Hydrure de lithium

Modèle:Infobox Chimie L'hydrure de lithium est un composé chimique de formule LiH. Il se présente comme une poudre inflammable de couleur blanche à grise — elle s'assombrit à la lumière — qui, avec une masse volumique de Modèle:Unité, est l'un des solides non poreux les plus légers — et le plus léger des solides ioniques. Il cristallise dans une structure de type sel gemme, fond à Modèle:Tmp et son enthalpie de formation est de Modèle:Unité. C'est un composé stable qui, compte tenu de la faible masse molaire du lithium, permet de stocker Modèle:Unité d'hydrogène par kilogramme, hydrogène qu'il est possible de libérer par réaction avec l'eau :

LiH + [[Eau|Modèle:Fchim]] ⟶ LiOH + [[Dihydrogène|Modèle:Fchim]].

Propriétés

L'hydrure de lithium est un conducteur ionique et diamagnétique dont la conductivité électrique croît progressivement de Modèle:Unité à Modèle:Tmp à Modèle:Unité à Modèle:Tmp, sans discontinuité au niveau du point de fusionModèle:Exp. Sa permittivité décroît de 13,0 (statique, basse fréquence) à 3,6 (spectre visible)Modèle:Exp.

Il s'agit d'un matériau assez tendre, avec une dureté de 3,5 sur l'échelle de MohsModèle:Exp. Son fluage par compression croît rapidement de moins de 1 % à Modèle:Tmp à plus de 100 % à Modèle:Tmp, ce qui signifie qu'il ne peut assurer un support mécanique à haute températureModèle:Exp.

La conductivité thermique de l'hydrure de lithium décroît avec la température et dépend de la morphologie du matériau : elle vaut à Modèle:Tmp Modèle:Unité pour les cristaux et Modèle:Unité pour les matériaux compactés, mais vaut à Modèle:Tmp Modèle:Unité pour les cristaux et Modèle:Unité pour les matériaux compactésModèle:Exp. Le coefficient d'expansion thermique vaut Modèle:Unité à température ambianteModèle:Exp.

Production

L'hydrure de lithium se forme en faisant réagir du lithium liquide avec de l'hydrogène Modèle:Fchim :

2 Li + [[Dihydrogène|Modèle:Fchim]] ⟶ 2 LiH.

La réaction est particulièrement rapide au-dessus de Modèle:Tmp. L'addition de Modèle:Unité de carbone, l'augmentation de la température et/ou l'augmentation de la pression permettent d'accroître le rendement de deux heures de réaction jusqu'à 98 %Modèle:Exp. La réaction est cependant également présente à des températures aussi basses que Modèle:Tmp. Le rendement est de 60 % à Modèle:Tmp et de 85 % à Modèle:Tmp, la cinétique de la réaction dépendant fortement de l'état de la surface de l'hydrure de lithiumModèle:Exp.

Il existe d'autres modes de production de l'hydrure de lithium, comme la décomposition thermique de l'aluminohydrure de lithium Modèle:Fchim à Modèle:Tmp, du borohydrure de lithium Modèle:Fchim à Modèle:Tmp, du n-butyllithium Modèle:Fchim à Modèle:Tmp ou de l'éthyllithium Modèle:Fchim à Modèle:Tmp, ainsi que diverses réactions faisant intervenir des composés peu stables du lithium contenant de l'hydrogèneModèle:Exp.

Les réactions chimiques forment de l'hydrure de lithium sous forme de blocs de poudre qui peuvent être compactés en pastilles sans devoir recourir à un liant. On peut obtenir des formes plus compexes par moulage à partir du matériau fonduModèle:Exp. De grands monocristaux, pouvant atteindre Modèle:Unité de long et Modèle:Unité de diamètre, peuvent être obtenus par le procédé de Bridgman-Stockbarger à partir de poudre de LiH fondue sous atmosphère d'hydrogène. Ils présentent souvent une teinte bleutée par la présence de lithium colloïdal. Cette teinte peut être éliminée par recuit post croissance à environ Modèle:Tmp et gradient de température réduitModèle:Exp. Les principales impuretés dans ces cristaux sont le sodium (Modèle:Unité), l'oxygène (Modèle:Unité), le magnésium (Modèle:Unité), le fer (Modèle:Unité) et le cuivre (Modèle:Unité)Modèle:Exp.

L'hydrure de lithium compacté à froid peut être facilement usiné à l'aide d'outils et de techniques standard jusqu'à une précision micrométrique, mais l'hydrure de lithium moulé est fragile et forme facilement des fissures pendant le traitementModèle:Exp.

