Υδρίδιο του λιθίου

Σύνθεση και κατεργασία

Παράγεται με ολική σύνθεση, δηλαδή με αντίδραση μεταλλικού λιθίου και αέριου διυδρογόνου:
Αυτή η αντίδραση πραγματοποιείται και σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, αλλά είναι ιδιαίτερα γρήγορη σε θερμοκρασίες πάνω από 600 °C. Η παρουσία άνθρακα σε αναλογία 0,001–0,003%, η αύξηση της θερμοκρασίας και η χρήση πίεσης, αυξάνουν την απόδοση της αντίδρασης μέχρι και στο 98%, εφόσον δοθεί (επαρκής) χρόνος (ως 2 ώρες). Ωστόσο, η αντίδραση αρχίζει να πραγματοποιείται από τη θερμοκρασία των 29 °C. Η απόδοση είναι ήδη 60% στους 99 °C και 85% στους 125 °C. Η ταχύτητα της αντίδρασης επιδρά σημαντικά στην κατάσταση της επιφάνειας του παραγόμενου υδριδίου του λιθίου.
Λιγότερο συνηθισμένοι τρόποι παραγωγής του υδριδίου του λιθίου περιλαμβάνουν τη θερμική διάσπαση του λιθιοαργιλιοϋδρίδιου (LiAlH₄, στους 200 °C), του λιθιοβοριοϋδρίδιου (LiBH₄, στους 300 °C), του βουτυλολίθιου (C₄H₉Li, στους 150 °C), του αιθυλολίθιου (C₂H₅Li, στους 120 °C), όπως και αρκετών άλλων ενώσεων του λιθίου με (σχετικά) περιορισμένη σταθερότητα, αρκεί (βέβαια) να συμπεριέχουν υδρογόνο:
Οι (παραπάνω) χημικές αντιδράσεις αποδίδουν υδρίδιο του λιθίου σε μορφή συγκεντρωμένης σκόνης, που μπορεί να συμπιεστεί σε ταμπλέτες, χωρίς την ανάγκη χρήσης συνδετικού υλικού. Πιο πολύπλοκα σχήματα μπορούν να παραχθούν με (κατάλληλη) πήξη από τήγμα. Μεγάλοι απλοί κρύσταλλοι (περίπου ως 80 χιλιοστόμετρα μήκος και ως 16 χιλιοστόμετρα διάμετρο), μπορούν να αναπτυχθούν από τήγμα σκόνης υδριδίου του λιθίου σε ατμόσφαιρα υδρογόνου, με την τεχνική Μπρίγκντμαν-Στόκμπαργκερ (Bridgman–Stockbarger technique). Έχουν ενίοτε μια μπλε χροιά, που οφείλεται στην παρουσία κολλοειδούς διασποράς μεταλλικού λιθίου. Η χροιά μπορεί να αφαιρεθεί μετά την ανάπτυξη συγκόλλησης σε χαμηλότερες θερμοκρασίες (~550 °C) και χαμηλότερες θερμικές κλίσεις. Κύριες (άλλες) προσμείξεις σε τέτοιους κρυστάλλους μπορούν να αποτελούν το νάτριο (20-200 ppm), το οξυγόνο (10-100 ppm), το μαγνήσιο (0,5-6 ppm), ο σίδηρος (0,5-2 ppm) και ο χαλκός (0,5-2 ppm).
Θραύσματα υδριδίου του λιθίου από μαζική ψυχρή έκθλιψη μπορούν εύκολα να κατασκευαστούν με κανονικές τεχνικές και εργαλεία σε μια μικροακρίβεια. Ωστόσο, το χυτό υδρίδιο του λιθίου είναι εύθραυστο και (δημιουργούνται) εύκολα ρωγμές, κατά τη διάρκεια επεξεργασίας του.

