Лития гидрид

Р’ 1817 Рі.

шведский химик и минералог Август Арфведсон, анализируя природный минерал петалит, установил, что в нем содержится «огнепостоянная щелочь до сих пор неизвестной природы». Позднее он нашел аналогичные соединения в составе других минералов. Арфведсон предположил, что это соединения нового элемента и дал ему название литий (от греческого liqoz – камень).
Металлический литий был выделен в 1818 году английский химиком Гемфри Дэви электролизом расплава гидроксида лития.

Нахождение в природе и получение:

Природный литий состоит из двух стабильных изотопов — 6Li (7,42%) и 7Li (92,58%).
Литий — сравнительно мало распространенный элемент (массовая доля в земной коре 1,8*10-3%, 18 г/тонну).

Кроме петалита LiAl[Si4O10], основными минералами лития являются слюда, лепидолит — KLi1,5Al1,5[Si3AlO10](F,OH)2 и пироксен сподумен — LiAl[Si2O6].

В настоящее время для получения металлического лития его природные минералы или обрабатывают серной кислотой, или спекают с CaO или CaCO3, а затем выщелачивают водой.

Получают растворы сульфата или гидроксида лития, из которых осаждают плохо растворимый карбонат Li2CO3, который затем переводят в хлорид LiCl.

Электролизом расплава хлорида лития в смеси с хлоридом калия или бария получают металлический литий.

Физические свойства:

Простое вещество литий — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

Р�з всех щелочных металлов он самый твердый, высокоплавкий (Ткип=180,5 и Тпл=1340В° С).

Это самый легкий металл (плотность 0,533 г/СЃРј3), он плавает не только в воде, но и в керосине. Литий и его соли окрашивают пламя в карминно-красный цвет.

Химические свойства:

Литий проявляет типичные свойства щелочных металлов, взаимодействуя с водой, кислородом, другими неметаллами.

Хранить его приходится под слоем под слоем минерального масла, придавливая сверху, чтобы не всплывал.
В соответствии с положением в ПСХЭ, литий наименее активный щелочной металл.

Так в реакции с кислородом он образует в основном оксид лития, а не пероксиды как другие металлы. Подобно натрию литий растворяется в жидком аммиаке, образуя синий раствор с металлической проводимостью.

По некоторым свойствам литий и его соединения напоминают соединения магния (диагональное сходство в таблице Менделеева).

Важнейшие соединения:

Оксид лития, Li2O — белое кристаллическое вещество, основный оксид, с водой образует гидроксид

Гидроксид лития — LiOH — белый порошок, обычно моногидрат, LiOH*H2O, сильное основание

Соли лития — бесцветные кристаллические вещества, гигроскопичны, образуют кристаллогидраты состава LiX*3H2O.

Карбонат и фторид лития подобно аналогичным солям магния малорастворимы.

Карбонат и нитрат лития при нагревании разлагаются, образуя оксид лития:
Li2CO3 = Li2O + CO2; 4LiNO3 = 2Li2O + 4NO2 + O2

Пероксид лития — Li2O2 — белое кристаллическое вещество, получают реакцией гидроксида лития с пероксидом водорода: 2LiOH + H2O2 = Li2O2 + 2H2O Р�спользуют в космических аппаратах и подводных лодках для получения кислорода:

2Li2O2 + 2CO2 = 2Li2CO3 +O2

Гидрид лития LiH получают взаимодействием расплавленного лития с водородом. Бесцветные кристаллы, реагирует с водой и кислотами с выделением водорода. Р�сточник водорода в полевых условиях.

Применение:

Металлический литий — высокопрочные и сверхлегкие сплавы с магнием и алюминием для авиационной и космической техники. Легирующая добавка в металлургии (связывает азот, кремний, углерод). Теплоноситель (расплав) в ядерных реакторах.

Р�з лития изготовляют аноды химических источников тока и гальванических элементов с твёрдым электролитом.

Соединения: специальные стекла, глазури, эмали, керамика.

Монокристаллы фторида лития используются для изготовления высокоэффективных (КПД 80 %) лазеров
LiOH как добавка в электролит щелочных аккумуляторов.

Карбонат лития – добавка в расплав при производстве алюминия: снижает температуру плавления электролита, увеличивает силу тока, уменьшает нежелательное выделение фтора.

Металлоорганические соединения лития (например бутиллитий LiРЎ4Рќ9) — широко применяются в промышленном и лабораторном органическом синтезе и как катализаторы полимеризации.

Дейтерид лития-6: как источник дейтерия и трития в термоядерном оружии (водородная бомба). См. Ядерные реакции дейтерида лития. (анимированные модели).

Содержание лития в организме человека составляет около 70 мг. В течение суток в организм взрослого человека поступает около 100 мкг лития.

