Литий гидрид - Lithium hydride

Литий гидрид
Модель заполнения пространства части кристаллической структуры гидрида лития
NaCl polyhedra.png
__ Li +  __ H -
Структура гидрида лития.
Литий гидрид.png
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.028.623 Отредактируйте это в Викиданных
Номер RTECS
UNII
  • InChI = 1S / Li.Hssss ☒N
    Ключ: SIAPCJWMELPYOE-UHFFFAOYSA-N ☒N
  • InChI = 1 / Li.H / q + 1; -1
    Ключ: SRTHRWZAMDZJOS-UHFFFAOYAZ
  • [H -]. [Li +]
Характеристики
LiH
Молярная масса 7,95 г / моль
Появление от бесцветного до серого твердого вещества
Плотность 0,78 г / см 3
Температура плавления 688,7 ° С (1271,7 ° F, 961,9 К)
Точка кипения 900-1,000 ° C (1,650-1,830 ° F; 1,170-1,270 K) (разлагается)
реагирует
Растворимость мало растворим в диметилформамиде,
реагирует с аммиаком , диэтиловым эфиром , этанолом
−4,6 · 10 −6 см 3 / моль
1,9847
Состав
ГЦК ( типа NaCl )
а  = 0,40834 нм
6.0 D
Термохимия
3,51 Дж / (г · К)
170,8 Дж / (моль · К)
−90,65 кДж / моль
-68,48 кДж / моль
Опасности
Основные опасности чрезвычайно сильный раздражитель, высокотоксичный, очень коррозионный
Паспорт безопасности ICSC 0813
NFPA 704 (огненный алмаз)
3
2
2
200 ° С (392 ° F, 473 К)
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
77,5 мг / кг (перорально, крысы)
22 мг / м 3 (крыса, 4 ч)
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
TWA 0,025 мг / м 3
REL (рекомендуется)
TWA 0,025 мг / м 3
IDLH (Непосредственная опасность)
0,5 мг / м 3
Родственные соединения
Другие катионы
Гидрид натрия Гидрид
калия Гидрид
рубидия Гидрид
цезия
Родственные соединения
Боргидрид
лития Алюминийгидрид лития
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?) проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Литий гидрид представляет собой неорганическое соединение с формулой Li H . Этот гидрид щелочного металла представляет собой бесцветное твердое вещество, хотя коммерческие образцы имеют серый цвет. Характерный для солеподобного (ионного) гидрида, он имеет высокую температуру плавления и не растворяется, но вступает в реакцию со всеми протонными органическими растворителями. Он растворит и не взаимодействует с некоторыми расплавленными солями , такими как фторид лития , боргидрид лития и гидрид натрия . С молекулярной массой чуть меньше 8,0 это самое легкое ионное соединение .

Физические свойства

LiH - диамагнетик и ионный проводник с проводимостью, постепенно увеличивающейся отОт 2 × 10 -5  Ом -1 см -1 при 443 ° С до 0,18 Ом -1 см -1 при 754 ° С; в этом повышении температуры плавления нет прерывания. Диэлектрическая проницаемость в LiH уменьшается от 13,0 (статических, низких частот) до 3,6 (видимого света частот). LiH - мягкий материал с твердостью 3,5 по шкале Мооса . Его ползучесть при сжатии (за 100 часов) быстро увеличивается с <1% при 350 ° C до> 100% при 475 ° C, что означает, что LiH не может обеспечить механическую поддержку при нагревании.

Теплопроводность от LiH уменьшается с температурой и зависит от морфологии: соответствующие значения 0,125 Вт / (см · К) для кристаллов и 0,0695 Вт / (см · К) для прессовок при 50 ° С и 0,036 Вт / (см · K) для кристаллов и 0,0432 Вт / (см · K) для прессовок при 500 ° C. Коэффициент линейного теплового расширения составляет 4,2 × 10 - 5 / ° C при комнатной температуре.

Синтез и обработка

LiH получают путем обработки металлического лития газообразным водородом :

2 Li + H 2 → 2 LiH

Эта реакция особенно быстро протекает при температурах выше 600 ° C. Добавление 0,001–0,003% углерода или / и повышение температуры и / или давления увеличивает выход до 98% при 2-часовом времени пребывания. Однако реакция протекает при температуре до 29 ° C. Выход составляет 60% при 99 ° C и 85% при 125 ° C, и скорость существенно зависит от состояния поверхности LiH.

