,7% în greutate H). Emisiile H ₂ prin hidroliză , conform următoarei reacții:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH furnizează 0,254 Kg hidrogen pentru fiecare Kg LiH. În plus, are o capacitate mare de stocare pe unitatea de volum, ceea ce înseamnă că este ușor și este un mediu compact pentru stocarea H ₂ .

Motocicletă al cărui combustibil este hidrogenul depozitat sub formă de hidrură de metal cum este LiH. Eficiența energetică din SUA DOE și energia regenerabilă (EERE). Sursa: Wikimedia Commons.

În plus, LiH se formează mai ușor decât alți hidruri de metale alcaline și este stabil chimic la temperaturi și presiuni ambientale. LiH-ul poate fi transportat de la producător sau furnizor la utilizator. Apoi, prin hidroliza LiH, H ₂ este generat și acest lucru este utilizat în condiții de siguranță.

Hidroxidul de litiu format LiOH poate fi returnat furnizorului care regenerează litiu prin electroliză, apoi produce din nou LiH.

LiH a fost, de asemenea, studiat cu succes pentru a fi utilizat în combinație cu hidrazină borată în același scop.

Utilizare în reacții chimice

LiH permite sinteza hidrurilor complexe.

Servește, de exemplu, la prepararea trietilborohidridei de litiu, care este un nucleofil puternic în reacțiile de deplasare a halogenelor organice.

Referințe

1. Sato, Y. și Takeda, O. (2013). Sistem de stocare și transport a hidrogenului prin hidrură de litiu folosind tehnologia sării topite. În chimia sărurilor topite Capitolul 22, paginile 451-470. Recuperat de la sciencedirect.com.
2. Biblioteca Națională de Medicină din SUA. (2019). Hidrură de litiu. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. și colab. (2019). Investigații cu privire la impactul efectului nucleului termic al hidrurii de litiu asupra reactivității reactorului cu pat de particule nucleare cu propulsie nucleară. Analele energiei nucleare 128 (2019) 24-32. Recuperat de la sciencedirect.com.
4. Cotton, F. Albert și Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimie anorganică avansată. A patra editie. John Wiley & Sons.
5. Giraudo, M. și colab. (2018). Teste bazate pe accelerație de eficiență de protecție a diferitelor materiale și multistraturi folosind lumină mare și ioni grei. Cercetarea radiațiilor 190; 526-537 (2018). Recuperat din ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Hidrură de litiu: material de protecție pentru vârstă spațială. Inginerie nucleară și proiectare 26, 3, februarie 1974, paginile 444-460. Recuperat de la sciencedirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Reactori nucleari: materiale de protecție. În Enciclopedia materialelor: știință și tehnologie (ediția a doua). Pagini 6377-6384. Recuperat de la sciencedirect.com.
8. Hügle, T. și colab. (2009). Hydrazine Borane: un material promițător pentru depozitarea hidrogenului. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Recuperat din pubs.acs.org.