LITIJA HIDRĪDS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, IEGŪŠANA, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Litija hidrīda ir kristālisks neorganisks viela ar ķīmiskā formula LIH. Tas ir vieglākais neorganiskais sāls, tā molekulmasa ir tikai 8 g / mol. To veido litija jona Li ⁺ un hidrīda jona H ^{- savienojums} . Abus saista jonu saite.

LiH ir augsta kušanas temperatūra. Viegli reaģē ar ūdeni, un reakcijā rodas gāze. To var iegūt, reaģējot starp izkausētu litija metālu un ūdeņraža gāzi. To plaši izmanto ķīmiskās reakcijās, lai iegūtu citus hidrīdus.

Litija hidrīds, LiH. Nav sniegts neviens mašīnlasāms autors. JTiago pieņēma (pamatojoties uz autortiesību pretenzijām). . Avots: Wikimedia Commons.

LiH ir izmantots, lai aizsargātu pret bīstamu starojumu, piemēram, tādu, kas atrodams kodolreaktoros, tas ir, ALPHA, BETA, GAMMA starojumam, protoniem, rentgena stariem un neitroniem.

Tas ir ierosināts arī materiālu aizsardzībai kosmosa raķetēs, ko darbina ar kodolenerģiju saistītā termiskā piedziņa. Pat tiek veikti pētījumi, lai izmantotu cilvēku kā aizsardzību no kosmiskā starojuma turpmāko ceļojumu laikā uz planētu Marss.

Uzbūve

Litija hidīdā ūdeņradim ir negatīva maksa H ^- , jo tas no metāla ir atņēmis elektronu, kas ir Li ⁺ jonu formā .

Li ⁺ katjona elektronu konfigurācija ir: 1s ^2, kas ir ļoti stabila. Un elektroniskā struktūra hidrīda jonu saturošu anjonu H ^- ir: 1s ² , kas ir arī ļoti stabils.

Katjonu un anjonu savieno elektrostatiskie spēki.

Litija hidrīda kristālam ir tāda pati struktūra kā nātrija hlorīdam NaCl, tas ir, kubiska kristāla struktūrai.

Litija hidrīda kubisko kristālu struktūra. Autors: Benjah-bmm27. Avots: Wikimedia Commons.

Nomenklatūra

- litija hidrīds

- LiH

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Balta vai bezkrāsaina kristāliska cieta viela. Komerciālais LiH var būt zili pelēks, jo tajā ir maz litija metāla.

Molekulārais svars

8 g / mol

Kušanas punkts

688 ºC

Vārīšanās punkts

Sadalās 850 ºC temperatūrā.

Pašnoteikšanās temperatūra

200 ºC

Blīvums

0,78 g / cm ³

Šķīdība

Reaģē ar ūdeni. Tas nešķīst ēteros un ogļūdeņražos.

Citas īpašības

Litija hidrīds ir daudz stabilāks nekā citu sārmu metālu hidrīdi, un to var izkausēt nesadaloties.

Skābeklis to neietekmē, ja tas tiek uzkarsēts līdz temperatūrai zem sarkanas. To neietekmē arī hlors Cl ₂ un sālsskābe HCl.

LiH kontakts ar siltumu un mitrumu izraisa eksotermisku reakciju (rada siltumu) un H ₂ ūdeņraža un litija hidroksīda LiOH attīstību.

Tas var veidot smalkus putekļus, kas var eksplodēt saskarē ar liesmām, karstumu vai oksidējošiem materiāliem. Tam nevajadzētu nonākt saskarē ar slāpekļa oksīdu vai šķidru skābekli, jo tas var eksplodēt vai aizdegties.

Gaismas iedarbībā tā kļūst tumšāka.

Iegūšana

Litija hidrīds ir iegūts laboratorijā, reaģējot starp izkausētu litija metālu un ūdeņraža gāzi 973 K (700 ° C) temperatūrā.

2 Li + H ₂ → 2 LIH

Labus rezultātus iegūst, palielinot izkausētā litija atklāto virsmu un samazinot LiH sedimentācijas laiku. Tā ir eksotermiska reakcija.