Φυσικές ιδιότητες

Το υδρίδιο του λιθίου είναι μια διαμαγνητική ουσία και ένας ιονικός αγωγός, με μια αγωγιμότητα που σταδιακά αυξάνεται από 2·10⁻⁵ Ohm⁻¹cm⁻¹ στους 443 °C σε 1,8 ·10⁻¹ Ohm⁻¹cm⁻¹ στους 754 °C. Το διάγραμμα αγωγιμότητας - θερμοκρασίας δεν παρουσιάζει ασυνέχεια καθώς η θερμοκρασία διέρχεται από τη θερμοκρασία τήξης. Η διηλεκτρική σταθερά του υδριδίου του λιθίου ελαττώνεται από 13,0 (στατικές, χαμηλές συχνότητες σε 3,6 (συχνότητες ορατού φωτός). Το υδρίδιο του λιθίου είναι ένα μαλακό υλικό με 3,7 σκληρότητα Mohs.
Η θερμική αγωγιμότητα του υδριδίου του λιθίου μειώνεται με τη θερμοκρασία και εξαρτάται από τη μορφολογία. Κυμαίνεται από 0,25 W/(cm K) για κρυστάλλους σε επαφή με θερμοκρασία 50 °C ως 0,036 W/(cm K) για κρυστάλλους σε επαφή με θερμοκρασία 500 °C. Η γραμμική θερμική διαστολή του ανέρχεται σε 4,2·10⁻⁵/°C στη θερμοκρασία δωματίου (20 °C).

Χημική συμπεριφορά και εφαρμογές

Η σκόνη υδριδίου του λιθίου αντιδρά τάχιστα με τον ατμοσφαιρικό αέρα (ακόμη και) χαμηλής υγρασίας, σχηματίζοντας υδροξείδιο του λιθίου (LiOH), οξείδιο του λιθίου (Li₂O) και ανθρακικό λίθιο (Li₂CO₃). Αν δε η υγρασία είναι αρκετά υψηλή στον αέρα, τότε αναφλέγεται έντονα, σχηματίζοντας ένα μείγμα προϊόντων που συμπεριλαμβάνει, επιπλέον, κάποιες αζωτούχες ενώσεις. Αν το υδρίδιο του λιθίου βρίσκεται με τη μορφή μεγαλύτερου συσσωματώματος, τότε αντιδρά επίσης με τον υγρό αέρα, σχηματίζοντας ένα επιφανειακό επίστρωμα προϊόντων, το οποίο βρίσκεται με τη μορφή παχύρρευστου ρευστού. Αυτό εμποδίζει την παρά πέρα αντίδραση του αέρα με το εσωτερικό του, παρ' όλο που η εμφάνιση του λεπτού επιφανειακού στρώματος είναι αρκετά εμφανής. Στην περίπτωση αυτή (δηλαδή της αντίδρασης υγρού αέρα - συσσωματώματος υδριδίου του λιθίου), σχηματίζονται λίγες ή καθόλου αζωτούχες ενώσεις (ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες). Τα συσσωματώματα υδριδίου του λιθίου, τοποθετημένα σε κάποιο μεταλλικό δίσκο, μπορούν να θερμανθούν, παρουσία ατμοσφαιρικού αέρα, ακόμη και ως λίγο κάτω από τους 200 °C, χωρίς να αναφλεγούν, αλλά αναφλέγονται έντονα αν αγγίξουν μια γυμνή φλόγα. Η επιφανειακή κατάσταση του υδριδίου του λιθίου και η τυχόν παρουσία (κάποιων) οξειδίων στο μεταλλικό δίσκο έχουν σημαντική επίδραση στη θερμοκρασία ανάφλεξης. Πάντως, το ξηρό οξυγόνο δεν αντιδρά με κρυσταλλικό υδρίδιο του λιθίου, εκτός βέβαια αν το μείγμα θερμανθεί ισχυρά, οπότε συμβαίνει μια σχεδόν εκρηκτική καύση:

Είναι αναφλέξιμο και αντιδρά με το νερό (και άλλα πρωτικά αντιδραστήρια), το οποίο διασπά το υδρίδιο σε υδροξείδιο του λιθίου και υδρογόνο:

Ως αποθήκη υδρογόνου και ως καύσιμο

Έχοντας περιεκτικότητα σε υδρογόνο τριπλάσια (κατά μάζα) σε σύγκριση με το υδρίδιο του νατρίου (NaH), το υδρίδιο του λιθίου έχει την υψηλότερη περιεκτικότητα σε υδρογόνο από κάθε υδρίδιο (γενικά). Το υδρίδιο του λιθίου τραβά κατά περιοδικά χρονικά διαστήματα το (ερευνητικό) ενδιαφέρον ως (χημική) αποθήκη υδρογόνου, αλλά οι (σχετικές) εφαρμογές προσκρούουν στη (σχετική) σταθερότητα της ένωσης, γεγονός που επιδεικνύει η (σχετικά) υψηλή ενέργεια που απαιτεί η αποσύνθεσή του. Η απόσπαση υδρογόνου από το υδρίδιο του λιθίου απαιτεί θερμοκρασίες πάνω από τους 700 °C, που χρησιμοποιούνται για τη σύνθεσή του. Τέτοιου ύψους θερμοκρασίες είναι δαπανηρές για να παραχθούν και για να διατηρηθούν. Το υδρίδιο του λιθίου δοκιμάστηκε μια φορά, το 1967, ως συστατικό καυσίμων σε ένα μοντέλο πυραύλου.

Πρόδρομη ένωση για απλά και σύμπλοκα υδρίδια μεταλλοειδών

Αν και δεν είναι συνηθισμένη η χρήση του για το σκοπό αυτό, είναι αναγωγικό αντιδραστήριο. Χρησιμοποιείται στην παραγωγή υδριδίων μεταλλοειδών. Για παράδειγμα, χρησιμοποιείται για την παραγωγή σιλανίου από τετραχλωροπυρίτιο:
Το υδρίδιο του λιθίου χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μιας ποικιλίας αντιδραστηρίων για οργανικές συνθέσεις, όπως το λιθιοαργιλιοϋδρίδιο και το λιθιοβοριοϋδρίδιο. Το τριαιθυλοβοράνιο αντιδρά με το υδρίδιο του λιθίου και δίνει τριαιθυλολιθιοβοριοϋδρίδιο (LiBHEt₃):

Στην πυρηνική φυσική και στην πυρηνική χημεία

Το υδρίδιο του λιθίου είναι επιθυμητό υλικό για την προστασία πυρηνικών αντιδραστήρων και μπορεί να χρησιμοποιηθεί με χύτευση.

Ως δευτεριούχο λίθιο

Το αντίστοιχο δευτεριούχο λίθιο-6 (⁶LiD) είναι το πυρηνικό καύσιμο σύντηξης για θερμοπυρηνικά όπλα: Οι πυρηνικές κεφαλές σχεδίου Teller-Ulam, που είναι πυροδοτικές κεφαλές πυρηνικής σχάσης, συμπιέζονται και παράγουν νετρόνια, για να βομβαρδίσουν ⁶LiD , παράγοντας έτσι τρίτιο, με μια εξώθερμη πυρηνική αντίδραση. Το δευτέριο και το τρίτιο παράγουν με πυρηνική σύντηξη ήλιο-4, ένα νετρόνιο, καθώς και 17,59 MeV ενέργειας.
Πριν από την πυρηνική δοκιμή Καστλ Μπράβο (Castle Bravo nuclear test) θεωρούνταν ότι μόνο το σπανιότερο λίθιο-6 μπορεί να παράξει τρίτιο, μετά από κρούση με ταχεία νετρόνια. Ωστόσο, η παραπάνω αναφερόμενη δοκιμή έδειξε ότι και το πιο άφθονο λίθιο-7 μπορεί να το κάνει, αλλά χρησιμοποιεί ενδοθερμική αντίδραση.