Lithiumhydride

Lithiumhydride Chemische eigenschappen, toepassingen, productie

Chemische eigenschappen

Lithiumhydride (LiH) is een kristallijne zoutstof (face-centered cubic) die wit is in zijn zuivere vorm, Als een technische materiaal, heeft het eigenschappen van belang in vele technologieën. Het hoge waterstofgehalte en het lichte gewicht van LiH maken het bijvoorbeeld nuttig voor neutronenschilden en moderatoren in kerncentrales. Bovendien maakt de hoge fusiewarmte in combinatie met het lichte gewicht LiH geschikt voor warmteopslagmedia voor zonne-energiecentrales op satellieten en kan het worden gebruikt als koellichaam voor verschillende toepassingen. Typische processen voor de productie van LiH impliceren de behandeling van LiH bij temperaturen boven het smeltpunt (688 DC). Type 304L roestvrij staal wordt gebruikt voor veel procesonderdelen die gesmolten LiH hanteren.

Lithiumhydride is een typisch ionisch hydride met lithiumkationen en hydrideanionen. Elektrolyse van gesmolten materiaal leidt tot de vorming van lithiummetaal aan de kathode en waterstof aan de anode. De lithiumhydride-waterstofreactie, waarbij waterstofgas vrijkomt, duidt eveneens op een negatief geladen waterstof.

Chemische eigenschappen

Lithiumhydride is een gebroken witte tot grijsachtige, doorschijnende, reukloze vaste stof of wit poeder dat bij blootstelling aan licht snel donkerder wordt.

Fysische eigenschappen

Witte kristallijne vaste stof; kubusvormige kristallen; dichtheid 0,82 g/cm3; smelt bij 686,4°C; ontleedt in water; oplosbaar in zuren.

Toepassingen

Lithiumhydride wordt gebruikt bij de fabricage van lithiumaluminiumhydride en silaan, als een krachtig reductiemiddel, als een condensatiemiddel in organische synthese, als een draagbare bron van waterstof, en als een lichtgewicht nucleair afschermingsmateriaal. Het wordt nu gebruikt voor de opslag van thermische energie voor ruimte-energiesystemen (Morris et al. 1988).

Toepassingen

Lithiumhydride is een blauwachtig wit kristal dat ontvlambaar is in vocht.Gebruikt als bron van waterstofgas dat vrijkomt als LiH nat wordt. LiH is een uitstekend droogmiddel en een reductiemiddel evenals een schild dat tegen straling beschermt die door kernreacties wordt gecreeerd.

Toepassingen

Bereiding

Lithiumhydride wordt bereid door lithiummetaal boven 440°C met waterstof te verhitten. De reactie is exotherm en kan worden beheerst zodra zij op gang is gebracht, zonder externe verhitting. De warmte van vorming is groter dan die van natriumhydride:2Li + H2 → 2LiH

Definitie

lithiumhydride: Een witte vaste stof, LiH; kubisch; r.d. 0.82; m.p. 680°C; ontleedt bij ongeveer 850°C. Het wordt geproduceerd door directe combinatie van de elementen bij temperaturen boven 500°C. De binding in lithiumhydride wordt verondersteld grotendeels ionisch te zijn, d.w.z. Li+H- zoals wordt ondersteund door het feit dat waterstof vrijkomt uit deanode bij elektrolyse van het moltensalt. De verbinding reageert heftig en exotherm met water en levert waterstof en lithiumhydroxide op. Het wordt gebruikt als reductiemiddel om andere hydriden te maken en de 2Hisotopische verbinding, lithiumdeuteride, is bijzonder waardevol voor deuteratie van een reeks organische verbindingen. Lithiumhydride is ook gebruikt als afschermingsmateriaal voor thermische neutronen.

