LITHIUM HIDRIDA: STRUKTUR, SIFAT, MEMPEROLEH, PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

The litium hidrida ialah bukan organik pepejal yang mempunyai kristal yang formula kimia Lih. Ini adalah garam bukan organik paling ringan, berat molekulnya hanya 8 g / mol. Ia dibentuk oleh penyatuan ion litium Li ⁺ dan ion hidrida H ^- . Kedua-duanya dihubungkan oleh ikatan ionik.

LiH mempunyai titik lebur yang tinggi. Tindak balas dengan mudah dengan air dan gas hidrogen dihasilkan dalam tindak balas. Ia dapat diperoleh dengan tindak balas antara logam litium cair dan gas hidrogen. Ia digunakan secara meluas dalam tindak balas kimia untuk mendapatkan hidrida lain.

Lithium hidrida, LiH. Tidak ada pengarang yang boleh dibaca mesin. JTiago menganggap (berdasarkan tuntutan hak cipta). . Sumber: Wikimedia Commons.

LiH telah digunakan untuk melindungi dari radiasi berbahaya seperti yang terdapat dalam reaktor nuklear, yaitu, ALPHA, BETA, radiasi GAMMA, proton, sinar-X dan neutron.

Ia juga telah diusulkan untuk melindungi bahan-bahan dalam roket angkasa yang digerakkan oleh tenaga termal nuklear. Bahkan kajian dilakukan untuk digunakan sebagai perlindungan manusia terhadap sinaran kosmik semasa perjalanan ke planet Marikh di masa depan.

Struktur

Dalam lithium hidrida, hidrogen mempunyai muatan negatif H ^- , kerana ia telah mengurangkan elektron dari logam, yang berbentuk ion Li ⁺ .

Konfigurasi elektron kation Li ⁺ adalah: 1s ² yang sangat stabil. Dan struktur elektronik hidrida anion H ^- adalah: 1s ² , yang juga sangat stabil.

Kation dan anion digabungkan oleh daya elektrostatik.

Kristal lithium hidrida mempunyai struktur yang sama dengan NaCl natrium klorida, iaitu struktur kristal kubik.

Struktur kristal kubik lithium hidrida. Pengarang: Benjah-bmm27. Sumber: Wikimedia Commons.

Tatanama

- Lithium hidrida

- LiH

Hartanah

Keadaan fizikal

Pepejal kristal putih atau tidak berwarna. LiH komersial boleh berwarna kelabu biru kerana terdapat sedikit logam litium.

Berat molekul

8 g / mol

Takat lebur

688 ºC

Takat didih

Ia terurai pada suhu 850 ºC.

Suhu autoignition

200 ºC

Ketumpatan

0.78 g / cm ³

Keterlarutan

Bertindak dengan air. Ia tidak larut dalam eter dan hidrokarbon.

Harta lain

Lithium hidrida jauh lebih stabil daripada hidrida logam alkali lain dan boleh dicairkan tanpa penguraian.

Ia tidak dipengaruhi oleh oksigen jika dipanaskan hingga suhu di bawah merah. Ia juga tidak terjejas oleh klorin Cl ₂ dan HCl asid hidroklorik.

Kenalan LIH dengan haba dan kelembapan menyebabkan tindak balas eksotermik (menjana haba) dan evolusi hidrogen H ₂ dan litium hidroksida LiOH.

Ia dapat membentuk debu halus yang boleh meletup bersentuhan dengan api, panas, atau bahan pengoksidaan. Ia tidak boleh bersentuhan dengan oksida nitrat atau oksigen cair, kerana boleh meletup atau menyala.

Ia menjadi gelap apabila terkena cahaya.

Mendapatkan

Lithium hidrida telah diperoleh di makmal dengan tindak balas antara logam lithium cair dan gas hidrogen pada suhu 973 K (700 ºC).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Hasil yang baik diperoleh apabila permukaan litium lebur yang terdedah meningkat dan masa pemendapan LiH berkurang. Ia adalah tindak balas eksotermik.

