LITIO IDRURO: STRUTTURA, PROPRIETÀ, OTTENIMENTO, USI - CHIMICA - 2025

L' idruro di litio è un solido inorganico cristallino avente la formula chimica LiH. È il sale inorganico più leggero, il suo peso molecolare è di soli 8 g / mol. È formato dall'unione di uno ione litio Li ⁺ e uno ione idruro H ^- . Entrambi sono legati da un legame ionico.

LiH ha un alto punto di fusione. Reagisce facilmente con l'acqua e nella reazione viene prodotto idrogeno gassoso. Può essere ottenuto dalla reazione tra metallo di litio fuso e gas idrogeno. È ampiamente utilizzato nelle reazioni chimiche per ottenere altri idruri.

Litio idruro, LiH. Nessun autore leggibile dalla macchina fornito. JTiago ha ipotizzato (in base alle rivendicazioni di copyright). . Fonte: Wikimedia Commons.

LiH è stato utilizzato per proteggere dalle radiazioni pericolose come quelle che si trovano nei reattori nucleari, cioè radiazioni ALPHA, BETA, GAMMA, protoni, raggi X e neutroni.

È stato anche proposto per la protezione dei materiali nei razzi spaziali alimentati dalla propulsione termica nucleare. Sono anche in corso studi per essere utilizzati come protezione dell'essere umano dalle radiazioni cosmiche durante i futuri viaggi sul pianeta Marte.

Struttura

Nell'idruro di litio, l'idrogeno ha una carica negativa H ^- , poiché ha sottratto un elettrone dal metallo, che è sotto forma di ione Li ⁺ .

La configurazione elettronica del catione Li ⁺ è: 1s ² che è molto stabile. E la struttura elettronica dell'anione idruro H ^- è: 1s ² , che è anche molto stabile.

Il catione e l'anione sono uniti da forze elettrostatiche.

Il cristallo di idruro di litio ha la stessa struttura del cloruro di sodio NaCl, cioè una struttura cristallina cubica.

Struttura cristallina cubica di idruro di litio. Autore: Benjah-bmm27. Fonte: Wikimedia Commons.

Nomenclatura

- Litio idruro

- LiH

Proprietà

Stato fisico

Solido cristallino bianco o incolore. Il LiH commerciale può essere blu-grigio a causa della presenza di piccole quantità di litio metallico.

Peso molecolare

8 g / mol

Punto di fusione

688 ºC

Punto di ebollizione

Si decompone a 850 ºC.

Temperatura di autoaccensione

200 ºC

Densità

0,78 g / cm ³

solubilità

Reagisce con l'acqua. È insolubile in eteri e idrocarburi.

Altre proprietà

L'idruro di litio è molto più stabile degli idruri degli altri metalli alcalini e può essere fuso senza decomposizione.

Non è influenzato dall'ossigeno se viene riscaldato a temperature inferiori al rosso. Inoltre non è influenzato dal cloro Cl ₂ e dall'acido cloridrico HCl.

Il contatto di LiH con il calore e l'umidità provoca una reazione esotermica (genera calore) e lo sviluppo di idrogeno H ₂ e idrossido di litio LiOH.

Può formare una polvere fine che può esplodere a contatto con fiamme, calore o materiali ossidanti. Non deve entrare in contatto con protossido di azoto o ossigeno liquido, poiché potrebbe esplodere o incendiarsi.

Si scurisce se esposto alla luce.

Ottenere

L'idruro di litio è stato ottenuto in laboratorio dalla reazione tra il metallo di litio fuso e l'idrogeno gassoso ad una temperatura di 973 K (700 ºC).

2 Li + H ₂ → 2 LiH

Buoni risultati si ottengono quando la superficie esposta del litio fuso viene aumentata e quando il tempo di sedimentazione del LiH è diminuito. È una reazione esotermica.

