Гидрид лития
катион лития, Что + Анион водорода, ЧАС − | |
__ ЧАС − __ Что +
Структура гидрида лития. | |
Идентификаторы | |
---|---|
3D model ( JSmol )
|
|
ХимическийПаук | |
Информационная карта ECHA | 100.028.623 |
ПабХим CID
|
|
номер РТЭКС |
|
НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
Характеристики | |
ЛиХ | |
Молярная масса | 7.95 g·mol −1 |
Появление | от бесцветного до серого твердого вещества [ 1 ] |
Плотность | 0,78 г/см 3 [ 1 ] |
Температура плавления | 688,7 ° C (1271,7 ° F; 961,9 К) [ 1 ] |
Точка кипения | 900–1000 ° C (1650–1830 ° F; 1170–1270 К) (разлагается) [ 2 ] |
реагирует | |
Растворимость | слабо растворим в диметилформамиде реагирует с аммиаком , диэтиловым эфиром , этанолом |
−4.6·10 −6 см 3 /моль | |
Показатель преломления ( n D )
|
1.9847 [ 3 ] : 43 |
Структура | |
ГЦК ( тип NaCl ) | |
а = 0,40834 нм [ 3 ] : 56
| |
6,0 Д [ 3 ] : 35 | |
Термохимия | |
Теплоемкость ( С )
|
3,51 Дж/(г·К) |
Стандартный моляр
энтропия ( S ⦵ 298 ) |
170,8 Дж/(моль К) |
Стандартная энтальпия
образование (Δ f H ⦵ 298 ) |
−90,65 кДж/моль |
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ⦵ )
|
−68,48 кДж/моль |
Опасности | |
Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |
Основные опасности
|
чрезвычайно сильный раздражитель, высокотоксичный, очень коррозионный |
СГС Маркировка : | |
Опасность | |
Х260 , Х301 , Х314 | |
P223 , P231+P232 , P260 , P264 , P270 , P280 , P301+P316 , P301+P330+P331 , P302+P335+P334 , P302+P361+P354 , P304+P340 , P305+P354+P3 38 , П316 , П321 , П330 , П363 , П370+П378 , П402+П404 , П405 , П501 | |
NFPA 704 (огненный алмаз) | |
200 ° С (392 ° F; 473 К) | |
Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |
ЛД 50 ( средняя доза )
|
77,5 мг/кг (перорально, крыса) [ 5 ] |
ЛК 50 ( средняя концентрация )
|
22 мг/м 3 (крыса, 4 ч) [ 6 ] |
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
ПЭЛ (допустимо)
|
СВВ 0,025 мг/м 3 [ 4 ] |
РЕЛ (рекомендуется)
|
СВВ 0,025 мг/м 3 [ 4 ] |
IDLH (Непосредственная опасность)
|
0,5 мг/м 3 [ 4 ] |
Паспорт безопасности (SDS) | КМГС 0813 |
Родственные соединения | |
Другие катионы
|
Гидрид натрия Гидрид калия Гидрид рубидия Гидрид цезия |
Родственные соединения
|
Боргидрид лития Литий-алюминийгидрид |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
|
лития — неорганическое соединение формулы Li H. Гидрид Этот щелочного металла гидрид представляет собой бесцветное твердое вещество, хотя коммерческие образцы имеют серый цвет. Характеризуется солеподобным (ионным) гидридом , имеет высокую температуру плавления и не растворим, но реагирует со всеми протонными органическими растворителями . Он растворим и не реагирует с некоторыми расплавленными солями , такими как фторид лития , боргидрид лития и гидрид натрия . С молярной массой 7,95 г/моль это самое легкое ионное соединение .