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  Modèle:Centrer

Il est également possible de produire de l'hydrure de lithium à l'aide d'un procédé moins gourmand en énergie en traitant du lithium élémentaire au moulin à billes sous une forte pression d'hydrogène. Le souci avec cette méthode est qu'il faut éviter la soudure à froid entre les grains de lithium en raison de leur ductilité élevée, ce qui peut être réalisé par l'addition de petites quantités de poudre d'hydrure de lithium dans le moulin.

Réactions

Les poudres d'hydrure de lithium réagissent rapidement avec l'air sec en donnant de l'hydroxyde de lithium LiOH, de l'oxyde de lithium Modèle:Fchim et du carbonate de lithium Modèle:Fchim. En revanche, elles s'enflamment spontanément dans l'air humide en formant un mélange de produits de combustion comprenant des composés azotés. En bloc, l'hydrure de lithium réagit à l'air humide en formant une couche superficielle qui est un fluide visqueux bloquant la poursuite de la réaction. Ce film de ternissure est assez visible. Il ne se forme pratiquement pas de nitrures à l'air humide dans ce cas. Il est possible de chauffer un bloc d'hydrure de lithium sur un disque métallique jusqu'à un peu moins de Modèle:Tmp à l'air libre sans qu'il s'enflamme spontanément, bien qu'il prenne feu immédiatement au contact d'une flamme. L'état de la surface de l'hydrure de lithium, la présence d'oxydes sur le disque métallique et différents autres paramètres influent sensiblement sur la température à laquelle le bloc prend feu. L'hydrure de lithium cristallisé ne réagit pas avec l'oxygène sec à moins d'être fortement chauffé, ce qui conduit à une combustion quasiment explosiveModèle:Exp.

2 LiH + [[Dioxygène|Modèle:Fchim]] ⟶ 2 LiOH.

L'hydrure de lithium est très réactif avec l'eau et les autres réactifs protiquesModèle:Exp :

LiH + [[Eau|Modèle:Fchim]] ⟶ [[Lithium|LiModèle:Exp]] + [[Hydroxyle|OHModèle:Exp]] + [[Dihydrogène|Modèle:Fchim]].

Il est moins réactif avec l'eau que le lithium et est donc un réducteur bien moins puissant pour l'eau, les alcools et les autres milieux contenant des solutés susceptibles d'être réduits. Ceci est vrai pour tous les hydrures salins binairesModèle:Exp.

Les pastilles d'hydrure de lithium augmentent de volume dans l'air humide à mesure qu'elles se chargent en hydroxyde de lithium LiOH. La vitesse de dilatation n'excède cependant pas 10 % en Modèle:Unité en présence de Modèle:Unité de pression partielle de vapeur d'eauModèle:Exp. Si l'air humide contient du dioxyde de carbone Modèle:Fchim alors il se forme du carbonate de lithium Modèle:FchimModèle:Exp. L'hydrure de lithium réagit avec l'ammoniac Modèle:Fchim de façon lente à température ambiante mais bien plus rapide au-dessus de Modèle:TmpModèle:Exp. Il réagit lentement avec les alcools lourds et les phénols, mais plus vigoureusement avec les alcools légersModèle:Exp.

L'hydrure de lithium réagit avec le dioxyde de soufre Modèle:Fchim en donnant du dithionite de lithium Modèle:Fchim et de l'hydrogène au-dessus de Modèle:TmpModèle:Exp :

2 LiH + 2 [[Dioxyde de soufre|Modèle:Fchim]] ⟶ Modèle:Fchim + [[Dihydrogène|Modèle:Fchim]].

Il réagit avec l'acétylène Modèle:Fchim pour donner du carbure de lithium Modèle:Fchim et de l'hydrogène. Il réagit lentement avec les acides organiques anhydres, les phénols et les anhydrides d'acide pour donner le sel de lithium correspondant et de l'hydrogène. Avec les acides aqueux, l'hydrure de lithium réagit plus rapidement qu'avec l'eauModèle:Exp. De nombreuses réactions impliquant de l'hydrure de lithium et des composés oxygénés — comme la réduction de composés organiques, par exemple du formaldéhyde HCHO en méthanol Modèle:Fchim — donnent de l'hydroxyde de lithium LiOH, lequel réagit à son tour au-dessus de Modèle:Tmp avec l'hydrure de lithium de manière irréversible pour donner de l'oxyde de lithium Modèle:Fchim et de l'hydrogèneModèle:Exp :

HCHO + LiH + [[Eau|Modèle:Fchim]] ⟶ [[Méthanol|Modèle:Fchim]] + LiOH ;

LiH + LiOH ⟶ [[Oxyde de lithium|Modèle:Fchim]] + [[Dihydrogène|Modèle:Fchim]].

