Hydrure de lithium - Lithium hydride
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__ Li + __ H −
Structure de l'hydrure de lithium. |
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Modèle 3D ( JSmol )
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| ChemSpider | |
| Carte d'information de l'ECHA |
100.028.623 
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CID PubChem
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| Numéro RTECS | |
| UNII | |
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Tableau de bord CompTox ( EPA )
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| Propriétés | |
| LiH | |
| Masse molaire | 7,95 g/mol |
| Apparence | incolore à gris solide |
| Densité | 0,78 g / cm 3 |
| Point de fusion | 688,7 °C (1 271,7 °F; 961,9 K) |
| Point d'ébullition | 900-1 000 °C (1 650-1 830 °F; 1 170-1 270 K) (se décompose) |
| réagit | |
| Solubilité | légèrement soluble dans le diméthylformamide réagit avec l' ammoniac , l' éther diéthylique , l' éthanol |
| −4,6·10 −6 cm 3 /mol | |
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Indice de réfraction ( n D )
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1,9847 |
| Structure | |
| fcc ( type NaCl ) | |
a = 0,40834 nm
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| 6,0D | |
| Thermochimie | |
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Capacité calorifique ( C )
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3,51 J/(g·K) |
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Entropie molaire standard ( S |
170,8 J/(mol·K) |
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Std enthalpie de
formation (Δ f H ⦵ 298 ) |
-90,65 kJ/mol |
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Énergie libre de Gibbs (Δ f G ˚)
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−68,48 kJ/mol |
| Dangers | |
| Principaux dangers | extrêmement fortement irritant, hautement toxique, hautement corrosif |
| Fiche de données de sécurité | ICSC 0813 |
| NFPA 704 (diamant de feu) | |
| 200 °C (392 °F; 473 K) | |
| Dose ou concentration létale (LD, LC) : | |
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DL 50 ( dose médiane )
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77,5 mg/kg (orale, rat) |
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CL 50 ( concentration médiane )
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22 mg/m 3 (rat, 4 h) |
| NIOSH (limites d'exposition pour la santé aux États-Unis) : | |
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PEL (Autorisé)
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TWA 0,025 mg/m 3 |
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REL (recommandé)
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TWA 0,025 mg/m 3 |
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IDLH (Danger immédiat)
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0,5 mg/ m3 |
| Composés apparentés | |
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Autres cations
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Hydrure de sodium Hydrure de potassium Hydrure de rubidium Hydrure de césium |
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Composés apparentés
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Borohydrure de lithium Hydrure d'aluminium et de lithium |
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Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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 vérifier ( qu'est-ce que c'est ?)
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| Références de l'infobox | |
L'hydrure de lithium est un composé inorganique de formule Li H . Cet hydrure de métal alcalin est un solide incolore, bien que les échantillons commerciaux soient gris. Caractéristique d'un hydrure de type sel (ionique), il a un point de fusion élevé et il n'est pas soluble mais réactif avec tous les solvants organiques protiques . Il est soluble et non réactif avec certains sels fondus tels que le fluorure de lithium , le borohydrure de lithium et l'hydrure de sodium . Avec une masse moléculaire légèrement inférieure à 8,0, c'est le composé ionique le plus léger .
Propriétés physiques
LiH est un conducteur diamagnétique et ionique avec une conductivité augmentant progressivement de2 × 10 -5 Ω -1 cm -1 à 443 ° C à 0,18 Ω -1 cm -1 à 754 ° C; il n'y a pas de discontinuité dans cette augmentation jusqu'au point de fusion. La constante diélectrique du LiH passe de 13,0 (statique, basses fréquences) à 3,6 (fréquences de la lumière visible). LiH est un matériau souple avec une dureté Mohs de 3,5. Son fluage en compression (par 100 heures) augmente rapidement de < 1 % à 350 °C à > 100 % à 475 °C, ce qui signifie que LiH ne peut pas fournir de support mécanique lorsqu'il est chauffé.
La conductivité thermique de LiH diminue avec la température et dépend de la morphologie : les valeurs correspondantes sont 0,125 W/(cm·K) pour les cristaux et 0,0695 W/(cm·K) pour les compacts à 50 °C, et 0,036 W/(cm· K) pour les cristaux et 0,0432 W/(cm·K) pour les compacts à 500 °C. Le coefficient de dilatation thermique linéaire est de 4,2 × 10 − 5 /°C à température ambiante.
Synthèse et traitement
LiH est produit en traitant du lithium métal avec de l' hydrogène gazeux :
- 2 Li + H 2 → 2 LiH
Cette réaction est particulièrement rapide à des températures supérieures à 600 °C. L'ajout de 0,001 à 0,003 % de carbone, ou/et l'augmentation de la température ou/et de la pression, augmente le rendement jusqu'à 98 % pour un temps de séjour de 2 heures. Cependant, la réaction se déroule à des températures aussi basses que 29 °C. Le rendement est de 60 % à 99 °C et de 85 % à 125 °C, et le taux dépend de manière significative de l'état de surface de LiH.
