수소화 리튬

3. 생성

리튬 금속과 수소 가스를 반응시키면 수소화 리튬이 생성된다. 이 반응은 섭씨 600도 이상의 고온에서 특히 빠르게 진행된다.^[3] 0.001~0.003%의 탄소를 첨가하거나 온도 및 압력을 높이면 2시간 동안 최대 98%의 수율을 얻을 수 있다.^[3] 그러나 이 반응은 29°C의 낮은 온도에서도 진행되며, 99°C에서 60%, 125°C에서 85%의 수율을 보인다. 반응 속도는 수소화 리튬(LiH)의 표면 상태에 크게 영향을 받는다.^[3]

수소화 리튬 생성 반응식은 다음과 같다.

수소화 리튬을 생성하는 다른 방법으로는 수소화 알루미늄 리튬(200 °C), 수소화 붕소 리튬(300 °C), n-부틸리튬(150 °C) 등을 열분해하는 방법이 있다.^[3] 낮은 안정성과 가용 수소 함량을 가진 리튬 화합물을 이용한 여러 반응도 가능하다.^[3]

화학 반응으로 생성된 수소화 리튬은 덩어리진 분말 형태이며, 결합제 없이 펠릿 형태로 압축할 수 있다. 용융 상태에서 주조하여 더 복잡한 형태를 만들 수도 있다.^[3] 수소 분위기에서 용융된 LiH 분말을 브리지먼-스톡버거 기법으로 성장시켜 큰 단결정(약 80 mm 길이, 16 mm 직경)을 얻을 수 있다. 이 결정은 콜로이드 리튬의 존재로 인해 푸른색을 띠는 경우가 많으며, 성장 후 낮은 온도(~550 °C) 및 낮은 온도 구배에서 어닐링하여 색을 제거할 수 있다.^[3] 주요 불순물로는 나트륨(20~200 ppm), 산소(10~100 ppm), 마그네슘(0.5~6 ppm), 철(0.5~2 ppm), 구리(0.5~2 ppm) 등이 있다.^[3]

4. 반응

수소화 리튬(LiH) 가루는 습도가 낮은 공기와 빠르게 반응하여 LiOH, Li₂O, Li₂CO₃을 생성한다.^[3] 습한 공기에서는 자연 발화하여 일부 질소 화합물을 포함한 생성물들을 만든다. 덩어리 형태의 수소화 리튬은 습한 공기와 반응하면 점성이 있는 유체 형태의 표면 코팅을 형성하여 추가적인 반응을 억제하지만, "변색" 필름이 나타난다. 습한 공기에 노출되어도 질화 리튬은 거의 형성되지 않는다.^[3] 덩어리 수소화 리튬은 금속 접시에 담아 공기 중에서 200 °C보다 약간 낮은 온도까지 가열할 수 있지만, 불꽃에 닿으면 쉽게 발화한다. 발화 온도는 LiH의 표면 상태, 금속 접시의 산화물 존재 등에 영향을 받는다. 건조한 산소는 결정질 LiH와 강하게 가열하지 않는 한 반응하지 않으며, 이때 거의 폭발적인 연소가 발생한다.^[3]

LiH는 물 및 기타 양성자성 시약에 매우 반응성이 높다.^[3] LiH는 Li보다 물과 반응성이 낮아 물, 알코올, 그리고 환원 가능한 용질을 포함하는 기타 매체에 대한 훨씬 덜 강력한 환원제이다. 이는 모든 이원 염 수소화물에 해당한다.^[3]

LiH 펠릿은 습한 공기 중에서 천천히 팽창하여 LiOH를 형성한다. 2 Torr의 수증기 압력에서 24시간 이내에 팽창 속도는 10% 미만이다.^[3] 습한 공기에 이산화 탄소가 있으면 탄산 리튬이 생성된다.^[3] LiH는 암모니아와 실온에서는 느리게 반응하지만, 300 °C 이상에서는 반응이 빨라진다.^[3] LiH는 더 높은 알코올 및 페놀과 천천히 반응하지만, 더 낮은 알코올과는 격렬하게 반응한다.^[3]

LiH는 이산화 황과 반응하여 디티오나이트를 생성한다. 그러나 50 °C 이상에서는 황화 리튬이 생성된다.^[3]

LiH는 아세틸렌과 반응하여 탄화 리튬과 수소를 형성한다. 무수 유기산, 페놀 및 산 무수물과 함께 LiH는 천천히 반응하여 수소 기체와 산의 리튬 염을 생성한다. 물이 포함된 산과 함께 LiH는 물보다 더 빠르게 반응한다.^[3] LiH가 산소를 포함하는 종과 반응하는 많은 반응은 LiOH를 생성하며, LiOH는 300 °C 이상의 온도에서 LiH와 비가역적으로 반응한다.^[3]

수소화 리튬은 O₂ 또는 Cl₂와 중간 온도에서 다소 비활성이다. 따라서 다음과 같은 다른 유용한 수소화물의 합성에 사용된다.^[8]

