ลิเธียมไฮไดรด์: โครงสร้างคุณสมบัติการได้รับการใช้งาน - เคมี - 2026

ไฮไดรด์ลิเธียมเป็นอนินทรีที่เป็นของแข็งที่มีผลึก สูตรทางเคมี Lih เป็นเกลืออนินทรีย์ที่เบาที่สุดน้ำหนักโมเลกุลเพียง 8 กรัม / โมล มันถูกสร้างโดยสหภาพของลิเธียมไอออนหลี่⁺และ H ไอออนไฮไดรด์- ทั้งสองเชื่อมโยงกันด้วยพันธะไอออนิก

LiH มีจุดหลอมเหลวสูง ทำปฏิกิริยากับน้ำได้ง่ายและก๊าซไฮโดรเจนเกิดขึ้นในปฏิกิริยา เกิดขึ้นได้จากปฏิกิริยาระหว่างโลหะลิเทียมหลอมเหลวกับก๊าซไฮโดรเจน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในปฏิกิริยาทางเคมีเพื่อให้ได้ไฮไดรด์อื่น ๆ

ลิเธียมไฮไดรด์ LiH. ไม่มีผู้เขียนที่อ่านได้โดยเครื่อง JTiago สันนิษฐาน (ตามการร้องเรียนการละเมิดลิขสิทธิ์) . ที่มา: Wikimedia Commons

LiH ถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันรังสีที่เป็นอันตรายเช่นที่พบในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์นั่นคือ ALPHA, BETA, รังสี GAMMA, โปรตอน, รังสีเอกซ์และนิวตรอน

นอกจากนี้ยังได้รับการเสนอให้มีการป้องกันวัสดุในจรวดอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานความร้อนนิวเคลียร์ ยังมีการศึกษาเพื่อใช้เป็นเกราะป้องกันมนุษย์จากรังสีคอสมิกในระหว่างการเดินทางไปยังดาวอังคารในอนาคต

โครงสร้าง

ลิเธียมไฮไดรด์ไฮโดรเจนมีประจุลบ H ^-เพราะมันได้หักอิเล็กตรอนจากโลหะซึ่งอยู่ในรูปของหลี่⁺ไอออน

โครงร่างอิเล็กตรอนของ Li ⁺ไอออนบวกคือ 1s ²ซึ่งมีความเสถียรมาก และโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของไอออนไฮไดรด์ H ^-คือ 1s ²ซึ่งมีความเสถียรมากเช่นกัน

ไอออนบวกและประจุลบจะถูกรวมเข้าด้วยกันโดยกองกำลังไฟฟ้าสถิต

ผลึกลิเธียมไฮไดรด์มีโครงสร้างเช่นเดียวกับโซเดียมคลอไรด์ NaCl นั่นคือโครงสร้างผลึกลูกบาศก์

โครงสร้างลูกบาศก์คริสตัลของลิเทียมไฮไดรด์ ผู้แต่ง: Benjah-bmm27. ที่มา: Wikimedia Commons

ศัพท์เฉพาะ

- ลิเธียมไฮไดรด์

- LiH

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

ของแข็งผลึกสีขาวหรือไม่มีสี LiH เชิงพาณิชย์อาจเป็นสีน้ำเงิน - เทาเนื่องจากมีโลหะลิเธียมจำนวนเล็กน้อย

น้ำหนักโมเลกุล

8 กรัม / โมล

จุดหลอมเหลว

688 ºC

จุดเดือด

สลายตัวที่ 850 ºC

อุณหภูมิการสลายตัวอัตโนมัติ

200 ºC

ความหนาแน่น

0.78 ก. / ซม. ³

การละลาย

ทำปฏิกิริยากับน้ำ ไม่ละลายในอีเทอร์และไฮโดรคาร์บอน

คุณสมบัติอื่น ๆ

ลิเธียมไฮไดรด์มีความเสถียรมากกว่าไฮไดรด์ของโลหะอัลคาไลอื่น ๆ มากและสามารถหลอมได้โดยไม่สลายตัว

