Гидрид лития — неорганическое соединение формулы Li H. Этот гидрид щелочного металла 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 .
LiH — диамагнетик и ионный проводник , проводимость которого постепенно возрастает отот 2 × 10 -5 Ом -1 см -1 при 443 °С 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 /°C при комнатной температуре. [3] : 49
LiH получают путем обработки металлического лития газообразным водородом:
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 уже при температуре 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]
Порошок LiH быстро реагирует с воздухом низкой влажности , образуя LiOH , Li 2 O и Li 2 CO 3 . Во влажном воздухе порошок самовоспламеняется, 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. При воздействии влажного воздуха нитрид образуется мало или вообще не образуется. Кусковой материал, содержащийся в металлической посуде, можно нагреть на воздухе до температуры чуть ниже 200 °С 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 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 водяного пара 2 Торр . [3] : 7 Если влажный воздух содержит углекислый газ , то продукт представляет собой 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 :
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
Гидрид лития довольно инертен при умеренных температурах с O 2 или Cl 2 . Поэтому он используется в синтезе других полезных гидридов, [8] например,
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, для удаления H 2 требуются температуры выше 700 °C, используемые для его синтеза, создание и поддержание таких температур дорого обходится. Соединение когда-то было испытано в качестве компонента топлива в модели ракеты. [9] [10]
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:
Гидрид лития используется в производстве различных реагентов для органического синтеза , таких как алюмогидрид лития ( Li[AlH 4 ] ) и боргидрид лития ( Li[BH 4 ] ). Триэтилборан реагирует с образованием супергидрида ( Li[BH(CH 2 CH 3 ) 3 ] ). [11]
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 в форме дейтерида лития-7 ( 7 Li 2 H или 7 LiD) является хорошим замедлителем для ядерных реакторов , поскольку дейтерий ( 2 H или D) имеет более низкое сечение поглощения нейтронов , чем обычный водород или протий . ( 1 H) есть, и сечение 7 Li также мало, 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 дейтерид лития-6 ( 6 Li 2 H или 6 LiD) является основным термоядерным топливом в термоядерном оружии . В водородных боеголовках конструкции Теллера-Улама триггер ядерного деления взрывается, нагревая и сжимая дейтерид лития-6, а также бомбардируя 6 LiD нейтронами с образованием трития в экзотермической реакции:
Затем дейтерий и тритий сливаются, образуя гелий , один нейтрон и 17,59 МэВ свободной энергии в виде гамма-лучей , кинетической энергии и т. д. Гелий является инертным побочным продуктом.
До испытания ядерного оружия в Касл-Браво в 1954 году считалось, что только менее распространенный изотоп 6 Li будет образовывать тритий при ударе быстрыми нейтронами. Испытание в Касл-Браво показало (случайно), что более обильный 7 Li также действует в экстремальных условиях, хотя и за счет эндотермической реакции.
LiH бурно реагирует с водой с образованием газообразного водорода и LiOH, который является едким. Следовательно, пыль LiH может взорваться во влажном или даже сухом воздухе из-за статического электричества. При концентрациях в воздухе 5–55 мг/м 3 пыль чрезвычайно раздражает слизистые оболочки и кожу и может вызывать 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] : Азот 156 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.
(Пароль защищен)