Υδρίδιο του λιθίου

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Υδρίδιο του λιθίου
Lithium-hydride-3D-vdW.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Υδρίδιο του λιθίου
Άλλες ονομασίες Λιθάνιο
Υδρολίθιο
Λιθιοϋδρίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος LiH
Μοριακή μάζα 7,95 amu
Αριθμός CAS 7580-67-8
SMILES [H-].[Li+]
Αριθμός RTECS OJ6300000
PubChem CID 62714
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης 692 °C
Πυκνότητα 820 kg/m3
Διαλυτότητα
στο νερό
Αντιδρά
Δείκτης διάθλασης ,
nD
1,9847
Εμφάνιση Άχρωμο προς γκρι στερεό
Χημικές ιδιότητες
Σημείο αυτανάφλεξης 200 °C
Αυτοδιάσπαση 900-1000 °C
Επικινδυνότητα
MSDS ICSC 0813
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704
NFPA 704.svg
2
3
2
W
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

Το υδρίδιο του λιθίου[1] (αγγλικά lithium hydride) είναι ανόργανη χημική ένωση, που περιέχει λίθιο και υδρογόνο, με χημικό τύπο LiH. Το χημικά καθαρό υδρίδιο του λιθίου, συνηθισμένες συνθήκες, δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο κρυσταλλικό στερεό, αν και εμπορικά δείγματά του παρουσιάζουν (συχνά) μια γκρι χροιά. Είναι χαρακτηριστικό αλατόμορφο ιονικό υδρίδιο, αδιάλυτο σε κάθε διαλύτη, με τον οποίον δεν αντιδρά. Έχει σταθερή θερμοχωρητικότητα 29,73 J/mole·K, ενώ η θερμική αγωγιμότητά του μεταβάλλεται ανάλογα με τη σύνθεση και την πίεση, αλλά μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Με μοριακή μάζα ελαφρά μικρότερη από 8 amu, είναι η είναι η ελαφρύτερη ιονική ένωση.

Σύνθεση και κατεργασία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παράγεται με ολική σύνθεση, δηλαδή με αντίδραση μεταλλικού λιθίου και αέριου υδρογόνου[2]:

\mathrm{2Li + H_2 \xrightarrow{600^o \;C} 2LiH}

Αυτή η αντίδραση είναι ιδιαίτερα γρήγορη σε θερμοκρασίες πάνω από 600 °C. Η παρουσία άνθρακα σε αναλογία 0,001–0,003%, η αύξηση της θερμοκρασίας και η χρήση πίεσης, αυξάνουν την απόδοση της αντίδρασης μέχρι και στο 98%, αν δοθεί (επαρκής) χρόνος (ως 2 ώρες)[3]. Ωστόσο, η αντίδραση αρχίζει να πραγματοποιείται από τη θερμοκρασία των 29 °C. Η απόδοση είναι ήδη 60% στους 99 °C και 85% στους 125 °C. Η ταχύτητα της αντίδρασης επιδρά σημαντικά στην κατάσταση της επιφάνειας του παραγώμενου υδριδίου του λιθίου[4].

Λιγότερο συνηθισμένοι τρόποι παραγωγής του υδριδίου του λιθίου περιλαμβάνουν τη θερμική διάσπαση του λιθιοαργιλλιοϋδρίδιου (LiAlH4, στους 200 °C), του λιθιοβοριοϋδρίδιου (LiBH4, στους 300 °C), του βουτυλολίθιου (C4H9Li, στους 150 °C), ή του αιθυλολίθιου (C2H5Li, στους 120 °C), όπως και αρκετών άλλων ενώσεων του λιθίου με (σχετικά) περιορισμένη σταθερότητα, αρκεί βέβαια να περιέχουν και υδρογόνο[5]:

\mathrm{LiAlH_4 \xrightarrow{200^o \;C} LiH + AlH_3}
\mathrm{LiBH_4 \xrightarrow{300^o \;C} LiH + BH_3}
\mathrm{CH_3CH_2CH_2CH_2Li \xrightarrow{150^o \;C} CH_3CH_2CH=CH_2 + LiH }
\mathrm{CH_3CH_2Li \xrightarrow{120^o \;C} CH_2=CH_2 + LiH }