ออกซิเจนจะไม่ได้รับผลกระทบหากได้รับความร้อนที่อุณหภูมิต่ำกว่าสีแดง นอกจากนี้ยังไม่ได้รับผลกระทบจากคลอรีน Cl ₂และกรดไฮโดรคลอริก HCl

การสัมผัส LiH กับความร้อนและความชื้นทำให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อน (สร้างความร้อน) และวิวัฒนาการของไฮโดรเจน H ₂และลิเทียมไฮดรอกไซด์ LiOH

สามารถก่อตัวเป็นฝุ่นละเอียดที่สามารถระเบิดได้เมื่อสัมผัสกับเปลวไฟความร้อนหรือวัสดุออกซิไดซ์ ไม่ควรสัมผัสกับไนตรัสออกไซด์หรือออกซิเจนเหลวเพราะอาจระเบิดหรือติดไฟได้

จะมืดลงเมื่อโดนแสง

การได้รับ

ลิเธียมไฮไดรด์ได้รับในห้องปฏิบัติการโดยปฏิกิริยาระหว่างโลหะลิเธียมหลอมเหลวกับก๊าซไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 973 K (700 ºC)

2 Li + H ₂ → 2 LiH

ผลลัพธ์ที่ดีจะได้รับเมื่อพื้นผิวสัมผัสของลิเทียมหลอมเหลวเพิ่มขึ้นและเวลาในการตกตะกอนของ LiH จะลดลง มันเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน

ใช้เป็นเกราะป้องกันรังสีอันตราย

LiH มีคุณสมบัติหลายประการที่ทำให้น่าสนใจที่จะใช้เป็นเครื่องป้องกันมนุษย์ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และระบบอวกาศ ลักษณะเหล่านี้บางส่วน:

- มีปริมาณไฮโดรเจนสูง (12.68% โดยน้ำหนักของ H) และมีไฮโดรเจนอะตอมจำนวนมากต่อหน่วยปริมาตร (5.85 x 10 ²² H อะตอม / ซม. ³ )

- จุดหลอมเหลวสูงช่วยให้สามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงโดยไม่ละลาย

- มีความดันการแยกตัวต่ำ (~ 20 torr ที่จุดหลอมเหลว) ซึ่งทำให้สามารถหลอมและแช่แข็งได้โดยไม่ต้องย่อยสลายภายใต้ความดันไฮโดรเจนต่ำ

- มีความหนาแน่นต่ำทำให้น่าสนใจที่จะใช้ในระบบอวกาศ

- อย่างไรก็ตามข้อเสียคือการนำความร้อนต่ำและคุณสมบัติเชิงกลไม่ดี แต่สิ่งนี้ไม่ได้ลดความสามารถในการบังคับใช้

- ชิ้นส่วน LiH ที่ทำหน้าที่เป็นโล่ผลิตโดยการกดร้อนหรือเย็นและโดยการหลอมและเทลงในแม่พิมพ์ แม้ว่ารูปแบบสุดท้ายนี้จะเป็นที่ต้องการ

- ที่อุณหภูมิห้องชิ้นส่วนจะได้รับการปกป้องจากน้ำและไอน้ำและที่อุณหภูมิสูงโดยไฮโดรเจนแรงดันเกินเล็กน้อยในภาชนะที่ปิดสนิท

- ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์มีรังสีสองประเภท:

รังสีไอออไนซ์โดยตรง

เป็นอนุภาคที่มีพลังสูงซึ่งมีประจุไฟฟ้าเช่นอนุภาคอัลฟา (α) และเบต้า (β) และโปรตอน รังสีชนิดนี้มีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุของโล่อย่างรุนแรงทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนโดยการมีปฏิสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนของอะตอมของวัสดุที่ผ่าน

รังสีไอออไนซ์โดยอ้อม

พวกมันคือนิวตรอนรังสีแกมมา (γ) และรังสีเอกซ์ซึ่งทะลุทะลวงและต้องการการป้องกันขนาดใหญ่เนื่องจากเกี่ยวข้องกับการปล่อยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าทุติยภูมิซึ่งเป็นสาเหตุของการแตกตัวเป็นไอออน