Физические свойства
[ редактировать ]LiH — диамагнетик и ионный проводник с проводимостью, постепенно возрастающей от 2 × 10 −5 Ой −1 см −1 при 443 °C до 0,18 Ом −1 см −1 при 754 °С; в этом увеличении температуры плавления нет скачка. [ 3 ] : 36 Диэлектрическая проницаемость LiH уменьшается с 13,0 (статические, низкие частоты) до 3,6 (частоты видимого света). [ 3 ] : 35 LiH — мягкий материал с твердостью по шкале Мооса 3,5. [ 3 ] : 42 Его ползучесть при сжатии (за 100 часов) быстро увеличивается с <1% при 350 °C до >100% при 475 °C, а это означает, что LiH не может обеспечить механическую поддержку при нагревании. [ 3 ] : 39
Теплопроводность LiH уменьшается с температурой и зависит от морфологии: соответствующие значения составляют 0,125 Вт/(см·К) для кристаллов и 0,0695 Вт/(см·К) для компактов при 50 °С и 0,036 Вт/(см·К). К) для кристаллов и 0,0432 Вт/(см·К) для прессовок при 500 °С. [ 3 ] : 60 Коэффициент линейного теплового расширения составляет 4,2 × 10. −5 /°С при комнатной температуре. [ 3 ] : 49
Синтез и обработка
[ редактировать ]LiH получают путем обработки лития металлического газообразным водородом :
- 2Li + H2 → 2LiH
Эта реакция особенно быстро протекает при температуре выше 600 °C. Добавление 0,001–0,003% углерода и/или повышение температуры и/или давления увеличивает выход до 98% при времени пребывания 2 часа. [ 3 ] : 147 Однако реакция протекает при температуре всего 29 ° C. Выход составляет 60% при 99 °C и 85% при 125 °C, причем скорость существенно зависит от состояния поверхности LiH. [ 3 ] : 5
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. [ 3 ] : 144–145
Химические реакции дают LiH в виде кускового порошка , который можно спрессовать в таблетки без связующего вещества . Более сложные формы можно получить литьем из расплава . [ 3 ] : 160 и далее. Большие монокристаллы (около 80 мм в длину и 16 мм в диаметре) можно затем вырастить из расплавленного порошка LiH в атмосфере водорода методом Бриджмена-Стокбаргера . Они часто имеют синеватый цвет из-за присутствия коллоидного лития. Этот цвет можно удалить путем отжига после выращивания при более низких температурах (~ 550 ° C) и меньших температурных градиентах. [ 3 ] : 154 Основными примесями в этих кристаллах являются Na (20–200 ppm ), O (10–100 ppm), Mg (0,5–6 ppm), Fe (0,5–2 ppm) и Cu (0,5–2 ppm). [ 3 ] : 155
Массивные детали из LiH, полученные холодным прессованием, можно легко обрабатывать с использованием стандартных методов и инструментов с точностью до микрометра . Однако литой LiH хрупкий и легко трескается при обработке. [ 3 ] : 171
Более энергоэффективный способ получения порошка гидрида лития — это измельчение металлического лития в шаровой мельнице под высоким давлением водорода. Проблемой этого метода является холодная сварка металлического лития из-за его высокой пластичности . Добавляя небольшое количество порошка гидрида лития, можно избежать холодной сварки. [ 7 ]
Реакции
[ редактировать ]Порошок LiH быстро реагирует с воздухом низкой влажности , образуя LiOH . Ли 2 О и Ли 2 СО 3 . Во влажном воздухе порошок самовозгорается, образуя смесь продуктов, включающую некоторые азотистые соединения. Комковый материал вступает в реакцию с влажным воздухом, образуя поверхностное покрытие, представляющее собой вязкую жидкость. Это тормозит дальнейшую реакцию, хотя появление пленки «тусклости» вполне очевидно. образуется мало или вообще не образуется нитрид При воздействии влажного воздуха . 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 огню. Состояние поверхности LiH, наличие оксидов на металлической чашке и т. д. оказывают существенное влияние на температуру воспламенения. Сухой кислород не реагирует с кристаллическим LiH без сильного нагрева, при котором происходит почти взрывное горение. [ 3 ] : 6
LiH очень активен по отношению к воде и другим протонным реагентам: [ 3 ] : 7
- LiH + H 2 O → Li + + Н 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 . [ 3 ] : 22