Οι (παραπάνω) χημικές αντιδράσεις αποδίδουν υδρίδιο του λιθίου σε μορφή συγκεντρωμένης σκόνης, που μπορεί να συμπιεστεί σε ταμπλέτες χωρίς τη χρήση συνδετικού υλικού. Πιο πολύπλοκα σχήματα μπορούν να παραχθούν με πήξη από τήγμα[6]. Μεγάλοι απλοί κρύσταλλοι (περίπου με 80 χιλιοστόμετρα μήκος και 16 χιλιοστόμετρα διάμετρο) μπορούν να αναπτυχθούν από τήγμα σκόνης υδριδίου του λιθίου σε ατμόσφαιρα υδρογόνου, με την τεχνική Μπρίγκντμαν-Στόκμπαργκερ (Bridgman–Stockbarger technique). Έχουν ενίοτε μια μπλε χροιά, που οφείλεται στην παρουσία κολλοειδούς λιθίου. Η χροιά μπορεί να αφαιρεθεί μετά την ανάπτυξη συγκόλλησης σε χαμηλότερες θερμοκρασίες (~550°C)) και χαμηλότερες θερμικές κλίσεις[7]. Κύριες προσμείξεις σε τέτοιους κρυστάλλους μπορούν να είναι το νάτριο (20-200 ppm), το οξυγόνο (10-100 ppm), το μαγνήσιο (0,5-6 ppm), ο σίδηρος (0,5-2 ppm) και ο χαλκός (0,5-2 ppm)[8].

Τμήματα υδριδίου του λιθίου από μαζική ψυχρή έκθλιψη μπορούν εύκολα να κατασκευαστούν με κανονικές τεχνικές και εργαλεία σε μια μικροακρίβεια. Ωστόσο, το χυτό υδρίδιο του λιθίου είναι εύθραυστο και (δημιουργούνται) εύκολα ρωγμές, κατά τη διάρκεια επεξεργασίας του[9].

Φυσικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το υδρίδιο του λιθίου είναι μια διαμαγνητική ουσία και ένας ιονικός αγωγός με μια αγωγιμότητα που σταδιακά αυξάνεται από 2·10-5 Ohm-1cm-1 στους 443°C σε 1,8 ·10-1 Ohm-1cm-1 στους 754°C. Το διάγραμμα αγωγιμότητας - θερμοκρασίας δεν παρουσιάζει ασυνέχεια καθώς η θερμοκρασία διέρχεται από τη θερμοκρασία τήξης[10]. Η διηλεκτρική σταθερά του υδριδίου του λιθίου ελαττώνεται από 13,0 (στατικές, χαμηλές συχνότητες σε 3,6 (συχνότητες ορατού φωτός)[11]. Το υδρίδιο του λιθίου είναι ένα μαλακό υλικό με 3,7 σκληρότητα Mohs[12].

Η θερμική αγωγιμότητα του υδριδίου του λιθίου μειώνεται με τη θερμοκρασία και εξαρτάται από τη μορφολογία. Κυμαίνεται από 0,25 W/(cm K) για κρυστάλλους σε επαφή με θερμοκρασία 50 °C ως 0,036 W/(cm K) για κρυστάλλους σε επαφή με θερμοκρασία 500 °C[13]. Η γραμμική θερμική διαστολή του ανέρχεται σε 4,2·10-5/°C στη θερμοκρασία δωματίου (20°C)[14].

Χημική συμπεριφορά και εφαρμογές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η σκόνη υδριδίου του λιθίου αντιδρά τάχιστα με τον ατμοσφαιρικό αέρα χαμηλής υγρασίας, σχηματίζοντας υδροξείδιο του λιθίου (LiOH), οξείδιο του λιθίου (Li2O) και ανθρακικό λίθιο (Li2CO3). Αν η υγρασία είναι αρκετά υψηλή στον αέρα, τότε αναφλέγεται έντονα, σχηματίζοντας ένα μίγμα προϊόντων που συμπεριλαμβάνει, επιπλέον, κάποιες αζωτούχες ενώσεις. Αν το υδρίδιο του λιθίου βρίσκεται με τη μορφή μεγαλύτερου συσσωματώματος, τότε αντιδρά επίσης με τον υγρό αέρα, σχηματίζοντας ένα επιφανειακό επίστρωμα προϊόντων, που βρίσκεται με τη μορφή παχύρρευστου ρευστού. Αυτό εμποδίζει την παρά πέρα αντίδραση του αέρα με το εσωτερικό του, παρ' όλο που η εμφάνιση του λεπτού στρώματος είναι αρκετά εμφανής. Στην περίπτωση αυτή (δηλαδή της αντίδρασης υγρού αέρα - συσσωματώματος υδριδίου του λιθίου), σχηματίζονται λίγες ή καθόλου αζωτούχες ενώσεις. Τα συσσωματώματα υδριδίου του λιθίου, τοποθετημένα σε κάποιο μεταλλικό δίσκο, μπορούν να θερμανθούν, παρουσία ατμοσφαιρικού αέρα, ακόμη και ως λίγο κάτω από τους 200 °C, χωρίς να αναφλεγούν, αλλά φυσικά αναφλέγονται έντονα αν αγγίξουν μια γυμνή φλόγα. Η επιφανειακή κατάσταση του υδριδίου του λιθίου και η τυχόν παρουσία οξειδίων στο μεταλλικό δίσκο έχουν σημαντική επίδραση στη θερμοκρασία ανάφλεξης. Πάντως, το ξηρό οξυγόνο δεν αντιδρά με κρυσταλλικό υδρίδιο του λιθίου, εκτός βέβαια αν το μίγμα θερμανθεί ισχυρά, οπότε συμβαίνει μια σχεδόν εκρηκτική καύση[11].