Gunakan sebagai pelindung dari sinaran berbahaya

LiH memiliki sejumlah ciri yang membuatnya menarik untuk digunakan sebagai perlindungan bagi manusia dalam reaktor nuklear dan sistem ruang angkasa. Berikut adalah beberapa ciri berikut:

- Ia mempunyai kandungan hidrogen yang tinggi (12,68% berat H) dan sebilangan besar atom hidrogen per unit isipadu (5,85 x 10 ²² H atom / cm ³ ).

- Titik leburnya yang tinggi memungkinkannya digunakan dalam lingkungan suhu tinggi tanpa mencair.

- Ia mempunyai tekanan pemisahan yang rendah (~ 20 torr pada titik leburnya) yang membolehkan bahan dicairkan dan dibekukan tanpa merosot di bawah tekanan hidrogen rendah.

- Ia mempunyai kepadatan rendah yang menjadikannya menarik untuk digunakan dalam sistem ruang angkasa.

- Namun, kekurangannya adalah kekonduksian terma yang rendah dan sifat mekanik yang buruk. Tetapi ini tidak mengurangkan penggunaannya.

- Potongan LiH yang berfungsi sebagai pelindung dihasilkan dengan menekan panas atau sejuk dan mencairkan dan mencurahkan ke dalam acuan. Walaupun bentuk terakhir ini lebih disukai.

- Pada suhu bilik bahagian dilindungi dari air dan wap air dan pada suhu tinggi oleh tekanan hidrogen yang terlalu kecil di dalam bekas tertutup.

- Dalam reaktor nuklear

Dalam reaktor nuklear terdapat dua jenis radiasi:

Sinaran pengionan secara langsung

Mereka adalah zarah yang sangat bertenaga yang membawa muatan elektrik, seperti zarah dan proton alpha (α) dan beta (β). Jenis sinaran ini berinteraksi sangat kuat dengan bahan pelindung, menyebabkan pengionan dengan berinteraksi dengan elektron atom bahan yang dilaluinya.

Sinaran pengionan secara tidak langsung

Mereka adalah neutron, sinar gamma (γ) dan sinar X, yang menembusi dan memerlukan perlindungan besar-besaran, kerana ia melibatkan pelepasan zarah bermuatan sekunder, yang menyebabkan pengionan.

Simbol untuk memberi amaran tentang bahaya radiasi berbahaya. IAEA & ISO. Sumber: Wikimedia Commons.

Menurut beberapa sumber, LiH berkesan melindungi bahan dan orang daripada sinaran jenis ini.

- Dalam sistem ruang pendorong terma nuklear

LiH baru-baru ini dipilih sebagai pelindung dan penyederhanaan radiasi nuklear yang berpotensi untuk sistem pendorong termal nuklear kapal angkasa jarak jauh.

Persembahan seorang artis kenderaan angkasa berkuasa nuklear yang mengorbit Marikh. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Sumber: Wikimedia Commons.

Ketumpatan rendah dan kandungan hidrogen yang tinggi memungkinkan untuk mengurangkan jisim dan isipadu reaktor berkuasa nuklear dengan berkesan.

- Dalam perlindungan terhadap sinaran kosmik

Pendedahan kepada radiasi angkasa adalah risiko yang paling signifikan terhadap kesihatan manusia dalam misi penerokaan antarplanet masa depan.

Di angkasa lepas angkasawan akan terdedah kepada spektrum penuh sinar kosmik galaksi (ion bertenaga tinggi) dan peristiwa penyingkiran zarah suria (proton).

Bahaya pendedahan radiasi diperparah oleh panjangnya misi. Selain itu, perlindungan tempat yang akan dihuni oleh penjelajah juga harus dipertimbangkan.

Simulasi habitat masa depan di planet Marikh. NASA. Sumber: Wikimedia Commons.

Dalam susunan idea ini, satu kajian yang dilakukan pada tahun 2018 menunjukkan bahawa antara bahan yang diuji LiH memberikan pengurangan radiasi per gram per cm ^{2 yang paling besar} , sehingga menjadi salah satu calon terbaik untuk digunakan dalam perlindungan terhadap sinaran kosmik. Walau bagaimanapun, kajian ini mesti diperdalamkan.