Les voies moins courantes de synthèse de LiH incluent la décomposition thermique de l'hydrure de lithium aluminium (200 °C), du borohydrure de lithium (300 °C), du n-butyllithium (150 °C) ou de l' éthyllithium (120 °C), ainsi que plusieurs réactions impliquant composés de lithium de faible stabilité et de faible teneur en hydrogène disponible.
Les réactions chimiques produisent du LiH sous forme de poudre agglomérée, qui peut être comprimée en pastilles sans liant. Des formes plus complexes peuvent être produites par coulée à partir de la masse fondue. De gros monocristaux (environ 80 mm de long et 16 mm de diamètre) peuvent ensuite être cultivés à partir de poudre de LiH fondue dans une atmosphère d'hydrogène par la technique de Bridgman–Stockbarger . Ils ont souvent une couleur bleutée en raison de la présence de Li colloïdal. Cette couleur peut être éliminée par recuit post-croissance à des températures plus basses (~550 °C) et à des gradients thermiques plus faibles. Les impuretés principales dans ces cristaux sont Na (20-200 parties par million, ppm), O (10-100 ppm), Mg (0,5-6 ppm), Fe (0,5-2 ppm) et Cu (0,5-2 ppm).
Les pièces LiH pressées à froid en vrac peuvent être facilement usinées à l'aide de techniques et d'outils standard avec une précision micrométrique . Cependant, le LiH coulé est cassant et se fissure facilement pendant le traitement.
Une voie plus économe en énergie pour former de la poudre d'hydrure de lithium consiste à broyer du lithium métal sous haute pression d'hydrogène. Un problème avec cette méthode est le soudage à froid du lithium métal en raison de la ductilité élevée. En ajoutant de petites quantités de poudre d'hydrure de lithium, le soudage à froid peut être évité.
Réactions
La poudre de LiH réagit rapidement avec l'air à faible humidité, formant LiOH , Li
2O et Li
2CO
3. Dans l'air humide, la poudre s'enflamme spontanément, formant un mélange de produits comprenant certains composés azotés. Le matériau en morceaux réagit avec l'air humide, formant un revêtement superficiel, qui est un fluide visqueux. Cela inhibe la réaction ultérieure, bien que l'apparition d'un film de « ternissure » soit assez évidente. Peu ou pas de nitrure est formé lors de l'exposition à l'air humide. Le matériau en morceaux, contenu dans une coupelle métallique, peut être chauffé dans l'air à une température légèrement inférieure à 200 °C sans s'enflammer, bien qu'il s'enflamme facilement lorsqu'il est touché par une flamme nue. L'état de surface du LiH, la présence d'oxydes sur la coupelle métallique, etc., ont un effet considérable sur la température d'inflammation. L'oxygène sec ne réagit pas avec le LiH cristallin à moins d'être fortement chauffé, lorsqu'une combustion presque explosive se produit.
LiH est très réactif vis-à-vis de l'eau et d'autres réactifs protiques :
- LiH + H 2 O → Li + + H 2 + OH −
LiH est moins réactif avec l'eau que Li et est donc un agent réducteur beaucoup moins puissant pour l'eau, les alcools et autres milieux contenant des solutés réductibles. Ceci est vrai pour tous les hydrures salins binaires.
Les pastilles de LiH se dilatent lentement dans l'air humide, formant du LiOH ; cependant, le taux d'expansion est inférieur à 10 % en 24 heures sous une pression de 2 Torr de vapeur d'eau. Si l'air humide contient du dioxyde de carbone, alors le produit est du carbonate de lithium. LiH réagit avec l'ammoniac, lentement à température ambiante, mais la réaction s'accélère nettement au-dessus de 300 °C. LiH réagit lentement avec les alcools supérieurs et les phénols , mais vigoureusement avec les alcools inférieurs.
LiH réagit avec le dioxyde de soufre :
- 2 LiH + 2 SO 2 → Li 2 S 2 O 4 + H 2
bien qu'au-dessus de 50 °C, le produit soit du dithionite de lithium.
