HYDRID LÍTNY: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, ZÍSKAVANIE, POUŽITIA - CHÉMIA - 2025

Hydrid lítny je kryštalický anorganická pevná látka s chemický vzorec lithiumhydrid. Je to najľahšia anorganická soľ, jej molekulová hmotnosť je iba 8 g / mol. Tvorí sa spojením lítneho iónu Li ⁺ a hydridového iónu H ^- . Obidve sú spojené iónovou väzbou.

LiH má vysokú teplotu topenia. Ľahko reaguje s vodou a pri reakcii vzniká plynný vodík. Môže sa získať reakciou medzi roztaveným kovom lítia a plynným vodíkom. V chemických reakciách sa bežne používa na získanie iných hydridov.

Hydrid lítny, LiH. Nebol poskytnutý žiadny strojovo čitateľný autor. Predpokladá sa spoločnosť JTiago (na základe nárokov na autorské práva). , Zdroj: Wikimedia Commons.

LiH sa používa na ochranu pred nebezpečným žiarením, aké sa vyskytuje v jadrových reaktoroch, tj žiarenie ALPHA, BETA, GAMMA, protóny, röntgenové lúče a neutróny.

Navrhlo sa tiež na ochranu materiálov vo vesmírnych raketách poháňaných jadrovým tepelným pohonom. Štúdie sa dokonca uskutočňujú na ochranu človeka pred kozmickým žiarením počas budúcich ciest na planétu Mars.

štruktúra

V hydride lítnom má vodík záporný náboj H ^- , pretože odčítal elektrón od kovu, ktorý je vo forme iónu Li ⁺ .

Elektrónová konfigurácia Li ⁺ katiónu je: 1 s ^2, ktorá je veľmi stabilná. A elektronická štruktúra hydridového aniónu H ^- je: 1s ² , ktorá je tiež veľmi stabilná.

Katión a anión sú spojené elektrostatickými silami.

Kryštál hydridu lítneho má rovnakú štruktúru ako chlorid sodný NaCl, to znamená kryštalickú štruktúru kubických.

Kubická kryštalická štruktúra hydridu lítneho. Autor: Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

názvoslovie

- hydrid lítny

- LiH

vlastnosti

Fyzický stav

Biela alebo bezfarebná kryštalická tuhá látka. Komerčný LiH môže byť modrošedý v dôsledku prítomnosti malého množstva kovového lítia.

Molekulová hmotnosť

8 g / mol

Bod topenia

688 ° C

Bod varu

Rozkladá sa pri 850 ° C.

Teplota samovznietenia

200 ° C

Hustota

0,78 g / cm ³

rozpustnosť

Reaguje s vodou. Je nerozpustný v éteroch a uhľovodíkoch.

Ďalšie vlastnosti

Hydrid lítny je oveľa stabilnejší ako hydridy iných alkalických kovov a môže sa topiť bez rozkladu.

Nie je ovplyvnený kyslíkom, ak je zahrievaný na teploty pod červenou. To je tiež ovplyvnená chlóru Cl ₂ a kyseliny chlorovodíkovej chlorovodíkovej.

Styk LiH s tepla a vlhkosti spôsobuje exotermickej reakcii (teplo) a vývoj vodíka H ₂ a hydroxid lítny LiOH.

Môže vytvárať jemný prach, ktorý môže pri kontakte s ohňom, teplom alebo oxidujúcimi materiálmi vybuchnúť. Nemalo by prísť do kontaktu s oxidom dusným alebo tekutým kyslíkom, pretože môže explodovať alebo vznietiť.

Pri vystavení svetlu stmavne.

získanie

Hydrid lítny sa v laboratóriu získal reakciou medzi roztaveným kovom lítia a vodíkom pri teplote 973 K (700 ° C).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Dobré výsledky sa dosiahnu, keď sa zvýši exponovaný povrch roztaveného lítia a keď sa zníži doba sedimentácie LiH. Je to exotermická reakcia.

Používajte ako ochranný štít proti nebezpečnému žiareniu

LiH má množstvo charakteristík, vďaka ktorým je atraktívny na použitie ako ochrana ľudí v jadrových reaktoroch a vesmírnych systémoch. Tu sú niektoré z týchto charakteristík:

- má vysoký obsah vodíka (12,68% hmotnostných H) a vysoký počet atómov vodíka na jednotku objemu (5,85 x 10 ²² atómov H / cm ³ ).

- Vysoká teplota topenia umožňuje použitie v prostredí s vysokou teplotou bez topenia.

- Má nízky disociačný tlak (~ 20 torr v jeho bode topenia), ktorý umožňuje roztavenie a zmrazenie materiálu bez degradácie pri nízkom tlaku vodíka.

- Má nízku hustotu, vďaka čomu je atraktívne pre použitie vo vesmírnych systémoch.

- Jeho nevýhodou je však nízka tepelná vodivosť a zlé mechanické vlastnosti. To však nezmenšilo jeho uplatniteľnosť.

- Časti LiH, ktoré slúžia ako štíty, sa vyrábajú lisovaním za horúca alebo za studena a tavením a nalievaním do foriem. Aj keď je táto posledná forma preferovaná.

- Pri izbovej teplote sú časti chránené pred vodou a vodnou parou a pri vysokých teplotách malým pretlakom vodíka v uzavretej nádobe.

- V jadrových reaktoroch

V jadrových reaktoroch existujú dva typy žiarenia:

Priamo ionizujúce žiarenie

Sú to vysoko energetické častice, ktoré nesú elektrický náboj, ako sú napríklad alfa (a) a beta (β) častice a protóny. Tento typ žiarenia veľmi silno interaguje s materiálmi štítov a spôsobuje ionizáciu tým, že interaguje s elektrónmi atómov materiálov, cez ktoré prechádzajú.

