El 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 como el fluoruro de litio , el borohidruro de litio y el hidruro de sodio . Con una masa molar de 7,95 g/mol, es el compuesto iónico más ligero .
LiH es un conductor diamagnético e iónico con una conductividad que aumenta gradualmente de2 × 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. [3] : 36 La constante dieléctrica de LiH disminuye de 13,0 (estática, frecuencias bajas) a 3,6 (frecuencias de luz visible). [3] : 35 LiH es un material blando con una dureza de Mohs de 3,5. [3] : 42 Su fluencia compresiva (por 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. [3] : 39
La conductividad térmica del 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. [3] : 60 El coeficiente de expansión térmica lineal es 4,2 × 10−5 /°C a temperatura ambiente. [3] : 49
El LiH se produce tratando el metal litio con gas hidrógeno :
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 la temperatura/presión aumentan el rendimiento hasta un 98 % con un tiempo de residencia de 2 horas. [3] : 147 Sin embargo, la reacción se produce 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 de la condición de la superficie del LiH. [3] : 5
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 etil-litio (120 °C), así como varias reacciones que involucran compuestos de litio de baja estabilidad y contenido de hidrógeno disponible. [3] : 144–145
Las reacciones químicas producen LiH en forma de polvo aglomerado , que se puede comprimir en gránulos sin un aglutinante . Se pueden producir formas más complejas mediante el colado a partir de la masa fundida . [3] : 160 y siguientes. A continuación, se pueden cultivar grandes cristales individuales (de unos 80 mm de largo y 16 mm de diámetro) 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. [3] : 154 Las principales impurezas en estos cristales son Na (20–200 ppm ), O (10–100 ppm), Mg (0,5–6 ppm), Fe (0,5-2 ppm) y Cu (0,5-2 ppm). [3] : 155
Las piezas de LiH prensadas en frío a granel se pueden mecanizar fácilmente con técnicas y herramientas estándar con precisión micrométrica . Sin embargo, el LiH fundido es frágil y se agrieta fácilmente durante el procesamiento. [3] : 171
Una ruta más eficiente energéticamente para formar polvo de hidruro de litio es mediante el molido de bolas de litio metálico bajo alta presión de hidrógeno. Un problema con este método es la soldadura en frío del litio metálico debido a su alta ductilidad . Al agregar pequeñas cantidades de polvo de hidruro de litio, se puede evitar la soldadura en frío. [7]
El polvo de LiH reacciona rápidamente con aire de baja humedad , formando LiOH , Li2O y Li2CO3 . 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 exponerlo al aire húmedo. El material en grumos, contenido en un plato de metal, puede calentarse en el aire a un poco menos de 200 °C sin encenderse, aunque se enciende fácilmente cuando lo toca una llama abierta. La condición de la superficie del LiH, la presencia de óxidos en el plato de metal, etc., tienen un efecto considerable en la temperatura de ignición. El oxígeno seco no reacciona con el LiH cristalino a menos que se caliente fuertemente, cuando se produce una combustión casi explosiva. [3] : 6
El LiH es altamente reactivo con el agua y otros reactivos próticos : [3] : 7
El LiH es menos reactivo con el agua que el Li y, por lo 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 . [3] : 22
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. [3] : 7 Si el aire húmedo contiene dióxido de carbono , entonces el producto es carbonato de litio . [3] : 8 LiH reacciona con amoníaco , lentamente a temperatura ambiente, pero la reacción se acelera significativamente por encima de los 300 °C. [3] : 10 LiH reacciona lentamente con alcoholes superiores y fenoles , pero vigorosamente con alcoholes inferiores. [3] : 14
LiH reacciona con dióxido de azufre para dar el ditionito :
Aunque por encima de 50 °C el producto es sulfuro de litio . [3] : 9