Izmantojiet kā aizsargājošu vairogu pret bīstamu starojumu

LiH ir vairākas īpašības, kas padara to pievilcīgu izmantošanai kā cilvēku aizsardzībai kodolreaktoros un kosmosa sistēmās. Šeit ir daži no šiem raksturlielumiem:

- Tam ir augsts ūdeņraža saturs (12,68% no svara H) un liels ūdeņraža atomu skaits tilpuma vienībā (5,85 x 10 ²² H / cm ³ atomi ).

- Tā augstā kušanas temperatūra ļauj to izmantot vidē ar augstu temperatūru bez kausēšanas.

- Tam ir zems disociācijas spiediens (~ 20 torr tā kušanas temperatūrā), kas ļauj materiālu izkausēt un sasaldēt, nesadaloties zemā ūdeņraža spiedienā.

- Tam ir mazs blīvums, kas padara to pievilcīgu izmantošanai kosmosa sistēmās.

- Tomēr tā trūkumi ir zemā siltumvadītspēja un sliktās mehāniskās īpašības. Bet tas nav mazinājis tā piemērojamību.

- LiH daļas, kuras kalpo kā vairogi, ražo karstā vai aukstā presēšanā, kausējot un ielejot veidnēs. Lai gan šī pēdējā forma ir vēlama.

- Istabas temperatūrā daļas tiek aizsargātas no ūdens un ūdens tvaikiem, kā arī augstā temperatūrā ar nelielu ūdeņraža pārspiedienu noslēgtā traukā.

- kodolreaktoros

Kodolreaktoros ir divu veidu radiācija:

Tieši jonizējošs starojums

Tās ir ļoti enerģētiskas daļiņas, kuras pārnēsā elektrisko lādiņu, piemēram, alfa (α) un beta (β) daļiņas un protoni. Šis starojuma veids ļoti spēcīgi mijiedarbojas ar vairogu materiāliem, izraisot jonizāciju, mijiedarbojoties ar materiālu atomiem, caur kuriem tie iziet.

Netieši jonizējošais starojums

Tie ir neitroni, gamma stari (γ) un rentgena stari, kas iekļūst un kuriem nepieciešama masīva aizsardzība, jo tie ir saistīti ar sekundāru lādētu daļiņu izstarošanu, kas izraisa jonizāciju.

Simbols, kas brīdina par bīstama starojuma draudiem. SAEA un ISO. Avots: Wikimedia Commons.

Saskaņā ar dažiem avotiem LiH ir efektīvs materiālu un cilvēku aizsardzībā pret šāda veida starojumu.

- Kosmiskās kodolenerģijas piedziņas sistēmās

Nesen LiH tika izvēlēts par potenciālu kodolstarojuma ekranējumu un moderatoru ļoti ilgu reisu kosmosa kuģu kodoltermiskās piedziņas sistēmām.

Mākslinieka sniegts kosmosa kuģis, kas darbojas ar kodolmašīnu un riņķo ap Marsu. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Avots: Wikimedia Commons.

Tā mazais blīvums un augstais ūdeņraža saturs ļauj efektīvi samazināt kodolreaktoru masu un tilpumu.

- Aizsardzībā pret kosmisko starojumu

Kosmosa starojuma iedarbība ir visnozīmīgākais risks cilvēku veselībai turpmākajās starpplanētu izpētes misijās.

Dziļajā kosmosā astronauti tiks pakļauti visam galaktisko kosmisko staru spektram (augstas enerģijas joniem) un saules daļiņu izmešanas gadījumiem (protoniem).

Apstarojuma briesmas ir sarežģītas ar misiju ilgumu. Turklāt jāapsver arī to vietu aizsardzība, kurās dzīvos pētnieki.

Nākotnes biotopu modelēšana uz Marsa. NASA. Avots: Wikimedia Commons.

Šajā ideju secībā 2018. gadā veiktais pētījums norādīja, ka starp pārbaudītajiem materiāliem LiH nodrošina vislielāko starojuma samazinājumu uz gramu uz cm ² , tādējādi ir viens no labākajiem kandidātiem, ko izmantot aizsardzībā pret kosmisko starojumu. Tomēr šie pētījumi ir padziļināti.

