Struktura hydridu lithného, ​​vlastnosti, výroba, použití

4740
Jonah Lester
Struktura hydridu lithného, ​​vlastnosti, výroba, použití

The hydrid lithný je to krystalická anorganická pevná látka, jejíž chemický vzorec je LiH. Je to nejlehčí anorganická sůl, její molekulová hmotnost je pouze 8 g / mol. Vzniká spojením lithium-iontového Li+ a hydridový ion H-. Oba jsou spojeny iontovou vazbou.

LiH má vysokou teplotu tání. Snadno reaguje s vodou a při reakci se vytváří plynný vodík. Lze jej získat reakcí mezi roztaveným kovem lithia a plynným vodíkem. Je široce používán v chemických reakcích k získání dalších hydridů.

Lithium hydrid, LiH. Nebyl poskytnut žádný strojově čitelný autor. JTiago předpokládal (na základě stížností na porušení autorských práv). [Veřejná doména]. Zdroj: Wikimedia Commons.

LiH se používá k ochraně před nebezpečným zářením, jako je záření v jaderných reaktorech, tj. Záření ALPHA, BETA, GAMMA, protony, rentgenové záření a neutrony..

Rovněž bylo navrženo pro ochranu materiálů v kosmických raketách poháněných jaderným tepelným pohonem. Provádějí se dokonce studie, které mají sloužit jako ochrana člověka před kosmickým zářením během budoucích cest na planetu Mars..

Rejstřík článků

  • 1 Struktura
  • 2 Názvosloví
  • 3 Vlastnosti
    • 3.1 Fyzický stav
    • 3,2 Molekulová hmotnost
    • 3.3 Teplota tání
    • 3.4 Bod varu
    • 3.5 Teplota samovznícení
    • 3.6 Hustota
    • 3.7 Rozpustnost
    • 3.8 Další vlastnosti
  • 4 Získání
  • 5 Používejte jako ochranný štít proti nebezpečnému záření
    • 5.1 - V jaderných reaktorech
    • 5.2 - V kosmických systémech jaderného tepelného pohonu
    • 5.3 - V ochraně před kosmickým zářením
  • 6 Použití jako prostředek bezpečného skladování a přepravy vodíku
  • 7 Použití v chemických reakcích
  • 8 Reference

Struktura

Vodík v hydridu lithném má záporný náboj H-, protože odečetl elektron od kovu, který je ve formě Li iontu+.

Elektronová konfigurace kationtu Li+ je: [He] 1sdva což je velmi stabilní. A elektronová struktura hydridového aniontu H- je: 1 sdva, což je také velmi stabilní.

Kation a anion jsou spojeny elektrostatickými silami.

Krystal lithia hydridu má stejnou strukturu jako chlorid sodný NaCl, to znamená kubickou krystalickou strukturu.

Krychlová krystalová struktura hydridu lithného. Autor: Benjah-bmm27. Zdroj: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Lithium hydrid

- LiH

Vlastnosti

Fyzický stav

Bílá nebo bezbarvá krystalická pevná látka. Komerční LiH může být modrošedý kvůli přítomnosti malého množství kovového lithia..

Molekulární váha

8 g / mol

Bod tání

688 ° C

Bod varu

Rozkládá se při 850 ° C.

teplota samovznícení

200 ° C

Hustota

0,78 g / cm3

Rozpustnost

Reaguje s vodou. Je nerozpustný v etherech a uhlovodících.

Další vlastnosti

Lithium hydrid je mnohem stabilnější než hydridy jiných alkalických kovů a lze ho roztavit bez rozkladu..

Není ovlivněn kyslíkem, pokud je zahříván na teplotu pod červenou. Rovněž není ovlivněn chlorem Cldva a kyselina chlorovodíková HC1.

Kontakt LiH s teplem a vlhkostí způsobuje exotermickou reakci (generuje teplo) a vývoj vodíku Hdva a hydroxid lithný LiOH.

