هيدريد الليثيوم: الهيكل ، الخصائص ، الحصول ، الاستخدامات - كيمياء - 2026

و هيدريد الليثيوم هو البلورية غير العضوية الصلبة وجود ل صيغة الكيميائية ليه. إنه أخف ملح غير عضوي ، ووزنه الجزيئي 8 جم / مول فقط. يتكون من اتحاد أيون الليثيوم Li ⁺ وأيون هيدريد H ^-. كلاهما مرتبطان برابطة أيونية.

LiH لديه نقطة انصهار عالية. يتفاعل بسهولة مع الماء وينتج غاز الهيدروجين في التفاعل. يمكن الحصول عليها من خلال التفاعل بين معدن الليثيوم المنصهر وغاز الهيدروجين. يستخدم على نطاق واسع في التفاعلات الكيميائية للحصول على هيدرات أخرى.

هيدريد الليثيوم ، LiH. لم يتم توفير مؤلف يمكن قراءته آليًا. افترض JTiago (بناءً على مطالبات حقوق النشر).. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

تم استخدام LiH للحماية من الإشعاع الخطير مثل تلك الموجودة في المفاعلات النووية ، أي ALPHA و BETA وإشعاع GAMMA والبروتونات والأشعة السينية والنيوترونات.

كما تم اقتراحه لحماية المواد في الصواريخ الفضائية التي تعمل بالدفع الحراري النووي. يتم إجراء الدراسات لاستخدامها كحماية للإنسان من الإشعاع الكوني أثناء الرحلات المستقبلية إلى كوكب المريخ.

بناء

في هيدريد الليثيوم ، يحتوي الهيدروجين على شحنة سالبة H ^- ، لأنه يطرح إلكترونًا من المعدن ، والذي يكون على شكل Li ⁺ ion.

تكوين الإلكترون الخاص بـ Li ⁺ الكاتيون هو: 1s ² وهو مستقر للغاية. والبنية الإلكترونية لأنيون هيدريد H ^- هي: 1s ² ، وهي أيضًا مستقرة جدًا.

الكاتيون والأنيون تنضم إليهما قوى كهروستاتيكية

بلورات هيدريد الليثيوم لها نفس بنية كلوريد الصوديوم NaCl ، أي هيكل بلوري مكعب.

التركيب البلوري المكعب لهيدريد الليثيوم. المؤلف: Benjah-bmm27. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

التسمية

- هيدريد الليثيوم

- LiH

الخصائص

الحالة الفيزيائية

مادة صلبة بلورية بيضاء أو عديمة اللون. يمكن أن يكون LiH التجاري أزرق-رمادي بسبب وجود كميات صغيرة من معدن الليثيوم.

الوزن الجزيئي الغرامي

8 جم / مول

نقطة الانصهار

688 درجة مئوية

نقطة الغليان

يتحلل عند 850 درجة مئوية.

درجة حرارة الاشتعال الذاتي

200 درجة مئوية

كثافة

0.78 جم / سم ³

الذوبان

يتفاعل مع الماء. غير قابل للذوبان في الاثيرات والهيدروكربونات

خصائص أخرى

هيدريد الليثيوم أكثر استقرارًا من هيدرات المعادن القلوية الأخرى ويمكن صهره دون تحلل.

لا يتأثر بالأكسجين إذا تم تسخينه إلى درجات حرارة أقل من الأحمر. كما أنه لا يتأثر بالكلور Cl ₂ وحمض الهيدروكلوريك HCl.

يؤدي ملامسة LiH مع الحرارة والرطوبة إلى تفاعل طارد للحرارة (يولد حرارة) وتطور الهيدروجين H ₂ وهيدروكسيد الليثيوم LiOH.

يمكن أن يشكل غبارًا ناعمًا يمكن أن ينفجر عند التلامس مع اللهب أو الحرارة أو المواد المؤكسدة. لا ينبغي أن يتلامس مع أكسيد النيتروز أو الأكسجين السائل ، لأنه قد ينفجر أو يشتعل.

يغمق عند تعرضه للضوء.

الحصول

تم الحصول على هيدريد الليثيوم في المختبر من خلال التفاعل بين معدن الليثيوم المصهور وغاز الهيدروجين عند درجة حرارة 973 كلفن (700 درجة مئوية).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

يتم الحصول على نتائج جيدة عند زيادة السطح المكشوف للليثيوم المصهور وعندما ينخفض ​​وقت الترسيب في LiH. إنه تفاعل طارد للحرارة.