:

:

:

5. 응용

LiH는 질량 대비 수소 함량이 NaH의 3배에 달하여 모든 수소화물 중에서 수소 함량이 가장 높다. 주기적으로 수소 저장에 대한 관심의 대상이 되지만, 분해에 대한 안정성 때문에 응용이 좌절되었다. 수소() 제거에는 합성에 사용되는 700 °C 이상의 온도가 필요하며, 이러한 온도를 생성하고 유지하는 데 비용이 많이 든다. 이 화합물은 한때 모형 로켓의 연료 성분으로 테스트되었다.^[9][10]

LiH는 수소화 알루미늄 리튬(Li[AlH₄]) 및 수소화 붕소 리튬(Li[BH₄])과 같이 유기 합성에 사용되는 다양한 시약 생산에 사용된다. 트리에틸보란은 반응하여 수퍼하이드라이드(Li[BH(CH2CH3)3])를 생성한다.^[11]

실레인은 순더마이어 공정을 통해 수소화 리튬과 사염화 규소의 반응으로 생성된다.

:

중수소화 리튬(LiD)은 핵융합 무기의 주원료 중 하나이다.^[15]

5. 1. 핵융합 무기 (한국의 관점)

6. 안전성

수소화 리튬(LiH)은 물과 격렬하게 반응하여 수소 기체와 부식성 물질인 수산화 리튬(LiOH)을 생성한다. 따라서 수소화 리튬 먼지는 습한 공기 중에서, 심지어 정전기 때문에 건조한 공기 중에서도 폭발할 수 있다. 공기 중 농도가 5–55 mg/m³일 때 먼지는 점막과 피부에 극도로 자극적이며 알레르기 반응을 일으킬 수 있다. 자극성 때문에 수소화 리튬은 일반적으로 체내에 축적되기보다는 거부된다.^[3]

수소화 리튬 반응에서 생성될 수 있는 일부 리튬 염은 독성이 있다. 수소화 리튬 화재는 이산화탄소, 사염화탄소 또는 수성 소화기로 진압해서는 안 되며, 금속 물체나 흑연 또는 백운석 가루로 덮어 진압해야 한다. 모래는 특히 건조하지 않은 경우, 타는 수소화 리튬과 섞이면 폭발할 수 있으므로 덜 적합하다. 수소화 리튬은 일반적으로 세라믹, 특정 플라스틱 또는 강철로 만들어진 용기를 사용하여 오일 속에 운송되며, 건조한 아르곤 또는 헬륨 분위기에서 취급된다.^[3] 질소는 리튬과 반응하므로 고온에서는 사용할 수 없다.^[3] 수소화 리튬은 일반적으로 일부 금속 리튬을 포함하며, 이는 고온에서 강철 또는 실리카 용기를 부식시킨다.^[3]

참조

_[1] 기타
_[2] 서적 Metals and chemical change https://books.google[...] Royal Society of Chemistry 2002-08-12
_[3] 서적 Compilation of the properties of lithium hydride https://ntrs.nasa.go[...] NASA 1963
_[4] 웹사이트 ChemIDplus - 7580-67-8 - SIAPCJWMELPYOE-UHFFFAOYSA-N - Lithium hydride - Similar structures search, synonyms, formulas, resource links, and other chemical information. https://chem.nlm.nih[...] 2018-04-10
_[5] 기타
_[6] 기타
_[7] 논문 Solvent-and catalyst-free mechanochemical synthesis of alkali metal monohydrides
_[8] 웹사이트 NCERT Chemistry Textbook https://ncert.nic.in[...]
_[9] 웹사이트 Lex http://www.astronaut[...] 2008-07-23
_[10] 웹사이트 Empirical laws for hybrid combustion of lithium hydride with fluorine in small rocket engines https://ntrs.nasa.go[...]
_[11] 간행물 Hydrides Wiley-VCH, Weinheim
_[12] 서적 Propulsion techniques: action and reaction https://books.google[...] AIAA 1998
_[13] 논문 Lithium hydride: A space age shielding material 1974-02
_[14] 웹사이트 US 20130083878 A1, April 4, 2013, NUCLEAR REACTORS AND RELATED METHODS AND APPARATUS http://appft.uspto.g[...] U.S. Government 2016-06-02
_[15] 백과사전 核兵器 平凡社
_[16] 기타
_[17] 서적 Metals and chemical change https://books.google[...] Royal Society of Chemistry 2002-08-12
_[18] 서적 Compilation of the properties of lithium hydride https://ntrs.nasa.go[...] NASA 1963
_[19] 웹인용 ChemIDplus - 7580-67-8 - SIAPCJWMELPYOE-UHFFFAOYSA-N - Lithium hydride - Similar structures search, synonyms, formulas, resource links, and other chemical information. http://chem.sis.nlm.[...] 2018-04-10
_[20] 기타
_[21] 기타