Může tvořit jemný prach, který může explodovat při kontaktu s plameny, teplem nebo oxidačními materiály. Nesmí přijít do styku s oxidem dusným nebo kapalným kyslíkem, protože může explodovat nebo vznítit.

Při vystavení světlu ztmavne.

Získávání

Hydrid lithný byl získán v laboratoři reakcí mezi roztaveným kovem lithia a plynným vodíkem při teplotě 973 K (700 ° C).

2 Li + Hdva → 2 LiH

Dobré výsledky jsou dosaženy, když je zvýšen exponovaný povrch roztaveného lithia a když je snížena doba sedimentace LiH. Je to exotermická reakce.

Používejte jako ochranný štít proti nebezpečnému záření

LiH má řadu charakteristik, díky nimž je atraktivní pro použití jako ochrana lidí v jaderných reaktorech a vesmírných systémech. Zde jsou některé z těchto charakteristik:

- Má vysoký obsah vodíku (12,68% hmotnostních H) a vysoký počet atomů vodíku na jednotku objemu (5,85 x 1022 H atomy / cm3).

- Jeho vysoká teplota tání umožňuje použití v prostředí s vysokou teplotou bez roztavení.

- Má nízký disociační tlak (~ 20 torr při teplotě tání), což umožňuje roztavení a zmrazení materiálu bez degradace za nízkého tlaku vodíku..

- Má nízkou hustotu, takže je atraktivní pro použití v kosmických systémech..

- Jeho nevýhodami jsou však nízká tepelná vodivost a špatné mechanické vlastnosti. To však nezmenšilo jeho použitelnost.

- Části LiH, které slouží jako štíty, se vyrábějí lisováním za tepla nebo za studena a tavením a litím do forem. I když se dává přednost této poslední formě.

- Při pokojové teplotě jsou díly chráněny před vodou a vodní párou a při vysokých teplotách malým přetlakem vodíku v uzavřené nádobě.

- V jaderných reaktorech

V jaderných reaktorech existují dva typy záření:

Přímo ionizující záření

Jsou to vysoce energetické částice, které přenášejí elektrický náboj, jako jsou alfa (α) a beta (β) částice a protony. Tento typ záření velmi silně interaguje s materiály štítů a způsobuje ionizaci interakcí s elektrony atomů materiálů, kterými procházejí..

Nepřímo ionizující záření

Jsou to neutrony, gama paprsky (γ) a rentgenové paprsky, které pronikají a vyžadují masivní ochranu, protože zahrnují emisi sekundárně nabitých částic, které způsobují ionizaci..

Symbol varující před nebezpečím nebezpečného záření. IAEA a ISO [veřejná doména]. Zdroj: Wikimedia Commons.

Podle některých zdrojů je LiH účinný při ochraně materiálů a lidí před těmito typy záření.

- V kosmických systémech jaderného tepelného pohonu

LiH byl nedávno vybrán jako potenciální moderátor a materiál chránící před jaderným zářením pro jaderné tepelné pohonné systémy kosmických lodí s velmi dlouhou plavbou..

Umělecké ztvárnění vesmírného vozidla s jaderným pohonem obíhajícího kolem Marsu. NASA / SAIC / Pat Rawlings [Public domain]. Zdroj: Wikimedia Commons.

Jeho nízká hustota a vysoký obsah vodíku umožňují efektivní snížení hmotnosti a objemu jaderného reaktoru..

- Na ochranu před kosmickým zářením

Vystavení kosmickému záření je nejdůležitějším rizikem pro lidské zdraví v budoucích meziplanetárních průzkumných misích.

V hlubokém vesmíru budou astronauti vystaveni celému spektru galaktických kosmických paprsků (ionty s vysokou energií) a událostem vymrštění slunečních částic (protony)..

Nebezpečí radiační expozice je umocněno délkou misí. Kromě toho je třeba vzít v úvahu také ochranu míst, která průzkumníci obývají.

Simulace budoucího stanoviště na planetě Mars. NASA [Public domain]. Zdroj: Wikimedia Commons.