Литий способствует высвобождению магния из клеточных В«депоВ» и тормозит передачу нервного импульса, ингибируя проводимость нервной системы.

Соли лития применяются психотропные лекарственные средства, оказывая успокаивающий эффект при лечении шизофрении и депрессии.

Однако передозировка может привести к тяжелым осложнениям и летальному исходу.

Нурмаганбетов Т.
ТюмГУ, 582 группа, 2011 г.

LiH

При нагревании в атмосфере водорода литий и его аналоги образуют гидриды МН, имеющие характер типичных солей.

Гидрид лития LiH – бесцветные кристаллы, т. пл.   6920С, ∆Нобр0 = — 90,7 кДж/моль.

Гидрид лития LiH заметно отличается от своих аналогов по реакционной способности. При обычной температуре в отсутствие влаги на него не действуют не только кислород воздуха, но и хлор и HCl. При нагревании или в в присутствии воды он ведет себя аналогично гидридам других щелочных металлов.

LiH относительно устойчив в сухом воздухе, парами воды быстро гидролизуется, при 330-4300С энергично взаимодействует с кислородом и азотом, образуя соответственно Li2O и Li3N.

Выделяя водород, LiH реагирует с водой, кислотами и спиртами, при этом возможно воспламенение.

LiH+ H2O = LiOH + H2  

Расплавленный гидрид лития восстанавливает оксиды металлов и неметаллов, в том числе SiO2, реагирует с углеродом, фосфором, серой, кремнием, давая соответствующие гидриды, с жидким и газообразным аммиаком образует LiNH2.

Удобным методом получения диборана является проводимая в эфирной среде реакция по уравнению

6MH + 8BF3 = 6MBF4 + B2H6

 (M=Li, Na).

6LiH + 8BF3 = 6LiBF4 + B2H6

6LiH + 2BF3   = B2H6 + 6LiF  

Известен боронат лития LiBH4, получаемый по реакциям

LiH + BH3 = Li[BH4]

2LiH + B2H6 = 2Li[BH4]

При взаимодействии GaCl3 с избытком взвеси LiH в эфирной среде по уравнению

4LiH + GaCl3= LiGaH4 + 3LiCl↓

образуется  галланат лития, который может быть затем выделен отгонкой эфира в вакууме.

Взаимодействием LiH c раствором AlCl3  в тщательно обезвоженном эфире по реакции

4LiH + AlCl3 = LiAlH4 + 3LiCl

может быть получен алюмогидрид литияLiAlH4.

Гидриды лития и его аналогов МН образуются при пропускании сухого водорода над нагретым металлом. В случае лития требуется нагревание до 700 — 8000С, тогда как его аналоги взаимодействуют уже при 350 — 4000С.

В промышленности гидрид лития получают взаимодействием расплава лития с водородом при 630-7300С в сосуде из железа, не содержащего углерода.

Применяют LiH как источник водорода для наполнения аэростатов и спасательного снаряжения (надувных лодок, поясов и др.), как восстановитель в органическом синтезе, для получения бороводородов.

Получение

Гидрид лития получают реакцией синтеза непосредственно из элементов лития и водорода:

или восстановлением нитрида лития водородом:

Физические свойства

Белый, лёгкий порошок, плавится без разложения в инертной атмосфере. Образует бесцветные кристаллы кубической сингонии, пространственная группа F m3m, параметры ячейки a = 0,4083 нм, Z = 4, структура типаNaCl.

Под действием излучения от видимого до рентгеновского кристаллы окрашиваются в интенсивный голубой цвет из-за образования твёрдого коллоидного раствора металлического лития в гидриде лития.

Слабо растворим в диэтиловом эфире.

Химические свойства

Растрескавшиеся кристаллы гидрида лития

Гидрид лития относительно устойчив в сухом воздухе. Парами воды быстро гидролизуется (с водой реакция идёт бурно, возможно самовоспламенение):

При нагревании выше 850°С (а в вакууме до 450°С) начинает распадаться на элементы:

Электролизом расплава также можно разложить гидрид лития на элементы, при этом водород выделяется нааноде, т.е. в расплаве происходит электролитическая диссоциация:

С кислородом и азотом начинает взаимодействовать только при нагревании и результат зависит от температуры:

Реагирует с другими неметаллами (C, P, S, Si):

Восстанавливает оксиды металлов и неметаллов:

Может образовывать двойные гидриды:

Применение

Используется как осушитель, как сырье для производства алюмогидрида лития (сильный восстановитель, используемый в органическом синтезе), как охладитель в ядерных реакторах. Также гидрид лития используется как легкий и портативный источник водорода для аэростатов и спасательного снаряжения.

Дейтерид лития-6

Дейтерид лития-6 6LiD (или 6Li2H) используется как термоядерное топливо в термоядерном оружии.