Hidruro de litio - Lithium hydride

Hidruro de litio
Modelo de relleno de espacio de parte de la estructura cristalina del hidruro de litio
Poliedros de NaCl.png
__ Li +  __ H -
Estructura del hidruro de litio.
Hidruro de litio.png
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChemSpider
Tarjeta de información ECHA 100.028.623 Edita esto en Wikidata
Número RTECS
UNII
  • InChI = 1S / Li.Hssss ☒norte
    Clave: SIAPCJWMELPYOE-UHFFFAOYSA-N ☒norte
  • InChI = 1 / Li.H / q + 1; -1
    Clave: SRTHRWZAMDZJOS-UHFFFAOYAZ
  • [H -]. [Li +]
Propiedades
LiH
Masa molar 7,95 g / mol
Apariencia incoloro a gris sólido
Densidad 0,78 g / cm 3
Punto de fusion 688,7 ° C (1271,7 ° F; 961,9 K)
Punto de ebullición 900–1,000 ° C (1,650–1,830 ° F; 1,170–1,270 K) (se descompone)
reacciona
Solubilidad ligeramente soluble en dimetilformamida
reacciona con amoniaco , éter dietílico , etanol
−4,6 · 10 −6 cm 3 / mol
1,9847
Estructura
fcc ( tipo NaCl )
a  = 0,40834 nm
6,0 D
Termoquímica
3,51 J / (g · K)
170,8 J / (mol · K)
Entalpía
estándar de formación f H 298 )
−90,65 kJ / mol
−68,48 kJ / mol
Riesgos
Principales peligros irritante extremadamente fuerte, altamente tóxico, altamente corrosivo
Ficha de datos de seguridad ICSC 0813
NFPA 704 (diamante de fuego)
3
2
2
200 ° C (392 ° F; 473 K)
Dosis o concentración letal (LD, LC):
LD 50 ( dosis mediana )
77,5 mg / kg (oral, rata)
22 mg / m 3 (rata, 4 h)
NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.):
PEL (permitido)
TWA 0,025 mg / m 3
REL (recomendado)
TWA 0,025 mg / m 3
IDLH (peligro inmediato)
0,5 mg / m 3
Compuestos relacionados
Otros cationes
Hidruro de sodio hidruro de
potasio hidruro de
rubidio hidruro de
cesio
Compuestos relacionados
Borohidruro de
litio Hidruro de litio y aluminio
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒norte verificar  ( ¿qué es   ?) chequeY☒norte
Referencias de Infobox

Hidruro de litio es un compuesto inorgánico con la fórmula Li H . Este hidruro de metal alcalino es un sólido incoloro, aunque las muestras comerciales son grises. Característico de un hidruro similar a una sal (iónico), tiene un alto punto de fusión y no es soluble pero reactivo con todos los disolventes orgánicos próticos . Es soluble y no reactivo con ciertas sales fundidas tales como fluoruro de litio , borohidruro de litio , y el hidruro de sodio . Con una masa molecular ligeramente inferior a 8,0, es el compuesto iónico más ligero .

Propiedades físicas

LiH es un conductor diamagnético e iónico con una conductividad que aumenta gradualmente desde2 × 10 −5  Ω −1 cm −1 a 443 ° C a 0,18 Ω −1 cm −1 a 754 ° C; no hay discontinuidad en este aumento a través del punto de fusión. La constante dieléctrica de LiH disminuye de 13,0 (estática, bajas frecuencias) a 3,6 (frecuencias de luz visible). LiH es un material blando con una dureza de Mohs de 3,5. Su fluencia de compresión (cada 100 horas) aumenta rápidamente de <1% a 350 ° C a> 100% a 475 ° C, lo que significa que LiH no puede proporcionar soporte mecánico cuando se calienta.

La conductividad térmica de LiH disminuye con la temperatura y depende de la morfología: los valores correspondientes son 0.125 W / (cm · K) para cristales y 0.0695 W / (cm · K) para compactos a 50 ° C, y 0.036 W / (cm · K) para cristales y 0,0432 W / (cm · K) para compactos a 500 ° C. El coeficiente de expansión térmica lineal es 4.2 × 10 - 5 / ° C a temperatura ambiente.

Síntesis y procesamiento

El LiH se produce al tratar el metal litio con gas hidrógeno :

2 Li + H 2 → 2 LiH

Esta reacción es especialmente rápida a temperaturas superiores a 600 ° C. La adición de 0,001–0,003% de carbono, y / o el aumento de temperatura y / o presión, aumenta el rendimiento hasta un 98% con un tiempo de residencia de 2 horas. Sin embargo, la reacción procede a temperaturas tan bajas como 29 ° C. El rendimiento es del 60% a 99 ° C y del 85% a 125 ° C, y la velocidad depende significativamente del estado de la superficie de LiH.