Гранулы LiH медленно расширяются во влажном воздухе, образуя LiOH ; однако степень расширения ниже 10% в течение 24 часов при давлении 2 Торр . водяного пара [ 3 ] : 7 Если во влажном воздухе содержится углекислый газ , то продуктом является карбонат лития . [ 3 ] : 8 LiH медленно реагирует с аммиаком при комнатной температуре, но реакция значительно ускоряется при температуре выше 300 °C. [ 3 ] : 10 LiH медленно реагирует с высшими спиртами и фенолами , но энергично с низшими спиртами. [ 3 ] : 14
LiH реагирует с диоксидом серы с образованием дитионита :
- 2 LiH + 2 SO 2 → Li 2 S 2 O 4 + H 2
хотя при температуре выше 50 ° C продукт представляет собой сульфид лития . [ 3 ] : 9
LiH реагирует с ацетиленом с образованием карбида лития и водорода . С безводными органическими кислотами , фенолами и ангидридами кислот LiH медленно реагирует, образуя газообразный водород и литиевую соль кислоты. С водосодержащими кислотами LiH реагирует быстрее, чем с водой. [ 3 ] : 8 Многие реакции LiH с кислородсодержащими соединениями приводят к образованию LiOH, который, в свою очередь, необратимо реагирует с LiH при температуре выше 300 °C: [ 3 ] : 10
- LiH + LiOH → Li 2 O + H 2
Гидрид лития довольно инертен при умеренных температурах. О 2 или Кл 2 . Поэтому он используется в синтезе других полезных гидридов, [ 8 ] например.,
- 8 LiH + Al 2 Cl 6 → 2 Li[AlH 4 ] + 6 LiCl
- 2 LiH + B 2 H 6 → 2 Li[BH 4 ]
Приложения
[ редактировать ]Хранение водорода и топливо
[ редактировать ]При содержании водорода, пропорциональном его массе, в три раза больше, чем у NaH, LiH имеет самое высокое содержание водорода среди всех гидридов. LiH периодически представляет интерес для хранения водорода, но его применение затрудняется из-за его устойчивости к разложению. Таким образом, удаление H 2 требует температур выше 700 °C, используемых для его синтеза, создание и поддержание таких температур дорого обходится. Соединение когда-то было испытано в качестве компонента топлива в модели ракеты. [ 9 ] [ 10 ]
Предшественник сложных гидридов металлов.
[ редактировать ]LiH обычно не является гидрид-восстанавливающим агентом, за исключением синтеза гидридов некоторых металлоидов. Например, силан получают реакцией гидрида лития и тетрахлорида кремния по процессу Сундермейера:
- 4 LiH + SiCl 4 → 4 LiCl + SiH 4
Гидрид лития используется в производстве различных реагентов для органического синтеза , например алюмогидрида лития ( Li[AlH 4 ] ) и боргидрид лития ( Li[BH 4 ] ). Триэтилборан реагирует с образованием супергидрида ( Li[BH(CH 2 CH 3 ) 3 ] ). [ 11 ]
В ядерной химии и физике
[ редактировать ]Гидрид лития (LiH) иногда является желательным материалом для защиты ядерных реакторов с изотопом лития-6 (Li-6), и его можно изготовить путем литья. [ 12 ] [ 13 ]
Дейтерид лития
[ редактировать ]Дейтерид лития в форме дейтерида лития-7 ( 7 Что 2 Ч или 7 ЛиД), является хорошим замедлителем , ядерных реакторов поскольку дейтерий ( 2 H или D) имеет более низкое нейтронов поглощения сечение , чем обычный водород или протий ( 1 H) делает, а сечение для 7 Li также низкий, что снижает поглощение нейтронов в реакторе. 7 Li предпочтителен в качестве замедлителя, поскольку он имеет меньшее сечение захвата нейтронов, а также образует меньше трития ( 3 H или T) при бомбардировке нейтронами. [ 14 ]
Соответствующий лития-6 дейтерид ( 6 Что 2 Ч или 6 LiD) — основное термоядерное топливо в термоядерном оружии . [ нужна ссылка ] В водородных боеголовках конструкции Теллера-Улама триггер ядерного деления взрывается, нагревая и сжимая дейтерид лития-6, а также бомбардируя 6 LiD с нейтронами для производства трития в экзотермической реакции:
- 6 ЛиД + н → 4 Он + Т + Д
Дейтерий и тритий затем сливаются, образуя гелий , один нейтрон и 17,59 МэВ свободной энергии в виде гамма-лучей , кинетической энергии и т. д. Тритий имеет благоприятное сечение реакции . Гелий является инертным побочным продуктом. [ нужна ссылка ]
- 3
1 час
+ 2
1 час
→ 4
2 Он
+ н .