Reacties

Lithiumhydride reageert heftig met water, waarbij lithiumhydroxide wordt gevormd met de evolutie van waterstof:
LiH + H2O → LiOH + H2
Het hydride reageert ook met ammoniak waarbij lithiumamide wordt gevormd en waterstof evolueert:
LiH + NH3 → LiNH2 + H2
Lithiumhydride is een sterk reductiemiddel en zou daarom reageren met verbindingen die zuurstof bevatten. Zelfs vele zeer stabiele oxiden van metalen en niet-metalen kunnen worden gereduceerd. Het reduceert metaaloxiden tot metalen en kooldioxide tot koolstof:
Fe3O4 + 4LiH → 3Fe + 4NaOH
2LiH + CO2 → Li2O + C + H2O
Het ondergaat heftige reacties met oxidatiemiddelen.
Lithiumhydride reageert met aluminiumhydride tot lithiumaluminiumhydride, een krachtig reductiemiddel:LiH + AlH3 → LiAlH4
Lithiumhydride bestaande uit Li+ en H- ionen vertoont eigenschappen van een ionisch zout, zowel kationisch als anionisch; zoals een sterk elektrolyt. Bij elektrolyse bij temperaturen iets beneden het smeltpunt valt het uiteen in Li+ en H¯ -ionen. Waterstofgas komt vrij aan de anode.
Het hydride-ion, H:¯ zijnde een sterke base, zou met alcoholen reageren, waarbij alkoxiden worden gevormd en waterstof vrijkomt:

CH3CH2OH + LiH → CH3CH2OLi + H2
(ethanol) (lithiumethoxide)
(CH3)3COH + LiH → (CH3)3COLi + H2
(tert-butanol) (lithiumtert-butoxide)

Algemene beschrijving

Een witte of doorschijnende kristallijne massa of een wit of doorschijnend poeder. Het handelsproduct bestaat uit licht blauwgrijze klontjes door de aanwezigheid van minieme hoeveelheden colloïdaal gedispergeerd lithium.

Air & Waterreacties

Brandt gemakkelijk in lucht, vooral als het in poedervorm is. Kan spontaan ontbranden in vochtige lucht. Reageert snel met water om bijtend lithiumhydroxide en waterstof te vormen.

Reactiviteitsprofiel

Lithiumhydride is een sterk reducerend agens. Kan heftig ontleden in contact met de meeste oxiderende materialen. Reageert exothermisch met water tot bijtend lithiumhydroxide en waterstofgas; de waterstof kan ontbranden. Kan spontaan ontbranden in vochtige lucht. Mengsels met vloeibare zuurstof zijn explosief. Ontbrandt bij contact met dinitrogen oxide.

Gezondheidsrisico

Het gezondheidsrisico als gevolg van lithiumhydride kan worden toegeschreven aan de volgende eigenschappen: (1) corrosiviteit van het hydride, (2) zijn hydrolyse tot sterk basisch lithiumhydroxide, en (3) toxiciteit van het lithiummetaal. De laatste eigenschap, die kan ontstaan door de vorming van lithium als gevolg van de ontleding van lithiumhydride en de metabolische rol van lithium, is echter nog niet vastgesteld.
Deze verbinding is zeer corrosief voor de huid.Contact met de ogen kan ernstige irritatie en mogelijk letsel veroorzaken. Het kan hydrolyseren met lichaamsvloeistof, waarbij lithiumhydroxide wordt gevormd, dat ook corrosief is voor de huid en schadelijk voor de ogen. Uit dierproeven is gebleken dat blootstelling aan stof of damp met een concentratie van meer dan 10 mg/m3 de vacht en huid aantast, ernstige oogontsteking veroorzaakt en leidt tot de vernietiging van de uitwendige neusholte (ACGIH 1986). Er werden geen chronische effecten waargenomen.