Utilizzare come scudo protettivo contro le radiazioni pericolose

Il LiH ha una serie di caratteristiche che lo rendono attraente per l'uso come protezione per gli esseri umani nei reattori nucleari e nei sistemi spaziali. Ecco alcune di queste caratteristiche:

- Ha un elevato contenuto di idrogeno (12,68% in peso di H) e un elevato numero di atomi di idrogeno per unità di volume (5,85 x 10 ²² H atomi / cm ³ ).

- Il suo alto punto di fusione ne consente l'utilizzo in ambienti ad alta temperatura senza fondersi.

- Ha una bassa pressione di dissociazione (~ 20 torr al suo punto di fusione) che consente al materiale di essere fuso e congelato senza degradarsi a bassa pressione dell'idrogeno.

- Ha una bassa densità che lo rende attraente per essere utilizzato nei sistemi spaziali.

- Tuttavia, i suoi svantaggi sono la sua bassa conduttività termica e le scarse proprietà meccaniche. Ma ciò non ha diminuito la sua applicabilità.

- Le parti LiH che fungono da schermi sono prodotte mediante pressatura a caldo o freddo e mediante fusione e colata in stampi. Sebbene quest'ultima forma sia preferita.

- A temperatura ambiente le parti sono protette dall'acqua e dal vapore acqueo e alle alte temperature da una piccola sovrapressione di idrogeno in un contenitore sigillato.

- Nei reattori nucleari

Nei reattori nucleari esistono due tipi di radiazioni:

Radiazione ionizzante diretta

Sono particelle altamente energetiche che trasportano carica elettrica, come particelle e protoni alfa (α) e beta (β). Questo tipo di radiazione interagisce molto fortemente con i materiali degli schermi, provocando la ionizzazione interagendo con gli elettroni degli atomi dei materiali attraverso i quali passano.

Radiazioni ionizzanti indirettamente

Sono neutroni, raggi gamma (γ) e raggi X, che sono penetranti e richiedono una protezione massiccia, poiché comportano l'emissione di particelle cariche secondarie, che sono ciò che causa la ionizzazione.

Simbolo per avvertire del pericolo di radiazioni pericolose. IAEA e ISO. Fonte: Wikimedia Commons.

Secondo alcune fonti, LiH è efficace nel proteggere materiali e persone da questi tipi di radiazioni.

- Nei sistemi spaziali di propulsione termica nucleare

LiH è stato recentemente scelto come potenziale schermatura dalle radiazioni nucleari e moderatore per i sistemi di propulsione termica nucleare di veicoli spaziali a lunghissimo viaggio.

Rappresentazione artistica di un veicolo spaziale a propulsione nucleare in orbita attorno a Marte. NASA / SAIC / Pat Rawlings. Fonte: Wikimedia Commons.

La sua bassa densità e l'alto contenuto di idrogeno consente di ridurre efficacemente la massa e il volume del reattore nucleare.

- In protezione contro le radiazioni cosmiche

L'esposizione alle radiazioni spaziali è il rischio più significativo per la salute umana nelle future missioni di esplorazione interplanetaria.

Nello spazio profondo gli astronauti saranno esposti all'intero spettro dei raggi cosmici galattici (ioni ad alta energia) e agli eventi di espulsione delle particelle solari (protoni).

Il pericolo di esposizione alle radiazioni è aggravato dalla durata delle missioni. Inoltre, va considerata anche la protezione dei luoghi che abiteranno gli esploratori.

Simulazione del futuro habitat sul pianeta Marte. NASA. Fonte: Wikimedia Commons.

In quest'ottica, uno studio condotto nel 2018 ha indicato che tra i materiali testati, LiH fornisce la maggiore riduzione di radiazioni per grammo per cm ² , risultando così uno dei migliori candidati da utilizzare nella protezione dalle radiazioni cosmiche. Tuttavia, questi studi devono essere approfonditi.