استخدم كدرع وقائي ضد الإشعاع الخطير

يتميز LiH بعدد من الخصائص التي تجعله جذابًا لاستخدامه كحماية للبشر في المفاعلات النووية وأنظمة الفضاء. فيما يلي بعض هذه الخصائص:

- يحتوي على نسبة عالية من الهيدروجين (12.68٪ بوزن H) وعدد كبير من ذرات الهيدروجين لكل وحدة حجم (5.85 × 10 ²² ذرة هيدروجين / سم ³).

- تسمح نقطة انصهاره العالية باستخدامه في بيئات درجات الحرارة العالية دون ذوبان.

- لديها ضغط تفكك منخفض (~ 20 تور عند نقطة انصهارها) مما يسمح للمادة أن تذوب وتجمد دون أن تتحلل تحت ضغط هيدروجين منخفض.

- ذات كثافة منخفضة مما يجعلها جذابة لاستخدامها في الأنظمة الفضائية.

- ومع ذلك ، فإن عيوبه هي انخفاض الموصلية الحرارية وخصائص ميكانيكية سيئة. لكن هذا لم يقلل من قابليتها للتطبيق.

- يتم تصنيع أجزاء LiH التي تعمل كدروع عن طريق الضغط الساخن أو البارد والصهر والسكب في قوالب. على الرغم من أن هذا الشكل الأخير هو المفضل.

- في درجة حرارة الغرفة ، تكون الأجزاء محمية من الماء وبخار الماء وفي درجات حرارة عالية بواسطة ضغط زائد صغير من الهيدروجين في حاوية مغلقة.

- في المفاعلات النووية

يوجد في المفاعلات النووية نوعان من الإشعاع:

إشعاع مؤين مباشرة

إنها جسيمات عالية الطاقة تحمل شحنة كهربائية ، مثل جسيمات ألفا (α) وبيتا (β) والبروتونات. يتفاعل هذا النوع من الإشعاع بشدة مع مواد الدروع ، مما يتسبب في التأين بالتفاعل مع إلكترونات ذرات المواد التي تمر من خلالها.

الإشعاع المؤين غير المباشر

إنها نيوترونات وأشعة جاما (() وأشعة سينية ، وهي تخترق وتتطلب حماية هائلة ، لأنها تنطوي على انبعاث جسيمات مشحونة ثانوية ، والتي تسبب التأين.

رمز للتحذير من خطر الإشعاع الخطير. الوكالة الدولية للطاقة الذرية و ISO. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

وفقًا لبعض المصادر ، فإن LiH فعال في حماية المواد والأشخاص من هذه الأنواع من الإشعاع.

- في الفضاء أنظمة الدفع الحراري النووي

تم اختيار LiH مؤخرًا كدرع محتمل للإشعاع النووي وسيطًا لأنظمة الدفع الحراري النووية للمركبة الفضائية ذات الرحلات الطويلة جدًا.

رسم فنان لمركبة فضائية تعمل بالطاقة النووية تدور حول المريخ. ناسا / سايك / بات رولينغز. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

تجعل كثافته المنخفضة ومحتواه العالي من الهيدروجين من الممكن تقليل كتلة وحجم المفاعل الذي يعمل بالطاقة النووية بشكل فعال.

- في الحماية من الإشعاع الكوني

يعد التعرض للإشعاع الفضائي من أهم المخاطر على صحة الإنسان في بعثات استكشاف الكواكب المستقبلية.

سيتعرض رواد الفضاء في الفضاء السحيق لطيف كامل من الأشعة الكونية المجرية (أيونات عالية الطاقة) وأحداث طرد الجسيمات الشمسية (البروتونات).

يتفاقم خطر التعرض للإشعاع بطول المهام. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أيضًا مراعاة حماية الأماكن التي سيسكنها المستكشفون.

محاكاة موطن المستقبل على كوكب المريخ. ناسا. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

في هذا السياق ، أشارت دراسة أجريت في عام 2018 إلى أنه من بين المواد التي تم اختبارها ، يوفر LiH أكبر انخفاض في الإشعاع لكل جرام لكل سم ² ، وبالتالي فهو أحد أفضل المرشحين لاستخدامه في الحماية من الإشعاع الكوني. ومع ذلك ، يجب تعميق هذه الدراسات.

استخدم كوسيلة لتخزين ونقل الهيدروجين بشكل آمن

إن الحصول على الطاقة من H ₂ هو أمر تمت دراسته لعدة عشرات من السنين ووجد بالفعل تطبيقًا لاستبدال الوقود الأحفوري في مركبات النقل.