Nepriamo ionizujúce žiarenie

Sú to neutróny, gama lúče (y) a röntgenové lúče, ktoré prenikajú a vyžadujú masívnu ochranu, pretože zahŕňajú emisie sekundárnych nabitých častíc, ktoré spôsobujú ionizáciu.

Symbol upozorňujúci na nebezpečenstvo nebezpečného žiarenia. IAEA a ISO. Zdroj: Wikimedia Commons.

Podľa niektorých zdrojov je LiH účinný pri ochrane materiálov a ľudí pred týmito typmi žiarenia.

- Vo vesmírnych systémoch jadrového tepelného pohonu

LiH bol nedávno vybraný ako potenciálny ochranný štít pre jadrové žiarenie a moderátor pre jadrové systémy tepelného pohonu s veľmi dlhou plavbou.

Umelecké vykreslenie vesmírneho vozidla s jadrovým pohonom obiehajúceho okolo Marsu. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Zdroj: Wikimedia Commons.

Nízka hustota a vysoký obsah vodíka umožňujú účinné zníženie hmotnosti a objemu jadrového reaktora.

- Na ochranu pred kozmickým žiarením

Pri budúcich medziplanetárnych prieskumných misiách je vystavenie žiareniu vesmíru najvýznamnejším rizikom pre ľudské zdravie.

V kozmickom vesmíre budú astronauti vystavení celému spektru galaktických kozmických lúčov (ióny s vysokou energiou) a vyhadzovania slnečných častíc (protóny).

Nebezpečenstvo ožiarenia je znásobené dĺžkou misií. Okrem toho sa musí brať do úvahy aj ochrana miest, v ktorých budú bádatelia vyhľadávať.

Simulácia budúceho biotopu na planéte Mars. NASA. Zdroj: Wikimedia Commons.

V tomto poradí nápadov, štúdia vykonaná v roku 2018, je uvedené, že medzi materiálmi testované LiH poskytuje najväčší zníženie žiarenia na gram na cm ² , a tým je jedným z najlepších kandidátov, ktoré majú byť použité pri ochrane proti kozmického žiarenia. Tieto štúdie sa však musia prehĺbiť.

Použitie ako prostriedok bezpečného skladovania a prepravy vodíka

Získavanie energie z H _2, je niečo, čo bol skúmaný po dobu niekoľkých desiatok rokov a už našiel uplatnenie nahradiť fosílne palivá v dopravných prostriedkoch.

H ₂ môže byť použitý v palivových článkoch a prispieť k zníženiu produkcie CO ₂ a NO _x , čím sa zabráni skleníkový efekt a znečistenia. Avšak, účinný systém pre skladovanie a prepravu H ₂ bezpečne, nízkej hmotnosti, kompaktnej alebo malých rozmerov, ktoré sa rýchlo ukladá a uvoľňuje H ₂ rovnako rýchlo , nebol doteraz nájdený .

Lítiumalumíniumhydrid LiH je jedným z hydridov alkalických kovov, ktoré má najvyššiu skladovacie kapacity pre H ₂ (12,7% hmotnostných H). Uvoľňuje H ₂ hydrolýzou podľa nasledujúcej reakcie:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH dodáva 0,254 kg vodíka na každý kilogram LiH. Okrem toho, že má vysokú kapacitu na jednotku objemu, čo znamená, že je ľahký a má kompaktný médium pre H ₂ skladovanie .

Motocykel, ktorého palivo je uložené vo forme hydridu kovu, ako je LiH. US DOE Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE). Zdroj: Wikimedia Commons.

Okrem toho sa LiH tvorí ľahšie ako iné hydridy alkalických kovov a je chemicky stabilný pri okolitých teplotách a tlakoch. LiH sa môže prepravovať od výrobcu alebo dodávateľa k používateľovi. Potom, hydrolýzou LiH, H ₂ je generovaný a používa sa bezpečne.

Vytvorený hydroxid lítny LiOH sa môže vrátiť dodávateľovi, ktorý regeneruje lítium elektrolýzou a potom znova vyrába LiH.

LiH bol tiež úspešne študovaný na použitie v spojení s borátovaným hydrazínom na ten istý účel.

Použitie pri chemických reakciách

LiH umožňuje syntézu komplexných hydridov.

Slúži napríklad na prípravu trietylborohydridu lítneho, ktorý je silným nukleofilom v reakciách nahradenia organickým halogenidom.

Referencie

1. Sato, Y. a Takeda, O. (2013). Systém na uchovávanie a prepravu vodíka cez hydrid lítny využívajúci technológiu roztavenej soli. V Molten Salts Chemistry. Kapitola 22, strany 451-470. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
2. Americká národná lekárska knižnica. (2019). Hydrid lítny. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. a kol. (2019). Výskum vplyvu tepelného jadra hydridu lítneho na reaktivitu reaktora s lôžkom s jadrovým pohonom. Annals of Nuclear Energy 128 (2019) 24-32. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
4. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chémia. Štvrté vydanie. John Wiley a synovia.
5. Giraudo, M. a kol. (2018). Testy účinnosti tienenia rôznych materiálov a viacvrstiev založené na urýchľovačoch pomocou vysokoenergetických ľahkých a ťažkých iónov. Radiation Research 190; 526-537 (2018). Získané z ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Hydrid lítny: materiál na ochranu pred vesmírnym vekom. Nuclear Engineering and Design 26, 3. februára 1974, strany 444-460. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Jadrové reaktory: tieniace materiály. In Encyclopedia of Materials: Science and Technology (Druhé vydanie). Strany 6377-6384. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
8. Hügle, T. a kol. (2009). Hydrazín borán: sľubný materiál na uchovávanie vodíka. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Obnovené z adresy pubs.acs.org.