El 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, el LiH reacciona más rápido que con agua. [3] : 8 Muchas reacciones del LiH con especies que contienen oxígeno producen LiOH, que a su vez reacciona irreversiblemente con el LiH a temperaturas superiores a 300 °C: [3] : 10
El hidruro de litio es bastante poco reactivo a temperaturas moderadas con O 2 o Cl 2 . Por lo tanto, se utiliza en la síntesis de otros hidruros útiles, [8] por ejemplo,
Con un contenido de hidrógeno proporcional a su masa tres veces mayor que el del NaH, el LiH tiene el mayor contenido de hidrógeno de todos los hidruros. El LiH es de interés periódico para el almacenamiento de hidrógeno, pero sus aplicaciones se han visto frustradas por su estabilidad a la descomposición. Por lo tanto, la eliminación del H2 requiere temperaturas superiores a los 700 °C utilizados para su síntesis, temperaturas que son caras de crear y mantener. El compuesto se probó una vez como componente de combustible en un cohete modelo. [9] [10]
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 del hidruro de litio y el tetracloruro de silicio mediante el proceso Sundermeyer:
El hidruro de litio se utiliza en la producción de una variedad de reactivos para la síntesis orgánica , como el hidruro de litio y aluminio ( Li[AlH 4 ] ) y el borohidruro de litio ( Li[BH 4 ] ). El trietilborano reacciona para dar superhidruro ( Li[BH(CH 2 CH 3 ) 3 ] ). [11]
El hidruro de litio (LiH) es a veces un material deseable para el blindaje de reactores nucleares , con el isótopo litio-6 (Li-6), y se puede fabricar por fundición. [12] [13]
El deuteruro de litio, en forma de deuteruro de litio-7 ( 7 Li 2 H o 7 LiD), es un buen moderador para reactores nucleares , porque el deuterio ( 2 H o D) tiene una sección transversal de absorción de neutrones más baja que el hidrógeno ordinario o el protio ( 1 H), y la sección transversal para 7 Li también es baja, lo que disminuye la absorción de neutrones en un reactor. 7 Li es preferido para un moderador porque tiene una sección transversal de captura de neutrones más baja, y también forma menos tritio ( 3 H o T) bajo bombardeo con neutrones. [14]
El deuteruro de litio-6 correspondiente ( 6 Li 2 H o 6 LiD) es el principal combustible de fusión en las armas termonucleares . [ cita requerida ] En las ojivas de hidrógeno del diseño Teller-Ulam , un detonador de fisión nuclear explota para calentar y comprimir el deuteruro de litio-6, y para bombardear el 6 LiD con neutrones para producir tritio en una reacción exotérmica :
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 tritio tiene una sección eficaz de reacción favorable . El helio es un subproducto inerte. [ cita requerida ]
Antes de la prueba nuclear Castle Bravo de 1954, se creía que sólo el isótopo menos común, el 6 Li, generaría tritio al ser atacado con neutrones rápidos. La prueba Castle Bravo demostró (accidentalmente) que el más abundante 7 Li también lo hace en condiciones extremas, aunque mediante una reacción endotérmica .
El LiH reacciona violentamente con el agua para producir gas hidrógeno y LiOH, que es cáustico. Por consiguiente, el polvo de LiH puede explotar en aire húmedo, o incluso en 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 causar una reacción alérgica. Debido a la irritación, el LiH normalmente es rechazado por el cuerpo en lugar de ser acumulado. [3] : 157, 182
Algunas sales de litio, que pueden producirse en reacciones de LiH, son tóxicas. El fuego de LiH no debe extinguirse utilizando dióxido de carbono, tetracloruro de carbono o extintores acuosos; debe sofocarse 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 en llamas, especialmente si no está seco. El LiH normalmente se transporta en aceite, utilizando contenedores hechos de cerámica, ciertos plásticos o acero, y se maneja en una atmósfera de argón o helio seco. [3] : 156 Se puede utilizar nitrógeno, pero no a temperaturas elevadas, ya que reacciona con el litio. [3] : 157 El LiH normalmente contiene algo de litio metálico, que corroe los contenedores de acero o sílice a temperaturas elevadas. [3] : 173–174, 179
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