LiH réagit avec l'acétylène pour former du carbure de lithium et de l'hydrogène. Avec les acides organiques anhydres, les phénols et les anhydrides d'acide LiH réagit lentement, produisant de l'hydrogène gazeux et le sel de lithium de l'acide. Avec les acides contenant de l'eau, LiH réagit plus rapidement qu'avec l'eau. De nombreuses réactions de LiH avec des espèces contenant de l'oxygène donnent LiOH, qui à son tour réagit de manière irréversible avec LiH à des températures supérieures à 300 °C :
- LiH + LiOH → Li 2 O + H 2
Applications
Stockage d'hydrogène et carburant
Avec une teneur en hydrogène proportionnellement à sa masse trois fois supérieure à celle de NaH, LiH a la teneur en hydrogène la plus élevée de tous les hydrures. Le LiH présente périodiquement un intérêt pour le stockage de l'hydrogène, mais les applications ont été contrecarrées par sa stabilité à la décomposition. Ainsi, l'élimination de H 2 nécessite des températures supérieures aux 700 °C utilisées pour sa synthèse, de telles températures sont coûteuses à créer et à maintenir. Le composé a déjà été testé en tant que composant de carburant dans un modèle réduit de fusée.
Précurseur d'hydrures métalliques complexes
LiH n'est généralement pas un agent réducteur d'hydrure, sauf dans la synthèse d'hydrures de certains métalloïdes. Par exemple, le silane est produit dans la réaction d'hydrure de lithium et de tétrachlorure de silicium par le procédé Sundermeyer :
- 4 LiH + SiCl 4 → 4 LiCl + SiH 4
L'hydrure de lithium est utilisé dans la production d'une variété de réactifs pour la synthèse organique , tels que l'hydrure de lithium aluminium (LiAlH 4 ) et le borohydrure de lithium (LiBH 4 ). Le triéthylborane réagit pour donner du superhydrure (LiBHEt 3 ).
En chimie et physique nucléaires
L'hydrure de lithium (LiH) est parfois un matériau souhaitable pour le blindage des réacteurs nucléaires , avec l'isotope lithium-7 (Li-7) et il peut être fabriqué par moulage.
Deutéride de lithium
Le deutérure de lithium, sous forme de deutérure de lithium-7 , est un bon modérateur pour les réacteurs nucléaires , car le deutérium ( 2 H) a une section efficace d' absorption des neutrons inférieure à celle de l'hydrogène ordinaire ( 1 H), et la section efficace pour 7 Li est également faible, diminuant l'absorption des neutrons dans un réacteur. 7 Li est préféré pour un modérateur car il a une section efficace de capture de neutrons plus faible, et il forme également moins de tritium ( 3 H) sous bombardement avec des neutrons.
Le deutérure de lithium-6 correspondant , 6 Li 2 H ou 6 LiD, est le principal combustible de fusion dans les armes thermonucléaires . Dans les ogives à hydrogène de la conception Teller-Ulam , un déclencheur de fission nucléaire explose pour chauffer et comprimer le deutéride de lithium-6, et pour bombarder le 6 LiD avec des neutrons pour produire du 3 H ( tritium ) dans une réaction exothermique : 6 Li 2 H + n → 4 He + 3 H + 2 H. Le deutérium et le tritium fusionnent alors pour produire de l' hélium , un neutron et 17,59 MeV d'énergie libre sous forme de rayons gamma , d'énergie cinétique , etc. L'hélium est un sous-produit inerte.
Avant l' essai d'armes nucléaires Castle Bravo en 1954, on pensait que seul l'isotope 6 Li, moins courant, produirait du tritium lorsqu'il serait frappé par des neutrons rapides. Le test Castle Bravo a montré (accidentellement) que le 7 Li plus abondant le fait également dans des conditions extrêmes, bien que par une réaction endothermique .
Sécurité
LiH réagit violemment avec l'eau pour donner de l'hydrogène gazeux et LiOH, qui est caustique. Par conséquent, les poussières de LiH peuvent exploser dans l'air humide, voire dans l'air sec en raison de l'électricité statique. À des concentrations de 5 à 55 mg/m 3 dans l'air, la poussière est extrêmement irritante pour les muqueuses et la peau et peut provoquer une réaction allergique. En raison de l'irritation, le LiH est normalement rejeté plutôt que accumulé par le corps.
Certains sels de lithium, qui peuvent être produits dans les réactions LiH, sont toxiques. Le feu LiH ne doit pas être éteint à l'aide d'extincteurs au dioxyde de carbone, au tétrachlorure de carbone ou à l'eau ; il doit être étouffé en le recouvrant d'un objet métallique ou de poudre de graphite ou de dolomie . Le sable est moins approprié, car il peut exploser lorsqu'il est mélangé à du LiH en combustion, surtout s'il n'est pas sec. Le LiH est normalement transporté dans le pétrole, à l'aide de conteneurs en céramique, certains plastiques ou en acier, et est manipulé dans une atmosphère d'argon ou d'hélium sec. L'azote peut être utilisé, mais pas à des températures élevées, car il réagit avec le lithium. LiH contient normalement du lithium métallique, qui corrode les conteneurs en acier ou en silice à des températures élevées.