Менее распространенные способы синтеза LiH включают термическое разложение алюмогидрида лития (200 ° C), боргидрида лития (300 ° C), н-бутиллития (150 ° C) или этиллития (120 ° C), а также несколько реакций с участием соединения лития с низкой стабильностью и доступным содержанием водорода.

В результате химических реакций LiH образуется в виде комкованного порошка, который можно прессовать в гранулы без связующего. Более сложные формы можно получить путем литья из расплава. Затем крупные монокристаллы (длиной около 80 мм и диаметром 16 мм) могут быть выращены из расплавленного порошка LiH в атмосфере водорода по методу Бриджмена – Стокбаргера . Часто они имеют голубоватый цвет из-за наличия коллоидного лития. Этот цвет можно удалить путем постростового отжига при более низких температурах (~ 550 ° C) и более низких температурных градиентах. Основными примесями в этих кристаллах являются Na (20-200 частей на миллион, частей на миллион), O (10-100 частей на миллион), Mg (0,5-6 частей на миллион), Fe (0,5-2 частей на миллион) и Cu (0,5-2 частей на миллион).

Растрескивание литого LiH после обработки фрезой . Масштаб в дюймах.

Объемные детали из LiH методом холодного прессования можно легко обрабатывать с использованием стандартных методов и инструментов с точностью до микрометра . Однако литой LiH хрупкий и легко трескается во время обработки.

Более энергоэффективным способом получения порошка гидрида лития является измельчение металлического лития в шаровой мельнице при высоком давлении водорода. Проблемой этого метода является холодная сварка металлического лития из-за его высокой пластичности. Добавляя небольшое количество порошка гидрида лития, можно избежать холодной сварки.

Реакции

Порошок LiH быстро реагирует с воздухом низкой влажности, образуя LiOH , Li
2
О
и Ли
2
CO
3
. Во влажном воздухе порошок самовоспламеняется, образуя смесь продуктов, содержащих некоторые азотистые соединения. Кусковой материал вступает в реакцию с влажным воздухом, образуя поверхностное покрытие, которое представляет собой вязкую жидкость. Это тормозит дальнейшую реакцию, хотя появление пленки «потускнения» вполне очевидно. При контакте с влажным воздухом нитриды практически не образуются. Кусковой материал, содержащийся в металлической посуде, можно нагреть на воздухе до температуры чуть ниже 200 ° C без воспламенения, хотя он легко воспламеняется при прикосновении к открытому пламени. Состояние поверхности LiH, наличие оксидов на металлической тарелке и т. Д. Оказывают значительное влияние на температуру воспламенения. Сухой кислород не реагирует с кристаллическим LiH, если только он сильно не нагрет, когда происходит почти взрывное горение.

LiH очень реактивен по отношению к воде и другим протонным реагентам:

LiH + H 2 O → Li + + H 2 + ОН -

LiH менее реагирует с водой, чем Li, и поэтому является гораздо менее мощным восстановителем для воды, спиртов и других сред, содержащих восстанавливаемые растворенные вещества. Это верно для всех бинарных солевых гидридов.

Гранулы LiH медленно расширяются во влажном воздухе, образуя LiOH; однако степень расширения составляет менее 10% в течение 24 часов при давлении водяного пара 2  Торр . Если влажный воздух содержит углекислый газ, то продукт - карбонат лития. LiH медленно реагирует с аммиаком при комнатной температуре, но реакция значительно ускоряется при температуре выше 300 ° C. LiH медленно реагирует с высшими спиртами и фенолами , но активно с низшими спиртами.

LiH реагирует с диоксидом серы:

2 LiH + 2 SO 2 → Li 2 S 2 O 4 + H 2

хотя при температуре выше 50 ° C продукт представляет собой дитионит лития.