Gunakan sebagai kaedah penyimpanan dan pengangkutan hidrogen yang selamat

Memperoleh tenaga dari H ₂ adalah sesuatu yang telah dikaji selama beberapa lusin tahun dan telah menemui aplikasi untuk menggantikan bahan bakar fosil dalam kenderaan pengangkutan.

H ₂ dapat digunakan dalam sel bahan bakar dan berkontribusi pada pengurangan pengeluaran CO ₂ dan NO _x , sehingga menghindari kesan dan pencemaran rumah kaca. Walau bagaimanapun, sistem yang berkesan untuk menyimpan dan mengangkut H ₂ selamat, ringan, padat atau bersaiz kecil, yang menyimpan dengan cepat dan siaran H ₂ hanya sebagai cepat, masih belum ditemui.

Lithium hidrida LiH adalah salah satu alkali hidrida yang mempunyai kapasiti penyimpanan tertinggi untuk H ₂ (12.7% berat H). Membebaskan H ₂ dengan hidrolisis mengikut tindak balas berikut:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH membekalkan 0.254 Kg hidrogen untuk setiap Kg LiH. Di samping itu, ia mempunyai kapasiti simpanan yang tinggi per unit isipadu, yang bermaksud bahawa ia adalah ringan dan sederhana padat untuk H ₂ simpanan .

Motosikal yang bahan bakarnya hidrogen disimpan dalam bentuk hidrida logam seperti LiH. Kecekapan Tenaga DOE AS dan Tenaga Boleh Diperbaharui (EERE). Sumber: Wikimedia Commons.

Selain itu, LiH membentuk lebih mudah daripada hidrida logam alkali lain dan stabil secara kimia pada suhu dan tekanan persekitaran. LiH boleh diangkut dari pengeluar atau pembekal kepada pengguna. Kemudian, dengan hidrolisis LiH, H ₂ dihasilkan dan ini digunakan dengan selamat.

LiOH hidroksida litium yang terbentuk dapat dikembalikan kepada pembekal yang menjana semula litium dengan elektrolisis, dan kemudian menghasilkan LiH lagi.

LiH juga berjaya dikaji untuk digunakan bersama dengan hidrazin borated untuk tujuan yang sama.

Gunakan dalam tindak balas kimia

LiH membenarkan sintesis hidrida kompleks.

Ini berfungsi, sebagai contoh, untuk menyiapkan lithium triethylborohydride, yang merupakan nukleofil kuat dalam tindak balas anjakan halida organik.

Rujukan

1. Sato, Y. dan Takeda, O. (2013). Sistem Penyimpanan dan Pengangkutan Hidrogen melalui Lithium Hydride Menggunakan Teknologi Garam Molten. Dalam Kimia Garam Molten. Bab 22, halaman 451-470. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
2. Perpustakaan Perubatan Nasional AS. (2019). Lithium Hydride. Dipulihkan dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. et al. (2019). Penyiasatan mengenai kesan kesan kernel termal lithium hidrida terhadap kereaktifan reaktor katil zarah pendorong nuklear. Annals of Nuclear Energy 128 (2019) 24-32. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
4. Cotton, F. Albert dan Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kimia Anorganik Lanjutan. Edisi Keempat. John Wiley & Anak.
5. Giraudo, M. et al. (2018). Ujian Berasaskan Pemecut untuk Melindungi Keberkesanan Bahan dan Multilayer Berbeza dengan menggunakan Lampu Bertenaga Tinggi dan Ikon Berat. Penyelidikan Sinaran 190; 526-537 (2018). Dipulihkan dari ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Lithium hidrida: Bahan pelindung usia ruang. Kejuruteraan dan Reka Bentuk Nuklear 26, 3, Februari 1974, halaman 444-460. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Reaktor Nuklear: Bahan Perisai. Dalam Ensiklopedia Bahan: Sains dan Teknologi (Edisi Kedua). Halaman 6377-6384. Dipulihkan dari sciencedirect.com.
8. Hügle, T. et al. (2009). Hydrazine Borane: Bahan Penyimpanan Hidrogen yang Menjanjikan. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. Dipulihkan dari pubs.acs.org.