Las formas menos comunes de síntesis de LiH incluyen la descomposición térmica de hidruro de litio y aluminio (200 ° C), borohidruro de litio (300 ° C), n-butillitio (150 ° C) o etillitio (120 ° C), así como varias reacciones que involucran compuestos de litio de baja estabilidad y contenido de hidrógeno disponible.

Las reacciones químicas producen LiH en forma de polvo agrupado, que se puede comprimir en gránulos sin un aglutinante. Pueden producirse formas más complejas mediante colada a partir de la masa fundida. Los monocristales grandes (de unos 80 mm de largo y 16 mm de diámetro) se pueden cultivar a partir de polvo de LiH fundido en una atmósfera de hidrógeno mediante la técnica de Bridgman-Stockbarger . A menudo tienen un color azulado debido a la presencia de Li coloidal. Este color se puede eliminar mediante recocido posterior al crecimiento a temperaturas más bajas (~ 550 ° C) y gradientes térmicos más bajos. Las principales impurezas en estos cristales son Na (20 a 200 partes por millón, ppm), O (10 a 100 ppm), Mg (0,5 a 6 ppm), Fe (0,5 a 2 ppm) y Cu (0,5 a 2 ppm).

Agrietamiento en LiH fundido después del mecanizado con cortador de moscas . La escala está en pulgadas.

Las piezas LiH prensadas en frío a granel se pueden mecanizar fácilmente utilizando técnicas y herramientas estándar con una precisión micrométrica . Sin embargo, el LiH fundido es frágil y se agrieta fácilmente durante el procesamiento.

Una ruta más eficiente desde el punto de vista energético para formar polvo de hidruro de litio es mediante molienda de bolas de metal de litio a alta presión de hidrógeno. Un problema con este método es la soldadura en frío de metal de litio debido a la alta ductilidad. Añadiendo pequeñas cantidades de polvo de hidruro de litio se puede evitar la soldadura en frío.

Reacciones

El polvo de LiH reacciona rápidamente con aire de baja humedad, formando LiOH , Li
2
O
y Li
2
CO
3
. En aire húmedo, el polvo se enciende espontáneamente, formando una mezcla de productos que incluyen algunos compuestos nitrogenados. El material en grumos reacciona con el aire húmedo, formando una capa superficial, que es un fluido viscoso. Esto inhibe la reacción posterior, aunque la aparición de una película de "deslustre" es bastante evidente. Se forma poco o nada de nitruro al exponerse al aire húmedo. El material en grumos, contenido en un plato de metal, se puede calentar al aire a una temperatura ligeramente inferior a 200 ° C sin encenderse, aunque se enciende fácilmente cuando se toca con una llama abierta. El estado de la superficie de LiH, la presencia de óxidos en la placa de metal, etc., tienen un efecto considerable sobre la temperatura de ignición. El oxígeno seco no reacciona con el LiH cristalino a menos que se caliente fuertemente, cuando ocurre una combustión casi explosiva.

LiH es muy reactivo con el agua y otros reactivos próticos:

LiH + H 2 O → Li + + H 2 + OH -

El LiH es menos reactivo con el agua que el Li y, por tanto, es un agente reductor mucho menos potente para el agua, los alcoholes y otros medios que contienen solutos reducibles. Esto es cierto para todos los hidruros salinos binarios.

Los gránulos de LiH se expanden lentamente en aire húmedo, formando LiOH; sin embargo, la tasa de expansión es inferior al 10% en 24 horas a una presión de 2  Torr de vapor de agua. Si el aire húmedo contiene dióxido de carbono, entonces el producto es carbonato de litio. LiH reacciona con amoníaco, lentamente a temperatura ambiente, pero la reacción se acelera significativamente por encima de 300 ° C. LiH reacciona lentamente con alcoholes superiores y fenoles , pero vigorosamente con alcoholes inferiores.

LiH reacciona con dióxido de azufre:

2 LiH + 2 SO 2 → Li 2 S 2 O 4 + H 2

aunque por encima de 50 ° C el producto es ditionito de litio.