До в Касл-Браво испытаний ядерного оружия в 1954 году считалось, что только менее распространенный изотоп 6 Ли мог образовать тритий при ударе быстрыми нейтронами. Испытание в замке Браво показало (случайно), что чем больше 7 Ли делает это и в экстремальных условиях, хотя и в результате эндотермической реакции.
Безопасность
[ редактировать ]LiH бурно реагирует с водой с образованием газообразного водорода и LiOH, который является едким. Следовательно, пыль LiH может взрываться во влажном или даже сухом воздухе из-за статического электричества. В концентрациях 5–55 мг/м 3 в воздухе пыль чрезвычайно раздражает слизистые оболочки и кожу и может вызвать аллергическую реакцию. Из-за раздражения LiH обычно отторгается, а не накапливается в организме. [ 3 ] : 157, 182
Некоторые соли лития, которые можно получить в реакциях LiH, токсичны. Пожар LiH нельзя тушить углекислым газом, четыреххлористым углеродом или водными огнетушителями; его следует задушить, накрыв металлическим предметом или порошком графита или доломита . Песок менее пригоден, так как он может взорваться при смешивании с горящим LiH, особенно если он не сухой. LiH обычно транспортируется в масле, в контейнерах из керамики, некоторых пластмасс или стали, и обрабатывается в атмосфере сухого аргона или гелия. [ 3 ] : 156 Азот можно использовать, но не при повышенных температурах, так как он вступает в реакцию с литием. [ 3 ] : 157 LiH обычно содержит некоторое количество металлического лития, который разъедает стальные или кварцевые контейнеры при повышенных температурах. [ 3 ] : 173–174, 179
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Лиде, Д.Р., изд. (2005). Справочник CRC по химии и физике (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. п. 4.70. ISBN 0-8493-0486-5 .
- ^ Дэвид Артур Джонсон; Открытый университет (12 августа 2002 г.). Металлы и химические изменения . Королевское химическое общество. стр. 167–. ISBN 978-0-85404-665-2 . Проверено 1 ноября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб и объявление Смит, РЛ; Скупой, JW (1963). Сборник свойств гидрида лития . НАСА.
- ^ Jump up to: а б с Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0371» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ Чемберс, Майкл. «ChemIDplus - 7580-67-8 - SIAPCJWMELPYOE-UHFFFAOYSA-N - Гидрид лития - Поиск подобных структур, синонимы, формулы, ссылки на ресурсы и другая химическая информация» . chem.sis.nlm.nih.gov . Проверено 10 апреля 2018 г.
- ^ «Гидрид лития» . Непосредственно опасные для жизни и здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ Механохимический синтез моногидридов щелочных металлов без растворителей и катализаторов. И. З. Хлова, А. Касл, Дж. Ф. Голдстон, С. Гупта, Т. Прост… - Журнал «Химия материалов А», 2016
- ^ «Учебник химии NCERT» (PDF) .
- ^ Lex. Архивировано 23 июля 2008 г. в Wayback Machine . Astronautix.com (25 апреля 1964 г.). Проверено 1 ноября 2011 г.
- ^ Эмпирические законы гибридного сгорания гидрида лития с фтором в малых ракетных двигателях . Ntrs.nasa.gov. Проверено 1 ноября 2011 г. (защищено паролем)
- ^ Питер Риттмейер, Ульрих Вительманн «Гидриды» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2002, Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a13_199
- ^ Питер Дж. Турчи (1998). Техника движения: действие и противодействие . АААА. стр. 339–. ISBN 978-1-56347-115-5 . Проверено 2 ноября 2011 г.
- ^ Уэлч, Фрэнк Х. (февраль 1974 г.). «Гидрид лития: защитный материал космической эры». Ядерная инженерия и дизайн . 26 (3): 440–460. дои : 10.1016/0029-5493(74)90082-X .
- ^ Мэсси, Марк; Деван, Лесли К. «US 20130083878 A1, 4 апреля 2013 г., ЯДЕРНЫЕ РЕАКТОРЫ И СВЯЗАННЫЕ МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА» . Патентное ведомство США . Правительство США . Проверено 2 июня 2016 г.