Gevaar bij brand

Bij brand kunnen irriterende alkalidampen ontstaan. Lithiumhydride kan stofwolken in de lucht vormen die kunnen exploderen bij contact met vlammen, hitte of oxiderende materialen. Bovendien kan spontane ontbranding optreden wanneer distikstofoxide en lithiumhydride worden gemengd. Lithiumhydride vormt ook explosieve mengsels met vloeibare zuurstof. Contact met warmte, vocht of zuur veroorzaakt een exotherme reactie en de evolutie van waterstof en lithiumhydroxide. Onverenigbaar met lucht en vocht, distikstofoxide, sterke oxidatiemiddelen en vloeibare zuurstof. Lithiumhydride kan spontaan ontbranden in lucht en moet buiten contact met lucht en vocht gehouden en behandeld worden. Ieder contact met lachgas; poeders in de lucht kunnen ontbranden bij contact met vocht.

Veiligheidsprofiel

Giftig bij inademing. Sterk irriterend voor ogen, huid en slijmvliezen. Bij contact met vocht wordt lithiumhydroxide gevormd. Het gevormde LiOH is zeer bijtend en daarom zeer giftig, vooral voor longen en luchtwegen, huid en slijmvliezen. Het poeder ontbrandt spontaan in lucht. De vaste stof kan spontaan ontbranden in vochtige lucht. Mengsels van het poeder met vloeibare zuurstof zijn explosief. Ontbrandt bij contact met dinitrogen oxide, zuurstof + vocht. Voor brandbestrijding speciale mengsels van droge chemische stof gebruiken. Zie ook LITHIUM COMPOUNDS en HYDRIDES.

Mogelijke blootstelling

Lithiumhydride wordt gebruikt bij de bereiding van lithiumaluminiumhydride; als droogmiddel; het wordt gebruikt in waterstofgeneratoren en in organische synthese als reductiemiddel en condensatiemiddel met ketonen en zure esters; het wordt naar verluidt gebruikt in thermonucleaire wapens.

opslag

Het product moet worden gehanteerd onder een inerte atmosfeer om verontreiniging en brand te voorkomen. Poedervormig lithiumhydride brandt gemakkelijk wanneer het aan de lucht wordt blootgesteld. Grote stukken van het materiaal zijn echter minder ontvlambaar. Lithiumhydride is, net als andere sterke basen, schadelijk voor de huid en dient met voorzichtigheid te worden gehanteerd.

Verlading

UN1414 Lithium, Gevarenklasse: 4.3; Etiketten:4.3-Gevaarlijk wanneer materiaal nat wordt. UN2805 Lithiumhydride, gesmolten vaste stof, Gevarenklasse: 4.3; Etiketten: 4.3-Gevaarlijk indien nat materiaal

Verwijderingsmethoden

Het moet een wit poeder zijn; vervang het anders. Het wordt snel donker bij blootstelling aan de lucht en wordt ontleed door H2O om H2 en LiOH te geven, en reageert met lagere alcoholen. Eén gram in H2O levert 2,8 liter H2 op (kan explosief zijn).

Onverenigbaarheden

A Sterk reducerend agens. Onverenigbaar met oxidatiemiddelen, gehalogeneerde koolwaterstoffen; zuren kunnen brand en explosie veroorzaken. Reageert met water en vormt daarbij bijtend lithiumhydroxide en brandbaar waterstofgas; reactie kan ontbranding veroorzaken. Kan spontaan ontbranden in vochtige lucht en kan opnieuw ontbranden nadat het vuur is gedoofd. Gevaarlijk wanneer nat. Reageert met water tot waterstof en lithiumhydroxide. Poedervorm en vloeibare zuurstof vormen een explosieve verbinding. Ontbindt exotherm bij contact met zuren en bij verhitting tot ongeveer 500C, waarbij ontvlambaar waterstofgas ontstaat. Reageert met carbonzuren, lagere alcoholen, chloor en ammoniak (bij 400C), waarbij explosief waterstofgas wordt gevormd.

Afvalverwijdering

Lithiumhydride kan worden gemengd met zand, bespoten met butanol en vervolgens met water, geneutraliseerd en met water naar de riolering gespoeld