LÍTIUM-HIDRID: SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, ELŐÁLLÍTÁS, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A lítium-hidrid egy kristályos szervetlen szilárd anyag, amelynek képlete LiH. Ez a legkönnyebb szervetlen só, molekulatömege csak 8 g / mol. A Li ⁺ lítiumion és a H ^- hidridion összekapcsolásával jön létre. Mindkettőt egy ionos kötés kapcsolja össze.

A LiH magas olvadáspontú. Könnyen reagál vízzel, és hidrogén-gáz képződik a reakcióban. Az olvadt lítium-fém és a hidrogén-gáz reakciójával nyerhető. Kémiai reakciókban széles körben használják más hidridok előállítására.

Lítium-hidrid, LiH. Nem áll rendelkezésre géppel olvasható szerző. JTiago feltételezte (szerzői jogi állítások alapján).. Forrás: Wikimedia Commons.

A LiH-t olyan veszélyes sugárzás elleni védelemre használják, mint például a nukleáris reaktorokban, azaz az ALPHA, a BETA, a GAMMA sugárzás, a protonok, a röntgen és a neutronok.

Javasolták továbbá a nukleáris hőmeghajtással hajtott űrrakétákban lévő anyagok védelmére. Még tanulmányokat készítenek annak érdekében, hogy az ember védelmére szolgáljanak a kozmikus sugárzás ellen a Mars bolygó jövőbeli utazása során.

Szerkezet

A lítium-hidrid, hidrogén-negatív töltés H ^-, mivel azt levonjuk egy elektront a fém, amely a formában a Li ⁺ ion.

Az elektron konfiguráció a Li ⁺ kation jelentése: 1s ² ami nagyon stabil. És a H ^- hidrid anion elektronszerkezete: 1s ², amely szintén nagyon stabil.

A kationt és az aniont elektrosztatikus erők kötik össze.

A lítium-hidrid-kristály szerkezete megegyezik a nátrium-klorid-nátrium-klorid szerkezetével, azaz egy köbös kristályszerkezettel rendelkezik.

A lítium-hidrid köbös kristályszerkezete. Szerző: Benjah-bmm27. Forrás: Wikimedia Commons.

Elnevezéstan

- Lítium-hidrid

- LiH

Tulajdonságok

Fizikai állapot

Fehér vagy színtelen kristályos szilárd anyag. A kereskedelmi forgalomban kapható LiH kék-szürke lehet kis mennyiségű lítium-fém jelenléte miatt.

Molekuláris tömeg

8 g / mol

Olvadáspont

688 ºC

Forráspont

850 ºC-on bomlik.

Öngyulladási hőmérséklet

200 ºC

Sűrűség

0,78 g / cm ³

Oldhatóság

Reagál vízzel. Éterekben és szénhidrogénekben nem oldódik.

Egyéb tulajdonságok

A lítium-hidrid sokkal stabilabb, mint a többi alkálifém hidridje, és bomlás nélkül megolvadhat.

Az oxigén nem befolyásolja, ha piros hőmérsékletre melegítik. Ugyancsak nem befolyásolja a klór Cl ₂ és sósav HCI.

A kapcsolati LiH hő és páratartalom okoz egy exoterm reakció (hőt), és a hidrogénfejlődés H ₂ és lítium-hidroxid LiOH.

Finom port képezhet, amely felrobbanhat lángokkal, hővel vagy oxidáló anyagokkal. Nem érintkezhet nitrogén-monoxiddal vagy folyékony oxigénnel, mivel felrobbanhat vagy meggyulladhat.

A fénynek kitéve sötétedik.

beszerzése

A lítium-hidridet laboratóriumban nyerték az olvadt lítium-fém és a hidrogén-gáz reakciójával 973 K (700 ° C) hőmérsékleten.

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Jó eredményeket érhetünk el, ha az olvadt lítium kitett felületét megnövelik, és a LiH ülepedési idejét lecsökkentik. Ez egy exoterm reakció.