สัญลักษณ์เตือนอันตรายจากรังสีอันตราย IAEA และ ISO ที่มา: Wikimedia Commons

ตามแหล่งข้อมูลบางแห่ง LiH มีประสิทธิภาพในการปกป้องวัสดุและผู้คนจากรังสีประเภทนี้

- ในระบบอวกาศของการขับเคลื่อนด้วยความร้อนนิวเคลียร์

LiH เพิ่งได้รับเลือกให้เป็นตัวป้องกันรังสีนิวเคลียร์และผู้ดูแลระบบขับเคลื่อนความร้อนนิวเคลียร์ของยานอวกาศที่เดินทางไกล

การสร้างยานอวกาศพลังงานนิวเคลียร์ที่โคจรรอบดาวอังคารของศิลปิน NASA / SAIC / Pat Rawlings ที่มา: Wikimedia Commons

ความหนาแน่นต่ำและปริมาณไฮโดรเจนสูงทำให้สามารถลดมวลและปริมาตรของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

- ในการป้องกันรังสีคอสมิก

การสัมผัสกับรังสีในอวกาศเป็นความเสี่ยงที่สำคัญที่สุดต่อสุขภาพของมนุษย์ในภารกิจการสำรวจระหว่างดาวเคราะห์ในอนาคต

นักบินอวกาศในห้วงอวกาศจะได้รับรังสีคอสมิกกาแล็กซี่เต็มสเปกตรัม (ไอออนพลังงานสูง) และเหตุการณ์การขับไล่อนุภาคสุริยะ (โปรตอน)

อันตรายจากการได้รับรังสีประกอบด้วยความยาวของภารกิจ นอกจากนี้ยังต้องคำนึงถึงการคุ้มครองสถานที่ที่นักสำรวจจะอาศัยอยู่ด้วย

การจำลองที่อยู่อาศัยในอนาคตบนดาวอังคาร นาซา ที่มา: Wikimedia Commons

ตามลำดับความคิดนี้การศึกษาในปี 2018 ระบุว่าในบรรดาวัสดุที่ผ่านการทดสอบ LiH ให้การแผ่รังสีต่อกรัมต่อ cm ²ลดลงมากที่สุดจึงเป็นหนึ่งในผู้สมัครที่ดีที่สุดที่จะใช้ในการป้องกันรังสีคอสมิก อย่างไรก็ตามการศึกษาเหล่านี้ต้องเจาะลึก

ใช้เป็นวิธีการจัดเก็บและขนส่งไฮโดรเจนอย่างปลอดภัย

การได้รับพลังงานจาก H ₂เป็นสิ่งที่ได้รับการศึกษาเป็นเวลาหลายสิบปีและได้พบการประยุกต์ใช้เพื่อทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลในยานพาหนะขนส่งแล้ว

H ₂สามารถใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงและช่วยลดการผลิต CO ₂และ NO _xจึงหลีกเลี่ยงสภาวะเรือนกระจกและมลภาวะ อย่างไรก็ตามระบบที่มีประสิทธิภาพในการจัดเก็บและขนส่ง H ₂อย่างปลอดภัยซึ่งมีน้ำหนักเบากะทัดรัดหรือขนาดเล็กที่จัดเก็บได้อย่างรวดเร็วและปล่อย H _{2 ออกมา}อย่างรวดเร็วยังไม่พบ

ลิเธียมไฮไดรด์ LiH เป็นหนึ่งในอัลคาไลไฮไดรด์ที่มีความจุสูงสุดสำหรับ H ₂ (12.7% โดยน้ำหนักของ H) ปลดปล่อย H ₂โดยการไฮโดรไลซิสตามปฏิกิริยาต่อไปนี้:

LiH + H ₂ O → LiOH + H ₂

LiH จัดหาไฮโดรเจน 0.254 Kg สำหรับทุก ๆ Kg ของ LiH นอกจากนี้ยังมีความจุสูงต่อหน่วยปริมาตรซึ่งหมายความว่ามันมีน้ำหนักเบาและเป็นสื่อที่มีขนาดกะทัดรัดสำหรับ H ₂การจัดเก็บข้อมูล

