WODOREK LITU: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, OTRZYMYWANIE, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Wodorek litowo jest krystaliczną substancji stałej o wzór chemiczny LiH. Jest to najlżejsza sól nieorganiczna, jej masa cząsteczkowa to zaledwie 8 g / mol. Tworzy go połączenie jonu litu Li ⁺ i jonu wodorkowego H ^- . Oba są połączone wiązaniem jonowym.

LiH ma wysoką temperaturę topnienia. Łatwo reaguje z wodą, a podczas reakcji powstaje gazowy wodór. Można go otrzymać w reakcji między stopionym litem metalicznym i wodorem. Jest szeroko stosowany w reakcjach chemicznych do otrzymywania innych wodorków.

Wodorek litu, LiH. Nie podano autora do odczytu maszynowego. Zakłada się, że JTiago (na podstawie roszczeń dotyczących praw autorskich). . Źródło: Wikimedia Commons.

LiH został użyty do ochrony przed niebezpiecznym promieniowaniem, takim jak te występujące w reaktorach jądrowych, czyli promieniowaniem ALPHA, BETA, GAMMA, protonami, promieniami rentgenowskimi i neutronami.

Zaproponowano również ochronę materiałów w rakietach kosmicznych napędzanych termicznym napędem jądrowym. Prowadzone są nawet badania mające na celu ochronę człowieka przed promieniowaniem kosmicznym podczas przyszłych podróży na planetę Mars.

Struktura

W wodorku litu wodór ma ładunek ujemny H ^- , ponieważ odjął elektron od metalu, który ma postać jonu Li ⁺ .

Konfiguracja elektronowa kationu Li ⁺ to: 1s ^2, co jest bardzo stabilne. A struktura elektronowa anionu wodorkowego H ^- wynosi: 1s ² , co jest również bardzo stabilne.

Kation i anion są połączone siłami elektrostatycznymi.

Kryształ wodorku litu ma taką samą strukturę jak chlorek sodu NaCl, czyli sześcienną strukturę kryształu.

Sześcienna struktura krystaliczna wodorku litu. Autor: Benjah-bmm27. Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Wodorek litu

- LiH

Nieruchomości

Stan fizyczny

Białe lub bezbarwne krystaliczne ciało stałe. Handlowy LiH może być niebiesko-szary ze względu na obecność niewielkich ilości metalicznego litu.

Waga molekularna

8 g / mol

Temperatura topnienia

688 ºC

Temperatura wrzenia

Rozkłada się w temperaturze 850 ºC.

Temperatura samozapłonu

200 ºC

Gęstość

0,78 g / cm ³

Rozpuszczalność

Reaguje z wodą. Jest nierozpuszczalny w eterach i węglowodorach.

Inne właściwości

Wodorek litu jest znacznie trwalszy niż wodorków innych metali alkalicznych i może być topiony bez rozkładu.

Tlen nie ma na niego wpływu, jeśli zostanie podgrzany do temperatury poniżej czerwieni. Nie ma na nią również wpływu chlor Cl ₂ i kwas solny HCl.

Kontakt LiH z ciepłem i wilgocią powoduje reakcję egzotermiczną (generuje ciepło) i wydzielanie wodoru H ₂ i wodorotlenku litu LiOH.

Może tworzyć drobny pył, który może eksplodować w kontakcie z płomieniami, ciepłem lub materiałami utleniającymi. Nie powinien wchodzić w kontakt z podtlenkiem azotu lub ciekłym tlenem, ponieważ może wybuchnąć lub zapalić się.

Ciemnieje pod wpływem światła.

Otrzymywanie

Wodorek litu otrzymano w laboratorium w wyniku reakcji stopionego litu metalicznego i wodoru w temperaturze 973 K (700 ºC).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Dobre wyniki uzyskuje się, gdy odsłonięta powierzchnia stopionego litu jest zwiększona, a czas sedymentacji LiH jest zmniejszony. Jest to reakcja egzotermiczna.