H ₂ يمكن استخدامها في خلايا الوقود والمساهمة في الحد من إنتاج CO ₂ وNO _س ، وبالتالي تجنب ظاهرة الاحتباس الحراري والتلوث. ومع ذلك ، لم يتم بعد العثور على نظام فعال لتخزين ونقل H ₂ بأمان ، خفيف الوزن ، أو صغير الحجم ، أو صغير الحجم ، يخزنه بسرعة ويطلق H ₂ بنفس السرعة.

هيدريد الليثيوم LiH هو أحد الهيدرات القلوية التي لديها أعلى سعة تخزين لـ H ₂ (12.7٪ بوزن H). تطلق H ₂ بالتحلل المائي حسب التفاعل التالي:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

يوفر LiH 0.254 Kg من الهيدروجين لكل Kg من LiH. بالإضافة إلى ذلك ، تتميز بسعة تخزين عالية لكل وحدة حجم ، مما يعني أنها خفيفة الوزن ووسيط مضغوط لتخزين H ₂.

دراجة نارية وقودها الهيدروجين المخزن على شكل هيدريد معدني مثل LiH. وزارة الطاقة الأمريكية ، كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة (EERE). المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

بالإضافة إلى ذلك ، يتشكل LiH بسهولة أكبر من هيدرات المعادن القلوية الأخرى وهو مستقر كيميائيًا في درجات الحرارة والضغوط المحيطة. يمكن نقل LiH من الشركة المصنعة أو المورد إلى المستخدم. ثم ، عن طريق التحلل المائي لـ LiH ، يتم إنشاء H ₂ ويتم استخدامه بأمان.

يمكن إرجاع هيدروكسيد الليثيوم LiOH المتكون إلى المورد الذي يقوم بتجديد الليثيوم عن طريق التحليل الكهربائي ، ثم ينتج LiH مرة أخرى.

تمت دراسة LiH أيضًا بنجاح لاستخدامه جنبًا إلى جنب مع هيدرازين borated لنفس الغرض.

استخدم في التفاعلات الكيميائية

يسمح LiH بتركيب الهيدريدات المعقدة.

إنه يخدم ، على سبيل المثال ، لتحضير ثلاثي إيثيل بوروهيدريد الليثيوم ، وهو مادة نيوكليوفيل قوية في تفاعلات إزاحة الهاليد العضوية.

المراجع

1. Sato، Y. and Takeda، O. (2013). نظام تخزين ونقل الهيدروجين من خلال هيدريد الليثيوم باستخدام تقنية الملح المصهور. في كيمياء الأملاح المنصهرة. الفصل 22 ، الصفحات 451-470. تعافى من sciencedirect.com.
2. المكتبة الوطنية الأمريكية للطب. (2019). هيدريد الليثيوم. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. وانج ، ل. وآخرون. (2019). التحقيق في تأثير تأثير النواة الحرارية لهيدريد الليثيوم على تفاعل مفاعل طبقة جسيمات الدفع النووي. حوليات الطاقة النووية 128 (2019) 24-32. تعافى من sciencedirect.com.
4. قطن ، ف.ألبرت وويلكينسون ، جيفري. (1980). كيمياء غير عضوية متقدمة. طبعة رابعة. جون وايلي وأولاده.
5. جيرودو ، إم وآخرون. (2018). الاختبارات المعتمدة على المعجل لفاعلية التدريع للمواد المختلفة والطبقات المتعددة باستخدام الأيونات الخفيفة والثقيلة عالية الطاقة. بحوث الإشعاع 190؛ 526-537 (2018). تعافى من ncbi.nlm.nih.gov.
6. ويلش ، FH (1974). هيدريد الليثيوم: مادة واقية لعصر الفضاء. الهندسة النووية والتصميم 26 ، 3 ، فبراير 1974 ، الصفحات 444-460. تعافى من sciencedirect.com.
7. Simnad ، MT (2001). المفاعلات النووية: مواد الحماية. في موسوعة المواد: العلوم والتكنولوجيا (الطبعة الثانية). الصفحات 6377-6384. تعافى من sciencedirect.com.
8. هوغل ، ت. وآخرون. (2009). هيدرازين بوران: مادة واعدة لتخزين الهيدروجين. J. Am. Chem. Soc. 2009، 131، 7444-7446. تعافى من pubs.acs.org.