รถจักรยานยนต์ที่มีเชื้อเพลิงเป็นไฮโดรเจนเก็บไว้ในรูปของโลหะไฮไดรด์เช่น LiH US DOE Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE) ที่มา: Wikimedia Commons

นอกจากนี้ LiH ยังก่อตัวได้ง่ายกว่าไฮไดรด์โลหะอัลคาไลอื่น ๆ และมีความเสถียรทางเคมีที่อุณหภูมิและความกดดันโดยรอบ LiH สามารถขนส่งจากผู้ผลิตหรือซัพพลายเออร์ไปยังผู้ใช้ จากนั้นโดยการไฮโดรไลซิสของ LiH H ₂จะถูกสร้างขึ้นและใช้อย่างปลอดภัย

ลิเธียมไฮดรอกไซด์ LiOH ที่เกิดขึ้นสามารถส่งคืนไปยังซัพพลายเออร์ซึ่งสร้างลิเธียมขึ้นมาใหม่โดยการอิเล็กโทรลิซิสจากนั้นผลิต LiH อีกครั้ง

LiH ยังได้รับการศึกษาอย่างประสบความสำเร็จในการใช้ร่วมกับไฮดราซีนบอเรตเพื่อวัตถุประสงค์เดียวกัน

ใช้ในปฏิกิริยาเคมี

LiH ช่วยให้สามารถสังเคราะห์ไฮไดรด์เชิงซ้อนได้

ตัวอย่างเช่นทำหน้าที่เตรียมลิเธียมไตรเอทิลโบโรไฮไดรด์ซึ่งเป็นนิวคลีโอไทล์ที่ทรงพลังในปฏิกิริยาการแทนที่ของเฮไลด์อินทรีย์

อ้างอิง

1. Sato, Y. และ Takeda, O. (2013). ระบบจัดเก็บและขนส่งไฮโดรเจนผ่านลิเธียมไฮไดรด์โดยใช้เทคโนโลยีเกลือหลอมเหลว ในเคมีเกลือหลอมเหลว. บทที่ 22 หน้า 451-470. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
2. หอสมุดแพทยศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา (2019) ลิเธียมไฮไดรด์ สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Wang, L. และคณะ (2019) การตรวจสอบผลกระทบของผลกระทบของเคอร์เนลความร้อนของลิเธียมไฮไดรด์ต่อปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเตียงอนุภาคขับเคลื่อน พงศาวดารพลังงานนิวเคลียร์ 128 (2019) 24-32. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
4. ฝ้ายเอฟอัลเบิร์ตและวิลคินสันจอฟฟรีย์ (1980) เคมีอนินทรีย์ขั้นสูง. พิมพ์ครั้งที่สี่. John Wiley & Sons
5. Giraudo, M. et al. (2018) การทดสอบตามตัวเร่งเพื่อประสิทธิภาพการป้องกันของวัสดุและวัสดุหลายชั้นที่แตกต่างกันโดยใช้พลังงานสูงเบาและไอออนหนัก การวิจัยทางรังสี 190; 526-537 (2561). กู้คืนจาก ncbi.nlm.nih.gov
6. เวลช์, FH (1974). ลิเธียมไฮไดรด์: วัสดุป้องกันยุคอวกาศ วิศวกรรมและการออกแบบนิวเคลียร์ 26, 3, กุมภาพันธ์ 2517, หน้า 444-460. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
7. ซิมนาด, มอนแทนา (2544). เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์: วัสดุป้องกัน. ในสารานุกรมวัสดุ: วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (พิมพ์ครั้งที่สอง). หน้า 6377-6384 กู้คืนจาก sciencedirect.com.
8. Hügle, T. et al. (2009) Hydrazine Borane: วัสดุกักเก็บไฮโดรเจนที่มีแนวโน้ม ญ. เคมี. ศ. 2552, 131, 7444-7446. กู้คืนจาก pubs.acs.org.