Używaj jako osłony przed niebezpiecznym promieniowaniem

LiH ma wiele cech, które sprawiają, że jest atrakcyjny do stosowania jako ochrona ludzi w reaktorach jądrowych i systemach kosmicznych. Oto niektóre z tych cech:

- ma wysokiej zawartości wodoru (12,68% wagowych H) i wysoką liczbę atomów wodoru na jednostkę objętości (5,85 x 10 ²² atomów H / cm ³ ).

- Wysoka temperatura topnienia pozwala na stosowanie go w środowiskach o wysokiej temperaturze bez topnienia.

- Ma niskie ciśnienie dysocjacji (~ 20 torr w temperaturze topnienia), co pozwala na stopienie i zamrożenie materiału bez degradacji pod niskim ciśnieniem wodoru.

- Ma małą gęstość, dzięki czemu jest atrakcyjny do stosowania w systemach kosmicznych.

- Jednak jego wadą jest niska przewodność cieplna i słabe właściwości mechaniczne. Ale to nie zmniejszyło jego przydatności.

- Części LiH, które służą jako osłony, są wytwarzane przez prasowanie na gorąco lub na zimno oraz przez stapianie i wlewanie do form. Chociaż ta ostatnia forma jest preferowana.

- W temperaturze pokojowej części są chronione przed wodą i parą wodną, ​​a przy wysokich temperaturach przez niewielkie nadciśnienie wodoru w szczelnym pojemniku.

- W reaktorach jądrowych

W reaktorach jądrowych istnieją dwa rodzaje promieniowania:

Bezpośrednie promieniowanie jonizujące

Są to wysokoenergetyczne cząstki, które przenoszą ładunek elektryczny, takie jak cząstki alfa (α) i beta (β) oraz protony. Ten rodzaj promieniowania oddziałuje bardzo silnie z materiałami osłon, powodując jonizację poprzez oddziaływanie z elektronami atomów materiałów, przez które przechodzą.

Pośrednie promieniowanie jonizujące

Są to neutrony, promienie gamma (γ) i rentgenowskie, które wnikają i wymagają masowej ochrony, ponieważ wiążą się z emisją wtórnie naładowanych cząstek, które powodują jonizację.

Symbol ostrzegający przed niebezpieczeństwem niebezpiecznego promieniowania. MAEA i ISO. Źródło: Wikimedia Commons.

Według niektórych źródeł LiH skutecznie chroni materiały i ludzi przed tego typu promieniowaniem.

- W kosmicznych systemach jądrowego napędu termicznego

LiH został niedawno wybrany jako potencjalna osłona przed promieniowaniem jądrowym i moderator w jądrowych termicznych systemach napędowych statków kosmicznych o bardzo długich podróżach.

Artystyczny rendering pojazdu kosmicznego o napędzie atomowym krążącego wokół Marsa. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Źródło: Wikimedia Commons.

Jego niska gęstość i wysoka zawartość wodoru umożliwia efektywne zmniejszenie masy i objętości reaktora o napędzie atomowym.

- W ochronie przed promieniowaniem kosmicznym

Narażenie na promieniowanie kosmiczne jest największym zagrożeniem dla zdrowia ludzkiego w przyszłych międzyplanetarnych misjach eksploracyjnych.

W przestrzeni kosmicznej astronauci będą wystawieni na działanie pełnego spektrum galaktycznych promieni kosmicznych (jonów o wysokiej energii) i wyrzutów cząstek Słońca (protony).

Niebezpieczeństwo narażenia na promieniowanie potęguje długość misji. Ponadto należy również wziąć pod uwagę ochronę miejsc, w których będą przebywać odkrywcy.

Symulacja przyszłego siedliska na planecie Mars. NASA. Źródło: Wikimedia Commons.