Utilizzare come mezzo di immagazzinamento e trasporto sicuro dell'idrogeno

Ottenere energia dall'H ₂ è qualcosa che è stato studiato per diverse dozzine di anni e ha già trovato applicazione per sostituire i combustibili fossili nei veicoli di trasporto.

L'H ₂ può essere utilizzato nelle celle a combustibile e contribuisce alla riduzione della produzione di CO ₂ e NO _x , evitando così l'effetto serra e l'inquinamento. Tuttavia, non è stato ancora trovato un sistema efficace per immagazzinare e trasportare H _{2 in} sicurezza, leggero, compatto o di piccole dimensioni, che lo immagazzini velocemente e rilasci H ₂ altrettanto rapidamente , non è stato ancora trovato .

L'idruro di litio LiH è uno degli idruri alcalini che ha la più alta capacità di stoccaggio di H ₂ (12,7% in peso di H). Rilascia H ₂ per idrolisi secondo la seguente reazione:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH fornisce 0,254 Kg di idrogeno per ogni Kg di LiH. Inoltre, ha una capacità di memoria per unità di volume, il che significa che è leggero e compatto è un mezzo per H ₂ stoccaggio .

Motocicletta il cui carburante è l'idrogeno immagazzinato sotto forma di un idruro metallico come LiH. US DOE Efficienza energetica ed energia rinnovabile (EERE). Fonte: Wikimedia Commons.

Inoltre, LiH si forma più facilmente di altri idruri di metalli alcalini ed è chimicamente stabile a temperature e pressioni ambiente. Il LiH può essere trasportato dal produttore o fornitore all'utente. Quindi, dall'idrolisi di LiH, viene generato H ₂ e questo viene utilizzato in modo sicuro.

L'idrossido di litio LiOH formato può essere restituito al fornitore che rigenera il litio mediante elettrolisi e quindi produce nuovamente LiH.

LiH è stato anche studiato con successo per essere utilizzato in combinazione con idrazina borato per lo stesso scopo.

Utilizzo nelle reazioni chimiche

LiH consente la sintesi di idruri complessi.

Serve, ad esempio, per preparare il litio trietilboroidruro, che è un potente nucleofilo nelle reazioni di spostamento degli alogenuri organici.

Riferimenti

1. Sato, Y. e Takeda, O. (2013). Sistema di stoccaggio e trasporto dell'idrogeno tramite idruro di litio che utilizza la tecnologia del sale fuso. Nella chimica dei sali fusi. Capitolo 22, pagine 451-470. Recupero da sciencedirect.com.
2. Biblioteca nazionale di medicina degli Stati Uniti. (2019). Idruro di litio. Estratto da: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. et al. (2019). Studio sull'impatto dell'effetto del nucleo termico dell'idruro di litio sulla reattività del reattore a letto di particelle di propulsione nucleare. Annals of Nuclear Energy 128 (2019) 24-32. Recupero da sciencedirect.com.
4. Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimica inorganica avanzata. Quarta edizione. John Wiley & Sons.
5. Giraudo, M. et al. (2018). Test basati su acceleratori dell'efficacia della schermatura di diversi materiali e multistrato utilizzando ioni leggeri e pesanti ad alta energia. Radiation Research 190; 526-537 (2018). Recupero da ncbi.nlm.nih.gov.
6. Welch, FH (1974). Litio idruro: un materiale schermante dell'era spaziale. Nuclear Engineering and Design 26, 3, febbraio 1974, pagine 444-460. Recupero da sciencedirect.com.
7. Simnad, MT (2001). Reattori nucleari: materiali schermanti. In Encyclopedia of Materials: Science and Technology (seconda edizione). Pagine 6377-6384. Recupero da sciencedirect.com.
8. Hügle, T. et al. (2009). Hydrazine Borane: un promettente materiale per lo stoccaggio dell'idrogeno. J. Am. Chem. Soc.2009, 131, 7444-7446. Recuperato da pubs.acs.org.