Védőpajzsként használja a veszélyes sugárzás ellen

A LiH számos olyan tulajdonsággal rendelkezik, amelyek vonzóvá teszik az ember védelmére az atomreaktorokban és az űrrendszerekben. Íme néhány a következő jellemzőkről:

- Magas hidrogéntartalommal (12,68 tömegszázalék H) és nagy mennyiségű hidrogénatommal térfogatszázalékban (5,85 x 10 ²² H atom / cm ³).

- Magas olvadáspontja lehetővé teszi magas hőmérsékletű környezetben történő felhasználását olvadás nélkül.

- Alacsony disszociációs nyomással (~ 20 torr az olvadáspontján), amely lehetővé teszi az anyag megolvasztását és fagyasztását anélkül, hogy alacsony hidrogénnyomás alatt lebomlik.

- Kis sűrűséggel rendelkezik, ami vonzóvá teszi az űrrendszerekben történő felhasználást.

- Ennek hátrányai azonban az alacsony hővezető képesség és a rossz mechanikai tulajdonságok. De ez nem csökkentette alkalmazhatóságát.

- A pajzsként szolgáló LiH alkatrészeket meleg vagy hideg sajtolással, valamint öntéssel és formákba öntéssel állítják elő. Bár ez az utolsó forma előnyös.

- Szobahőmérsékleten az alkatrészeket védik a víz és a vízgőztől, és magas hőmérsékleteken egy kis lezárt tartályban a hidrogén kis túlnyomásával.

- Atomreaktorokban

A nukleáris reaktorokban kétféle sugárzás létezik:

Közvetlenül ionizáló sugárzás

Nagyon energikus részecskék, amelyek elektromos töltést hordoznak, mint például alfa (α) és béta (β) részecskék és protonok. Ez a fajta sugárzás nagyon erősen kölcsönhatásba lép a pajzsok anyagával, és ionizációt okoz azáltal, hogy kölcsönhatásba lép az anyag atomjainak elektronjaival, amelyeken áthaladnak.

Közvetett ionizáló sugárzás

Ezek neutronok, gamma (γ) és röntgen sugarak, amelyek áthatolnak és óriási védelmet igényelnek, mivel másodlagos töltésű részecskék kibocsátásával járnak, amelyek az ionizációt okozzák.

A veszélyes sugárzás veszélyét figyelmeztető szimbólum. NAÜ és ISO. Forrás: Wikimedia Commons.

Egyes források szerint a LiH hatékonyan védi az anyagokat és az embereket az ilyen típusú sugárzás ellen.

- A nukleáris hőmeghajtás űrrendszereiben

A LiH-t nemrégiben választották potenciális nukleáris sugárzás-védelemnek és moderátornak a nagyon hosszú utakú űrhajók nukleáris hőmeghajtó rendszerei számára.

Egy művész rendezvénye a Mars körül keringő nukleáris hajtóművel. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Forrás: Wikimedia Commons.

Kis sűrűsége és magas hidrogéntartalma lehetővé teszi az atomerőművi reaktor tömegének és térfogatának hatékony csökkentését.

- A kozmikus sugárzás elleni védelemben

Az űrsugárzásnak való kitettség a jövőbeli bolygóközi felderítési missziók során az emberi egészség legfontosabb veszélye.

A mély űrben az űrhajósok ki vannak téve a galaktikus kozmikus sugarak (teljes energia ionok) és a napenergia részecskekibocsátási események (protonok) teljes spektrumának.

A sugárterhelés veszélyét a küldetések hossza is megnöveli. Ezen felül a felfedezők lakóhelyeinek védelmét is figyelembe kell venni.

A Mars jövőbeli élőhelyének szimulálása. NASA. Forrás: Wikimedia Commons.

Ebben a szellemben, egy tanulmányt végzett 2018-ban jelezték, hogy többek között a tesztelt anyagok, lítium-hidrid biztosítja a legnagyobb csökkenését a sugárzás grammonként per cm ², és ily módon az egyik legjobb jelöltek kell használni elleni védelem kozmikus sugárzás. Ezeket a tanulmányokat azonban el kell mélyíteni.

