ליתיום הידריד: מבנה, תכונות, השגה, שימושים - כִּימִיָה - 2025

הידריד ליתיום היא שיש מוצק גבישי אורגניים הנוסחה הכימית LiH. זהו המלח האורגני הקל ביותר, משקלו המולקולרי הוא 8 גר 'מולקולה בלבד. זה נוצר על ידי איחוד של יון ליתיום Li ⁺ ויון הידרידי H ^- . שניהם קשורים על ידי קשר יוני.

ל- LiH נקודת התכה גבוהה. מגיב בקלות עם מים וגז מימן מופק בתגובה. ניתן להשיג אותו על ידי התגובה בין מתכת ליתיום מותכת וגז מימן. הוא נמצא בשימוש נרחב בתגובות כימיות להשגת הידרידים אחרים.

ליתיום הידריד, LiH. לא סופק מחבר קריא במכונה. ג'טיאגו הניח (בהתבסס על טענות בזכויות יוצרים). . מקור: Wikimedia Commons.

LiH שימש להגנה מפני קרינה מסוכנת כמו אלו שנמצאים בכורים גרעיניים, כלומר ALPHA, BETA, קרינת GAMMA, פרוטונים, צילומי רנטגן ונויטרונים.

כמו כן הוצע להגנה על חומרים ברקטות חלל המונעות על ידי הנעה תרמית גרעינית. מחקרים אף נעשים כדי לשמש כהגנה על האדם מפני קרינה קוסמית במהלך נסיעות עתידיות לכוכב הלכת מאדים.

מִבְנֶה

ב ליתיום הידריד, למימן יש מטען שלילי H ^- , מכיוון שהוא חסר מאלקטרון מהמתכת, שהיא בצורה של Li ⁺ ion .

תצורת האלקטרונים של הקטיון Li ⁺ היא: 1s ² שהוא יציב מאוד. והמבנה האלקטרוני של אניון ההידריד H ^- הוא: 1s ² , שהוא גם יציב מאוד.

אל הקטיון והאניון מצטרפים כוחות אלקטרוסטטיים.

גביש הליתיום הידריד בעל מבנה זהה לזה של NaCl נתרן כלורי, כלומר מבנה גביש מעוקב.

מבנה גביש מעוקב של ליתיום הידריד. מחבר: Benjah-bmm27. מקור: Wikimedia Commons.

מִנוּחַ

- ליתיום הידריד

- לי

נכסים

מצב פיזי

מוצק גבישי לבן או חסר צבע. LiH מסחרי יכול להיות בצבע אפור-כחול בגלל נוכחות של כמויות קטנות של מתכת ליתיום.

משקל מולקולרי

8 גרם / מול

נקודת המסה

688 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

הוא מתפרק בגובה 850 מעלות צלזיוס.

טמפרטורת התלקחות

200 מעלות צלזיוס

צְפִיפוּת

0.78 גרם / ס"מ ³

מְסִיסוּת

מגיב עם מים. זה לא מסיס באתרים ובפחמימנים.

נכסים אחרים

ליתיום הידריד יציב בהרבה מהידרידים של מתכות אלקליות אחרות וניתן להמיס ללא פירוק.

הוא אינו מושפע מחמצן אם הוא מחומם לטמפרטורות מתחת לאדום. זה גם לא מושפע על ידי כלור Cl ₂ וחומצה הידרוכלורית HCl.

הקשר של LiH עם החום והלחות גורמת תגובה אקסותרמית (מפיק חום) ואבולוציה של מימן H ₂ ו ליתיום הידרוקסידי LiOH.

זה יכול ליצור אבק דק שיכול להתפוצץ במגע עם להבות, חום או חומרים מחמצנים. זה לא צריך לבוא במגע עם תחמוצת החנקן או חמצן נוזלי, מכיוון שהוא עלול להתפוצץ או להתלקח.

הוא מתכהה כשנחשף לאור.

להשיג

ליתיום הידריד הושג במעבדה על ידי התגובה בין מתכת ליתיום מותכת וגז מימן בטמפרטורה של 973 K (700 ºC).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

תוצאות טובות מתקבלות כאשר המשטח החשוף של הליתיום המותך מוגדל וכאשר משקע המשקע של ה- LiH מופחת. זו תגובה אקזוטית.

