Гидрид лития

Гидрид лития — это бинарное неорганическое соединение лития с водородом, химическая формула LiH. Представляет собой твёрдое кристаллическое вещество ионного строения, белого цвета, при стандартных условиях является одним из наиболее устойчивых ионных гидридов. Гидрид лития используется как источник водорода, восстановитель, а также в качестве компонента в производстве керамики и в ядерной энергетике.

Физические свойства

Гидрид лития представляет собой бесцветные или белые кристаллы с кубической гранецентрированной решёткой (типа NaCl). Плотность составляет около 0,78 г/см³, что делает его одним из самых лёгких твёрдых гидридов. Температура плавления — 688 °C (961 K), температура кипения — 950 °C (1223 K) с разложением. Соединение обладает высокой теплопроводностью и является диамагнетиком. В чистом виде прозрачен для инфракрасного излучения, однако на воздухе быстро мутнеет из-за образования оксидной плёнки.

Химические свойства

Взаимодействие с водой

Гидрид лития бурно реагирует с водой с выделением водорода и образованием гидроксида лития:

\[ \text{LiH} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{LiOH} + \text{H}_2 \uparrow \]

Реакция экзотермична, может приводить к воспламенению выделяющегося водорода. С водяным паром взаимодействует аналогично.

Термическое разложение

При нагревании выше 950 °C гидрид лития диссоциирует на литий и водород:

\[ 2\text{LiH} \rightarrow 2\text{Li} + \text{H}_2 \uparrow \]

Обратная реакция — образование гидрида из элементов — протекает при температуре около 600–700 °C в атмосфере водорода.

Взаимодействие с кислотами

С кислотами реагирует с выделением водорода и образованием соли лития:

\[ \text{LiH} + \text{HCl} \rightarrow \text{LiCl} + \text{H}_2 \uparrow \]

Окисление

На воздухе гидрид лития медленно окисляется, образуя оксид лития и гидроксид лития:

\[ 2\text{LiH} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{LiOH} \]

При повышенной влажности процесс ускоряется. В атмосфере кислорода может воспламеняться.

Восстановительные свойства

Гидрид лития является сильным восстановителем. Он восстанавливает многие оксиды металлов (например, оксид титана, оксид циркония) до соответствующих металлов или их низших оксидов. Также используется для восстановления органических соединений, например, карбонильных групп до спиртов.

Получение

Основной промышленный способ получения гидрида лития — прямая реакция металлического лития с газообразным водородом при температуре 600–700 °C:

\[ 2\text{Li} + \text{H}_2 \rightarrow 2\text{LiH} \]

Реакция проводится в стальных или никелевых реакторах в атмосфере очищенного водорода. Выход продукта близок к количественному. Для получения чистого гидрида лития используют литий высокой чистоты (99,9 %). В лабораторных условиях возможен синтез при более низких температурах (400–500 °C) с использованием катализаторов.

Применение

Источник водорода

Гидрид лития используется как компактный источник водорода для портативных устройств (например, аварийных газогенераторов, метеорологических зондов). При реакции с водой 1 кг LiH выделяет около 2,8 м³ водорода (при нормальных условиях). Это свойство применяется также в системах надувных спасательных средств.

Восстановитель

В металлургии и химической промышленности гидрид лития применяется для восстановления оксидов редких и тугоплавких металлов (титан, цирконий, гафний, ванадий) до металлов. Также используется в органическом синтезе как селективный восстановитель.

Ядерная энергетика

Изотоп гидрид лития-6 (⁶LiH) используется в ядерных реакторах и термоядерных устройствах как компонент для получения трития. При облучении нейтронами ⁶Li превращается в тритий и гелий:

\[ ⁶\text{Li} + n \rightarrow ³\text{H} + ⁴\text{He} \]

Гидрид лития-6 применяется в качестве материала для защиты от нейтронного излучения, а также в составе топливных смесей для термоядерных боеприпасов.

Керамика и оптика

Благодаря прозрачности в инфракрасном диапазоне, гидрид лития используется для изготовления окон и линз для ИК-спектроскопии и тепловизионных приборов. Однако высокая гигроскопичность и химическая активность ограничивают его применение — требуется защитное покрытие.

Химическая промышленность

Гидрид лития служит прекурсором для синтеза других гидридов (например, алюмогидрида лития LiAlH₄ — мощного восстановителя в органической химии). Также используется для получения гидроксида лития и литиевых солей.

Безопасность

Гидрид лития является пожароопасным и взрывоопасным веществом. Он воспламеняется при контакте с влагой, кислотами, окислителями. При горении выделяет едкий дым оксида лития. Хранят его в герметичных контейнерах в сухой атмосфере инертного газа (аргон, азот). При работе с гидридом лития используют средства индивидуальной защиты (перчатки, очки, респиратор). В случае пожара тушат сухим песком или порошковыми огнетушителями; применение воды недопустимо.

Хранение

Гидрид лития хранят в герметично закрытых металлических или стеклянных ёмкостях под слоем инертного газа (аргон, гелий) или в вакууме. Температура хранения — не выше 30 °C. Срок хранения в герметичной упаковке — до 5 лет. При нарушении герметичности продукт быстро портится из-за реакции с влагой воздуха.

Интересные факты

• Гидрид лития — один из немногих ионных гидридов, который не разлагается при плавлении (в отличие от гидридов натрия и калия).
• В 1940-х годах гидрид лития-6 рассматривался как возможное топливо для ядерных ракетных двигателей.
• В космической технике гидрид лития использовался в системах генерации водорода для топливных элементов.
• Соединение обладает аномально высокой теплопроводностью для ионного кристалла — около 10 Вт/(м·К) при комнатной температуре.

Источники

• Химическая энциклопедия / Под ред. И. Л. Кнунянца. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1.
• Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.
• Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. — М.: Мир, 1969.
• Патент US 2,455,447 (1948) — Production of lithium hydride.
• Справочник по свойствам неорганических соединений / Под ред. А. И. Ефимова. — Л.: Химия, 1983.