Használja a hidrogén biztonságos tárolásának és szállításának eszközeként

A H _2- ből energia elnyerése olyan kérdés, amelyet több tucat éve vizsgáltak, és már alkalmazást találtak a fosszilis tüzelőanyagok pótlására a járművekben.

A H ₂ felhasználható az üzemanyagcellákban, és hozzájárulhat a CO ₂ és NO _x termelésének csökkentéséhez, elkerülve ezzel az üvegházhatást és a szennyeződést. Azonban egy hatékony rendszert tárolására és szállítására H ₂ biztonságosan, könnyű súly, kompakt vagy kis méret, amely tárolja és gyorsan kibocsátások H ₂ ugyanolyan gyorsan, még nem találtak.

Lítium-hidrid LiH egyike az alkáli-hidridek, amely a legnagyobb tárolási kapacitás H ₂ (12,7 tömeg% H). Releases H ₂ hidrolízissel az alábbi reakció:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

A LiH 0,254 kg hidrogént szállít minden kg LiH-nál. Ezen felül nagy tárolókapacitása van egy térfogatrészenként, ami azt jelenti, hogy könnyű és kompakt közeg a H ₂ tárolására.

Motorkerékpár, amelynek üzemanyaga hidrogén, fémhidrid, például LiH formájában tárolva. USA DOE energiahatékonyság és megújuló energia (EERE). Forrás: Wikimedia Commons.

Ezenkívül a LiH könnyebben képződik, mint más alkálifém-hidridek, és környezeti hőmérsékleten és nyomáson kémiailag stabil. A LiH szállítható a gyártótól vagy a szállítótól a felhasználóig. Ezután, hidrolízisével LiH, H ₂ keletkezik, és ez a biztonsággal alkalmazható.

A képződött lítium-hidroxid LiOH visszajuttatható a beszállítóhoz, amely elektrolízissel regenerálja a lítiumot, majd ismét LiH-t termel.

A LiH-t szintén sikeresen tanulmányozták a borátolt hidrazinnal együttesen történő alkalmazásra ugyanazon célra.

Használat kémiai reakciókban

A LiH lehetővé teszi komplex hidridek szintézisét.

Például lítium-trietil-borohidrid előállítására szolgál, amely erőteljes nukleofil szerves halogenid-elmozdulási reakciókban.

Irodalom

1. Sato, Y. és Takeda, O. (2013). Hidrogén tároló és szállító rendszer lítium-hidriddel olvadt só technológia felhasználásával. A Molten Salts Chemistry című cikkben. 22. fejezet, 451–470. Oldal. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
2. Az Egyesült Államok Nemzeti Orvostudományi Könyvtára. (2019). Lítium-hidrid. Helyreállítva: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. és mtsai. (2019). Vizsgáljuk a lítium-hidrid termikus maghatásának a nukleáris meghajtású részecskeágy-reaktor reakcióképességére gyakorolt ​​hatását. Annals of Nuclear Energy 128 (2019) 24-32. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
4. Cotton, F. Albert és Wilkinson, Geoffrey. (1980). Fejlett szervetlen kémia. Negyedik kiadás. John Wiley & Sons.
5. Giraudo, M. et al. (2018). Különböző anyagok és többrétegű rétegek hatékonyságának gyorsítón alapuló vizsgálata nagy energiájú könnyű és nehéz ionokkal. Sugárzási kutatás 190; 526-537 (2018). Helyreállítva az ncbi.nlm.nih.gov webhelyről.
6. Welch, FH (1974). Lítium-hidrid: Űrkortól védő anyag. Nuclear Engineering and Design, 26., 3., 1974. február, 444–460. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
7. Simnad, MT (2001). Nukleáris reaktorok: Árnyékoló anyagok. Anyag enciklopédia: Tudomány és technológia (második kiadás). 6377-6384. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
8. Hügle, T. et al. (2009). Hidrazin-borán: Ígéretes hidrogéntároló anyag. J. Am. Chem. Soc., 131, 7444-7446, 2009. Helyreállítva a pubs.acs.org webhelyről.