השתמש כמגן מגן מפני קרינה מסוכנת

ל- LiH מספר מאפיינים ההופכים אותו לאטרקטיבי לשימוש כמגן לבני אדם בכורים גרעיניים ובמערכות חלל. להלן כמה מהמאפיינים הבאים:

- יש לו תכולת מימן גבוהה (12.68% במשקל H) ומספר גבוה של אטומי מימן לנפח יחידה (5.85 x 10 ²² H אטומים / ס"מ ³ ).

- נקודת ההתכה הגבוהה שלו מאפשרת להשתמש בסביבות בטמפרטורה גבוהה ללא התכה.

- יש לו לחץ ניתוק נמוך (~ 20 טור בנקודת ההתכה שלו) המאפשר להמיס ולהקפיא את החומר מבלי להתפרק בלחץ מימן נמוך.

יש לו צפיפות נמוכה מה שהופך אותו לאטרקטיבי לשימוש במערכות חלל.

עם זאת, חסרונותיה הם המוליכות התרמית הנמוכה ותכונות מכניות דלות. אולם זה לא הפחית את תחולתו.

- חלקי ה- LiH המשמשים כמגנים מיוצרים בכבישה חמה או קרה ועל ידי התכה ושפכה לתבניות. אם כי עדיף טופס אחרון זה.

- בטמפרטורת החדר החלקים מוגנים מפני מים ואדי מים ובטמפרטורות גבוהות על ידי לחץ יתר של מימן במיכל אטום.

- בכורים גרעיניים

בכורים גרעיניים ישנם שני סוגים של קרינה:

קרינה מייננת ישירות

מדובר בחלקיקים אנרגטיים ביותר הנושאים מטען חשמלי, כמו חלקיקים אלפא (α) ו- beta (β) ופרוטונים. קרינה מסוג זה מקיימת אינטראקציה חזקה מאוד עם חומרי המגנים, וגורמת ליינון על ידי אינטראקציה עם האלקטרונים של האטומים של החומרים דרכם הם עוברים.

קרינה מייננת בעקיפין

מדובר בנויטרונים, קרני גמא (γ) וקרני X החודרות ודורשות הגנה מאסיבית, מכיוון שהן כרוכות בפליטה של ​​חלקיקים טעונים משניים, שהם הגורמים ליינון.

סמל להתריע על סכנת קרינה מסוכנת. IAEA ו- ISO. מקור: Wikimedia Commons.

על פי מקורות מסוימים, LiH יעיל בהגנה על חומרים ואנשים מפני קרינה מסוג זה.

- במערכות חלליות של הנעה תרמית גרעינית

LiH נבחר לאחרונה כחומר הגנה מפני קרינה גרעינית ומנחה למערכות הנעה גרמיות של חלליות בתנועה ארוכה מאוד.

עיבוד של אמן לרכב חלל המונע על גרעין המקיף את מאדים. נאס"א / SAIC / פט רולינגס. מקור: Wikimedia Commons.

הצפיפות הנמוכה ותכולת המימן הגבוהה שלו מאפשרים להפחית ביעילות את המסה והנפח של הכור המופעל על הגרעין.

- בהגנה מפני קרינה קוסמית

חשיפה לקרינת חלל היא הסיכון המשמעותי ביותר לבריאות האדם במשימות הבדיקה הבין-פלנטריות.

בחלל העמוק אסטרונאוטים ייחשפו למלוא הקשת של קרניים קוסמיות גלקטיות (יוני אנרגיה גבוהה) ואירועי פליטה של ​​חלקיקים סולאריים (פרוטונים).

הסכנה בחשיפה לקרינה מורכבת מאורך המשימות. בנוסף, יש לקחת בחשבון גם את ההגנה על המקומות בהם יגלו החוקרים.

הדמיה של בית הגידול העתידי בכוכב הלכת מאדים. נאס"א. מקור: Wikimedia Commons.

בסדר רעיונות זה, מחקר שנערך בשנת 2018 הצביע על כך שבין החומרים שנבדקו LiH מספק את הפחתה הגדולה ביותר בקרינה לגרם לק"מ ² , ובכך הוא אחד המועמדים הטובים ביותר שישמשו להגנה מפני קרינה קוסמית. עם זאת, יש להעמיק במחקרים אלה.