Izmantošana kā drošas ūdeņraža glabāšanas un pārvadāšanas līdzeklis

Enerģijas iegūšana no H ₂ ir kaut kas jau vairākus desmitus gadu pētīts un jau ir atrasts pielietojums fosilo degvielu aizstāšanai transporta līdzekļos.

H ₂ var izmantot kurināmā elementos un dot ieguldījumu CO ₂ un NO _x ražošanas samazināšanā , tādējādi izvairoties no siltumnīcas efekta un piesārņojuma. Tomēr vēl nav atrasta efektīva sistēma H ₂ drošai glabāšanai un transportēšanai ar vieglu, kompaktu vai mazu izmēru, kas to ātri uzglabā un tikpat ātri izdala H ₂ .

Litija hidrīds LiH ir viens no sārmu hidrīdiem, kuram ir vislielākā H ₂ glabāšanas spēja (12,7% H svara). Atbrīvo H ₂ hidrolizējot pēc šādas reakcijas:

LIH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH piegādā 0,254 kg ūdeņraža uz katru LiH kilogramu. Turklāt tam ir liela atmiņas ietilpība tilpuma vienībā, kas nozīmē, ka tā ir viegla un kompakta vide H ₂ uzglabāšanai .

Motocikls, kura degviela ir ūdeņradis, kas tiek glabāts metāla hidrīda, piemēram, LiH, formā. ASV DOE energoefektivitāte un atjaunojamā enerģija (EERE). Avots: Wikimedia Commons.

Turklāt LiH veidojas vieglāk nekā citi sārmu metālu hidrīdi un ir ķīmiski stabils apkārtējā temperatūrā un spiedienā. LiH var transportēt no ražotāja vai piegādātāja līdz lietotājam. Pēc tam, hidrolizējot LIH, H ₂ tiek ģenerēts un tas tiek izmantots droši.

Izveidoto litija hidroksīdu LiOH var nodot atpakaļ piegādātājam, kurš elektrolīzes ceļā reģenerē litiju un pēc tam atkal ražo LiH.

LiH ir arī veiksmīgi pētīts, lai to varētu izmantot kopā ar borātu hidrazīnu.

Izmantošana ķīmiskās reakcijās

LiH ļauj sintēt sarežģītus hidrīdus.

Tas kalpo, piemēram, litija trietiloborohidrīda sagatavošanai, kas ir spēcīgs nukleofils organisko halogenīdu pārvietošanas reakcijās.

Atsauces

1. Sato, Y. un Takeda, O. (2013). Ūdeņraža uzglabāšanas un transportēšanas sistēma caur litija hidrīdu, izmantojot kausētā sāls tehnoloģiju. Izkausēto sāļu ķīmijā. 22. nodaļa, 451. – 470. Lpp. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
2. ASV Nacionālā medicīnas bibliotēka. (2019. gads). Litija hidrīds. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. et al. (2019. gads). Izmeklēšana par litija hidrīda termisko kodolu ietekmes uz kodoldzinēju daļiņu slāņa reaktora reaģētspēju. Kodolenerģijas gadagrāmatas 128 (2019) 24. – 32. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
4. Kokvilna, F. Alberts un Vilkinsons, Džefrijs. (1980). Uzlabotā neorganiskā ķīmija. Ceturtais izdevums. Džons Vilijs un dēli.
5. Giraudo, M. et al. (2018). Dažādu materiālu un daudzslāņu slāņu, izmantojot augstas enerģijas gaismas un smagos jonus, ekranēšanas efektivitātes paātrinātāja testi. Radiācijas izpēte 190; 526-537 (2018). Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.
6. Velčs, FH (1974). Litija hidrīds: kosmosa vecuma ekranēšanas materiāls. Kodoltehnika un dizains 26., 3. lpp., 1974. gada februāris, 444. – 460. Lpp. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Kodolreaktori: ekranēšanas materiāli. Materiālu enciklopēdijā: Zinātne un tehnoloģija (otrais izdevums). 6377-6384. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
8. Hügle, T. et al. (2009). Hidrazīna borāns: daudzsološs ūdeņraža uzglabāšanas materiāls. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 7444-7446. Atgūts no pubs.acs.org.