V tomto duchu studie provedená v roce 2018 ukázala, že mezi testovanými materiály poskytuje LiH největší snížení záření na gram na cmdva, je tedy jedním z nejlepších kandidátů na ochranu před kosmickým zářením. Tyto studie však musí být prohloubeny.

Používejte jako bezpečné skladovací a přepravní médium pro vodík

Získávání energie z Hdva Je to něco, co bylo studováno několik desítek let a již našlo uplatnění při nahrazování fosilních paliv v dopravních prostředcích.

Hdva mohou být použity v palivových článcích a přispívají ke snížení produkce COdva a žádnáX, čímž se zabrání skleníkovým efektům a znečištění. Efektivní systém pro skladování a přepravu H však dosud nebyl nalezendva bezpečně, lehký, kompaktní nebo malý, rychle skladovatelný a uvolnit Hdva stejně rychle.

Lithium hydrid LiH je jedním z alkalických hydridů, který má nejvyšší skladovací kapacitu pro Hdva (12,7% hmotn. H). Uvolněte Hdva hydrolýzou podle následující reakce:

LiH + HdvaO → LiOH + Hdva

LiH dodává 0,254 kg vodíku na každou kg LiH. Kromě toho má vysokou úložnou kapacitu na jednotku objemu, což znamená, že je lehký a je kompaktním médiem pro skladování Hdva.

Motocykl, jehož palivem je vodík, uložený ve formě hydridu kovu, jako je LiH. NÁS. Energetická účinnost a obnovitelná energie (EERE) [Veřejné vlastnictví]. Zdroj: Wikimedia Commons.

LiH se navíc tvoří snadněji než jiné hydridy alkalických kovů a je chemicky stabilní při okolních teplotách a tlacích. LiH lze přepravovat od výrobce nebo dodavatele k uživateli. Poté se hydrolýzou LiH vytvoří Hdva a toto se používá bezpečně.

Vytvořený hydroxid lithný LiOH může být vrácen dodavateli, který regeneruje lithium elektrolýzou a poté znovu produkuje LiH..

LiH byl také úspěšně studován pro použití ve spojení s borovaným hydrazinem pro stejný účel..

Použití v chemických reakcích

LiH umožňuje syntézu komplexních hydridů.

Používá se například k přípravě triethylborohydridu lithného, ​​který je silným nukleofilem při vytěsňovacích reakcích organických halogenidů..

Reference

  1. Sato, Y. a Takeda, O. (2013). Systém skladování a přepravy vodíku prostřednictvím hydridu lithného pomocí technologie roztavené soli. V Chemii roztavených solí. Kapitola 22, stránky 451-470. Obnoveno ze sciencedirect.com.
  2. NÁS. Národní lékařská knihovna. (2019). Lithium hydrid. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  3. Wang, L. a kol. (2019). Výzkum dopadu tepelně-jaderného účinku hydridu lithného na reaktivitu reaktoru s částicemi s jaderným pohonem. Annals of Nuclear Energy 128 (2019) 24-32. Obnoveno ze sciencedirect.com.
  4. Cotton, F. Albert a Wilkinson, Geoffrey. (1980). Pokročilá anorganická chemie. Čtvrté vydání. John Wiley & Sons.
  5. Giraudo, M. a kol. (2018). Akcelerátorové testy účinnosti stínění různých materiálů a vícevrstev pomocí vysoce energetických lehkých a těžkých iontů. Radiační výzkum 190; 526-537 (2018). Obnoveno z ncbi.nlm.nih.gov.
  6. Welch, F.H. (1974). Lithium hydrid: Materiál stínící vesmírný věk. Nuclear Engineering and Design 26, 3, únor 1974, strany 444-460. Obnoveno ze sciencedirect.com.
  7. Simnad, M. T. (2001). Jaderné reaktory: stínící materiály. In Encyclopedia of Materials: Science and Technology (Second Edition). Stránky 6377-6384. Obnoveno ze sciencedirect.com.
  8. Hügle, T. a kol. (2009). Hydrazine Borane: Slibný materiál pro skladování vodíku. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Obnoveno z pubs.acs.org.

Zatím žádné komentáře