W tym duchu badanie przeprowadzone w 2018 roku wykazało, że spośród badanych materiałów LiH zapewnia największą redukcję promieniowania na gram na cm ² , będąc tym samym jednym z najlepszych kandydatów do zastosowania w ochronie przed promieniowaniem kosmicznym. Jednak badania te wymagają pogłębienia.

Stosowany jako środek bezpiecznego przechowywania i transportu wodoru

Pozyskiwanie energii z H ₂ jest badane od kilkudziesięciu lat i już znalazło zastosowanie w zastępowaniu paliw kopalnych w pojazdach transportowych.

H ₂ może być stosowany w ogniwach paliwowych i przyczyniać się do zmniejszenia produkcji CO ₂ i NO _x , unikając w ten sposób efektu cieplarnianego i zanieczyszczeń. Jednak skuteczny system do przechowywania i transportu H ₂ bezpiecznie z wagi lekkiej, kompaktowej lub małych rozmiarów, że sklepy szybko i uwalnia H ₂ tak szybko , jeszcze nie znaleziono .

Wodorek litu LiH jest jednym z wodorków metali alkalicznych, który ma największą zdolność magazynowania H ₂ (12,7% wagowo H). Uwalnia H ₂ przez hydrolizę zgodnie z następującą reakcją:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH dostarcza 0,254 kg wodoru na każdy kg LiH. Ponadto, ma duże pojemności na jednostkę objętości, co oznacza, że jest lekki, jest zwarty medium H ₂ składowania .

Motocykl, którego paliwem jest wodór zmagazynowany w postaci wodorku metalu np. LiH. US DOE Efektywność energetyczna i energia odnawialna (EERE). Źródło: Wikimedia Commons.

Ponadto LiH tworzy się łatwiej niż inne wodorki metali alkalicznych i jest stabilny chemicznie w temperaturach i ciśnieniach otoczenia. LiH można transportować od producenta lub dostawcy do użytkownika. Następnie w wyniku hydrolizy LiH generowany jest H _{2, który} jest bezpiecznie używany.

Utworzony wodorotlenek litu LiOH można zwrócić dostawcy, który regeneruje lit przez elektrolizę, a następnie ponownie wytwarza LiH.

Z powodzeniem zbadano również, czy LiH może być stosowany w połączeniu z borowaną hydrazyną w tym samym celu.

Zastosowanie w reakcjach chemicznych

LiH umożliwia syntezę złożonych wodorków.

Służy na przykład do przygotowania trietyloborowodorku litu, który jest silnym nukleofilem w reakcjach zastępowania halogenków organicznych.

Bibliografia

1. Sato, Y. and Takeda, O. (2013). System magazynowania i transportu wodoru za pomocą wodorku litu z wykorzystaniem technologii stopionej soli. W chemii stopionych soli. Rozdział 22, strony 451-470. Odzyskany z sciencedirect.com.
2. Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna. (2019). Wodorek litu. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. i in. (2019). Badanie wpływu termiczno-rdzeniowego wpływu wodorku litu na reaktywność reaktora ze złożem cząstek napędu jądrowego. Annals of Nuclear Energy 128 (2019) 24-32. Odzyskany z sciencedirect.com.
4. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
5. Giraudo, M. i in. (2018). Testy skuteczności ekranowania różnych materiałów i warstw wielowarstwowych przy użyciu akceleratorów przy użyciu wysokoenergetycznych lekkich i ciężkich jonów. Badania nad promieniowaniem 190; 526-537 (2018). Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Wodorek litu: materiał ekranujący wiek kosmiczny. Nuclear Engineering and Design 26, 3, luty 1974, strony 444-460. Odzyskany z sciencedirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Reaktory jądrowe: materiały ekranujące. W Encyklopedii materiałów: nauki i technologii (drugie wydanie). Strony 6377-6384. Odzyskany z sciencedirect.com.
8. Hügle, T. i in. (2009). Hydrazyna Boran: Obiecujący materiał do przechowywania wodoru. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Odzyskany z pubs.acs.org.