LiH reacciona con acetileno para formar carburo de litio e hidrógeno. Con ácidos orgánicos anhidros, fenoles y anhídridos de ácido, el LiH reacciona lentamente, produciendo gas hidrógeno y la sal de litio del ácido. Con ácidos que contienen agua, LiH reacciona más rápido que con agua. Muchas reacciones de LiH con especies que contienen oxígeno producen LiOH, que a su vez reacciona irreversiblemente con LiH a temperaturas superiores a 300 ° C:

LiH + LiOH → Li 2 O + H 2

Aplicaciones

Almacenamiento de hidrógeno y combustible

Con un contenido de hidrógeno en proporción a su masa tres veces mayor que el de NaH, LiH tiene el contenido de hidrógeno más alto de todos los hidruros. El LiH es periódicamente de interés para el almacenamiento de hidrógeno, pero las aplicaciones se han visto frustradas por su estabilidad a la descomposición. Por lo tanto la eliminación de H 2 requiere temperaturas superiores a los 700 ° C usado para su síntesis, tales temperaturas son caros para crear y mantener. El compuesto se probó una vez como componente de combustible en un modelo de cohete.

Precursor de hidruros metálicos complejos

El LiH no suele ser un agente reductor de hidruros, excepto en la síntesis de hidruros de ciertos metaloides. Por ejemplo, el silano se produce en la reacción de hidruro de litio y tetracloruro de silicio mediante el proceso de Sundermeyer:

4 LiH + SiCl 4 → 4 LiCl + SiH 4

El hidruro de litio se utiliza en la producción de una variedad de reactivos para síntesis orgánica , como hidruro de litio y aluminio (LiAlH 4 ) y borohidruro de litio (LiBH 4 ). El trietilborano reacciona para dar superhidruro (LiBHEt 3 ).

En química y física nuclear

El hidruro de litio (LiH) es a veces un material deseable para el blindaje de reactores nucleares , con el isótopo litio-7 (Li-7), y puede fabricarse mediante fundición.

Deuteruro de litio

El deuteruro de litio, en forma de deuteruro de litio-7 , es un buen moderador para los reactores nucleares , porque el deuterio ( 2 H) tiene una sección transversal de absorción de neutrones más baja que la del hidrógeno ordinario ( 1 H), y la sección transversal de 7 El Li también es bajo, lo que disminuye la absorción de neutrones en un reactor. Se prefiere 7 Li como moderador porque tiene una sección transversal de captura de neutrones más baja y también forma menos tritio ( 3 H) bajo bombardeo con neutrones.

El deuteruro de litio-6 correspondiente , 6 Li 2 H o 6 LiD, es el principal combustible de fusión en las armas termonucleares . En las ojivas de hidrógeno del diseño Teller-Ulam , un disparador de fisión nuclear explota para calentar y comprimir el deuteruro de litio-6 y bombardear los 6 LiD con neutrones para producir 3 H ( tritio ) en una reacción exotérmica : 6 Li 2 H + n → 4 He + 3 H + 2 H. El deuterio y el tritio se fusionan para producir helio , un neutrón y 17,59 MeV de energía libre en forma de rayos gamma , energía cinética , etc. El helio es un subproducto inerte.

Antes de la prueba de armas nucleares de Castle Bravo en 1954, se pensaba que solo el isótopo 6 Li, menos común, produciría tritio cuando fuera golpeado con neutrones rápidos. La prueba de Castle Bravo mostró (accidentalmente) que el 7 Li más abundante también lo hace en condiciones extremas, aunque mediante una reacción endotérmica .

La seguridad

LiH reacciona violentamente con agua para dar hidrógeno gaseoso y LiOH, que es cáustico. En consecuencia, el polvo de LiH puede explotar en el aire húmedo o incluso en el aire seco debido a la electricidad estática. En concentraciones de 5 a 55 mg / m 3 en el aire, el polvo es extremadamente irritante para las membranas mucosas y la piel y puede provocar una reacción alérgica. Debido a la irritación, el cuerpo normalmente rechaza la LiH en lugar de acumularla.

Algunas sales de litio, que se pueden producir en reacciones de LiH, son tóxicas. El fuego de LiH no debe extinguirse con dióxido de carbono, tetracloruro de carbono o extintores acuosos; debe ser sofocado cubriéndolo con un objeto metálico o polvo de grafito o dolomita . La arena es menos adecuada, ya que puede explotar cuando se mezcla con LiH ardiente, especialmente si no está seca. El LiH se transporta normalmente en aceite, utilizando recipientes de cerámica, ciertos plásticos o acero, y se manipula en una atmósfera de argón o helio secos. Se puede utilizar nitrógeno, pero no a temperaturas elevadas, ya que reacciona con el litio. LiH normalmente contiene algo de litio metálico, que corroe los contenedores de acero o sílice a temperaturas elevadas.

Referencias

enlaces externos