השתמש כאמצעי לאחסון והובלה בטוחים של מימן

השגת אנרגיה מ- H ₂ היא דבר שנחקר במשך כמה עשרות שנים וכבר מצא יישום להחלפת דלקים מאובנים בכלי תובלה.

H ₂ ניתן להשתמש בתאי דלק ולתרום להפחתת ייצור CO ₂ ו- NO _x ובכך להימנע מאפקט החממה והזיהום. עם זאת, טרם נמצאה מערכת אפקטיבית לאחסון והובלת H ₂ בבטחה, בעלת משקל קל, קומפקטי או קטן, המאחסן אותה במהירות ומשחררת את H ₂ באותה מהירות.

ליתיום הידריד LiH הוא אחד מההידרידים הבסיסיים שיש לו קיבולת אחסון גבוהה ביותר ל- H ₂ (12.7% ממשקל H). משחרר H ₂ באמצעות הידרוליזה על פי התגובה הבאה:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH מספקת 0.254 ק"ג מימן לכל קילוגרם של LiH. בנוסף, יש לו יכולת אחסון גבוהה לנפח יחידה, מה שאומר שהוא קל משקל ומהווה מדיום קומפקטי לאחסון H ₂ .

אופנוע שהדלק שלו הוא מימן המאוחסן בצורה של הידריד מתכתי כמו LiH. ארה"ב DOE יעילות אנרגיה ואנרגיה מתחדשת (EERE). מקור: Wikimedia Commons.

בנוסף, LiH נוצר בקלות רבה יותר מהידרידים מתכות אלקליות אחרות והוא יציב כימית בטמפרטורות הסביבה ולחצים. ניתן להעביר את ה- LiH מהיצרן או הספק למשתמש. ואז, באמצעות הידרוליזה של LiH, נוצר H ₂ וזה משמש בבטחה.

ניתן להחזיר את הליתיום הידרוקסיד LiOH שנוצר לספק המחדש את הליתיום באמצעות אלקטרוליזה, ואז מייצר את LiH שוב.

LiH נחקר בהצלחה גם לצורך שימוש בשילוב עם הידראזין משועמם לאותה מטרה.

השתמש בתגובות כימיות

LiH מאפשר סינתזה של הידרידים מורכבים.

זה משמש, למשל, להכנת ליתיום טריאתילבורו-הידריד, שהוא נוקלאופיל רב עוצמה בתגובות תזוזה של הליד אורגני.

הפניות

1. Sato, Y. and Takeda, O. (2013). מערכת אחסנת מימן ותחבורה באמצעות ליתיום הידריד בטכנולוגיית מלח מותכת. בכימיה של מלחים מותכים. פרק 22, עמודים 451-470. התאושש מ- sciencedirect.com.
2. הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב. (2019). ליתיום הידריד. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. et al. (2019). בירור ההשפעה של השפעת הגרעין התרמי של ליתיום הידריד על תגובתיות של כור מיטת חלקיקים להנעה גרעינית. אנליזות אנרגיה גרעינית 128 (2019) 24-32. התאושש מ- sciencedirect.com.
4. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
5. Giraudo, M. et al. (2018). בדיקות מבוססות מאיצים של יעילות סיכוך של חומרים שונים ורב-שכבות שונים באמצעות אור אנרגיה גבוהה ויונים כבדים. מחקר קרינה 190; 526-537 (2018). התאושש ב- ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). ליתיום הידריד: חומר מגן בעידן החלל. הנדסה גרעינית ועיצוב 26, 3, פברואר 1974, עמודים 444-460. התאושש מ- sciencedirect.com.
7. סימנאד, מ.ט. (2001). כורים גרעיניים: חומרים מסוככים. באנציקלופדיה של חומרים: מדע וטכנולוגיה (מהדורה שנייה). עמודים 6377-6384. התאושש מ- sciencedirect.com.
8. Hügle, T. et al. (2009). הידראזין בוראן: חומר אחסון מימן מבטיח. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7444-7446. התאושש מ- pubs.acs.org.