LiH реагирует с ацетиленом с образованием карбида лития и водорода. С безводными органическими кислотами, фенолами и ангидридами кислот LiH реагирует медленно, образуя газообразный водород и литиевую соль кислоты. С водосодержащими кислотами LiH реагирует быстрее, чем с водой. Многие реакции LiH с кислородсодержащими частицами дают LiOH, который, в свою очередь, необратимо реагирует с LiH при температурах выше 300 ° C:

LiH + LiOH → Li 2 O + H 2

Приложения

Хранение водорода и топливо

Благодаря содержанию водорода, пропорциональному его массе, в три раза превышающей массу NaH, LiH имеет самое высокое содержание водорода среди всех гидридов. LiH периодически представляет интерес для хранения водорода, но его применение затруднено из-за его устойчивости к разложению. Таким образом, для удаления H 2 требуются температуры выше 700 ° C, используемых для его синтеза, создание и поддержание таких температур является дорогостоящим. Состав однажды был испытан в качестве топливного компонента в модельной ракете.

Предшественник сложных гидридов металлов

LiH обычно не является гидрид-восстановителем, за исключением синтеза гидридов некоторых металлоидов. Например, силан получают в реакции гидрида лития и тетрахлорида кремния по процессу Сандермейера:

4 LiH + SiCl 4 → 4 LiCl + SiH 4

Гидрид лития используется в производстве различных реагентов для органического синтеза , таких как алюмогидрид лития (LiAlH 4 ) и боргидрид лития (LiBH 4 ). Триэтилборан реагирует с образованием супергидрида (LiBHEt 3 ).

В ядерной химии и физике

Гидрид лития (LiH) иногда является желательным материалом для защиты ядерных реакторов изотопом лития-7 (Li-7), и он может быть изготовлен путем литья.

Лития дейтерид

Дейтерид лития в форме дейтерида лития-7 является хорошим замедлителем для ядерных реакторов , поскольку дейтерий ( 2 H) имеет более низкое сечение поглощения нейтронов, чем обычный водород ( 1 H), а сечение 7 Li также низок, что снижает поглощение нейтронов в реакторе. 7 Li является предпочтительным в качестве замедлителя, поскольку он имеет более низкое сечение захвата нейтронов, а также образует меньше трития ( 3 H) при бомбардировке нейтронами.

Соответствующий литий-6 дейтерид , 6 Li 2 Н, или 6 LiD, является основным слитым топливом в термоядерном оружии . В водородных боеголовок в конструкции Теллера-Улама , а деление ядер триггер взрывается , чтобы нагреть и сжать дейтеридом лития-6, и бомбардировать 6 LiD с нейтронами с получением 3 H ( трития ) в экзотермической реакции: 6 Li 2 H + n → 4 He + 3 H + 2 H. Затем дейтерий и тритий соединяются с образованием гелия , одного нейтрона и 17,59 МэВ свободной энергии в форме гамма-лучей , кинетической энергии и т. д. Гелий является инертным побочным продуктом.

Перед испытанием ядерного оружия в Castle Bravo в 1954 году считалось, что только менее распространенный изотоп 6 Li может образовывать тритий при ударе быстрыми нейтронами. Тест Castle Bravo показал (случайно), что более обильный 7 Li также делает это в экстремальных условиях, хотя и в результате эндотермической реакции.

Безопасность

LiH бурно реагирует с водой с образованием газообразного водорода и LiOH, который является едким веществом. Следовательно, пыль LiH может взорваться во влажном или даже сухом воздухе из-за статического электричества. При концентрации в воздухе 5–55 мг / м 3 пыль вызывает сильное раздражение слизистых оболочек и кожи и может вызвать аллергическую реакцию. Из-за раздражения LiH обычно отторгается, а не накапливается организмом.

Некоторые соли лития, которые могут образовываться в реакциях LiH, токсичны. Пожар LiH нельзя тушить с помощью двуокиси углерода, четыреххлористого углерода или водных огнетушителей; его следует задушить, накрыв металлическим предметом или графитовой или доломитовой пудрой. Менее подходит песок, так как он может взорваться при смешивании с горящим LiH, особенно если он не высохнет. LiH обычно транспортируется в масле в контейнерах из керамики, определенных пластиков или стали, а также в атмосфере сухого аргона или гелия. Можно использовать азот, но не при повышенных температурах, так как он вступает в реакцию с литием. LiH обычно содержит металлический литий, который вызывает коррозию стальных или кремнеземных контейнеров при повышенных температурах.

использованная литература

внешние ссылки