Είναι αναφλέξιμο και αντιδρά με το νερό (και άλλα πρωτικά αντιδραστήρια), το οποίο διασπά το υδρίδιο σε υδροξείδιο του λιθίου και υδρογόνο:

\mathrm{LiH + H_2O \xrightarrow{} LiOH + H_2 \uparrow}

Αν και δεν είναι συνηθισμένη η χρήση του για το σκοπό αυτό, είναι αναγωγικό αντιδραστήριο. Χρησιμοποιείται στην παραγωγή υδριδίων μεταλλοειδών. Για παράδειγμα, χρησιμοποιείται για την παραγωγή σιλανίου από τετραχλωροπυρίτιο:

\mathrm{4LiH + SiCl_4 \xrightarrow{} 4LiCl + SiH_4 \uparrow}

Το υδρίδιο του λιθίου έχει πολλές εφαρμογές, μεταξύ των οποίων είναι οι ακόλουθες:

  1. Ως αφυδατικό μέσο.
  2. Ως πρώτη ύλη για τη σύνθεση του λιθιοαργιλιοϋδρίδιου (LiAlH4).
  3. Ως πρώτη ύλη για τη σύνθεση του λιθιοβοριοϋδρίδιου (LiBH4).
  4. Για παραγωγή υδρογόνου.
  5. Ως λύση για αποθήκευση υδρογόνου[15] και σε οχήματα υδρογόνου.
  6. Ως ψυκτικό και ασπίδα σε πυρηνικούς αντιδραστήρες[16].
  7. Στην παραγωγή κεραμικών.
  8. Ως αναγωγικό αντιδραστήριο[17]..
  9. Χρησιμοποιήθηκε το 1967 ως προωθητικό πυραύλου[18][19]
  10. To 6LiD χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή κεφαλής πυρηνικής σύντηξης[20].

Ασφάλεια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το υδρίδιο του λιθίου είναι διπλά επικίνδυνο: Αναφλέγεται στον αέρα και αντιδρά βίαια και εξώθερμα με το νερό, παράγοντας και υδρογόνο, το οποίο μπορεί να αναφλεγεί από τη θερμότητα της υδρόλυσης.

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. Dr. Floyd Beckford. «University of Lyon course online (powerpoint) slideshow». http://www.lyon.edu/webdata/users/fbeckford/CHM%20120/Lecture%20Notes/Chapter-14.ppt. Ανακτήθηκε στις 2008-07-27. «definitions:Slides 8-10 (Chapter 14)» 
  3. Smith, 147
  4. Smith, 5
  5. Smith, 144–145
  6. Smith, 160 ff.
  7. Smith, 154
  8. Smith, 155
  9. Smith, 171
  10. Smith, 36
  11. 11,0 11,1 Smith, 56
  12. Smith, 42
  13. Smith, 60
  14. Smith, 49
  15. Το υδρίδιο του λιθίου έχει τη μεγαλύτερη ακτά βάρος περιεκτικότητα σε υδρογόνο από όλα τα υδρίδια.
  16. http://en.wikipedia.org/wiki/Castle_Bravo#Cause_of_high_yield
  17. Aufray M, Menuel S, Fort Y, Eschbach J, Rouxel D, Vincent B (2009). «New Synthesis of Nanosized Niobium Oxides and Lithium Niobate Particles and Their Characterization by XPS Analysis». JOURNAL OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY 9 (8): 4780-4789. doi:10.1166/jnn.2009.1087. 
  18. [1][2]
  19. LEX - From The Probert Encyclopaedia
  20. Το 6LiD παράγεται ομοίως με το LiH, δηλαδή με επίδραση μεταλλικού 6Li και δευτερίου (D) που συνήθως παράγεται με ηλεκτρόλυση βαρέως ύδατος (D2O),
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Lithium hydride της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).