Applications

Stockage de l'hydrogène et additif de propergol en astronautique

Dans la mesure où l'hydrure de lithium contient trois fois plus d'hydrogène par unité de masse que l'hydrure de sodium NaH, il est régulièrement étudié dans le cadre d'application de stockage de l'hydrogène. Ces études buttent cependant sur la stabilité du composé, qui se décompose en lithium et en hydrogène par chauffage aux alentours de Modèle:Tmp, ce qui en fait l'hydrure de métal alcalin le plus stable thermiquement et le rend peu économique dans ces applications. L'hydrure de lithium a par ailleurs fait l'objet d'essais comme ergol en astronautiqueModèle:,.

Précurseur d'hydrures métalliques complexes

L'hydrure de lithium n'est généralement pas un réducteur d'hydrures, hormis dans le cadre de la synthèse d'hydrures de certains métalloïdes. Par exemple, le silane Modèle:Fchim peut être produit en faisant réagir de l'hydrure de lithium avec du tétrachlorure de silicium Modèle:Fchim par le procédé Sundermeyer :

4 LiH + [[tétrachlorure de silicium|Modèle:Fchim]] ⟶ 4 LiCl + [[Silane (composé)|Modèle:Fchim]].

L'hydrure de lithium est utilisé dans la production d'un ensemble de réactifs pour les synthèses organiques comme l'aluminohydrure de lithium Modèle:Fchim et le borohydrure de lithium Modèle:Fchim. Il réagit avec le triéthylborane Modèle:Fchim pour donner un superhydrure Modèle:Fchim.

4 LiH + [[Chlorure d'aluminium|Modèle:Fchim]] ⟶ [[Aluminohydrure de lithium|Modèle:Fchim]] + 3 LiCl.

Divers

L'hydrure de lithium 7 Modèle:ExpLiH peut être utilisé pour réaliser des blindages contre la radioactivité de réacteurs nucléaires et peut être mis en forme par moulage.

En raison de son moment dipolaire élevé, l'hydrure de lithium est intéressant pour obtenir un condensat de Bose-Einstein d'atomes ultrafroids.

Deutérure de lithium

Le deutérure de lithium 7 Modèle:ExpLiD est un bon modérateur pour réacteurs nucléaires car le deutérium Modèle:Nucléide a une section efficace d'absorption des neutrons plus faible que celle de l'hydrogène Modèle:Nucléide et le Modèle:Nobr Modèle:Nucléide a également une section efficace d'absorption des neutrons plus faible que celle du Modèle:Nobr Modèle:Nucléide, ce qui fait que le Modèle:ExpLiD absorbe peu les neutrons du réacteur. Le Modèle:Nobr forme également moins de tritium Modèle:Nucléide lorsqu'il est bombardé par des neutrons.

Modèle:En Conversion du deutérium et du Modèle:Nobr en Modèle:Nobr dans une bombe H au Modèle:ExpLiD.

Le deutérure de lithium 6 Modèle:ExpLiD est le principal combustible de fusion des bombes H. Dans les ogives de type Teller-Ulam, une charge à fission, par exemple en Modèle:Nobr, explose en déclenchant la fusion sous l'effet de la chaleur libérée, de la compression du deutérure de Modèle:Nobr et du bombardement de ce dernier par le flux de neutrons générés au cours de la fission, ce qui a pour effet de produire du tritium Modèle:Nucléide au cours d'une réaction exothermique :

Modèle:Nucléide + Modèle:Nucléide ⟶ Modèle:Nucléide + Modèle:Nucléide + Modèle:Unité.

Le deutérium et le tritium fusionnent ensuite pour produire de l'hélium 4, un neutron et Modèle:Unité d'énergie qui se répartissent à raison de Modèle:Unité pour l'hélium et le reste pour le neutron :

Modèle:Nucléide + Modèle:Nucléide ⟶ Modèle:Nucléide + Modèle:Nucléide + Modèle:Unité.

L'essai nucléaire de Castle Bravo a montré accidentellement en 1954 que le Modèle:Nobr peut également générer du tritium dans des conditions extrêmes au terme d'une réaction endothermique; alors qu'on pensait jusqu'alors que seul le Modèle:Nobr pouvait se transmuter en tritium sous l'effet d'un flux de neutrons :

Modèle:Nucléide + Modèle:Nucléide ⟶ Modèle:Nucléide + Modèle:Nucléide + Modèle:Nucléide – Modèle:Unité.

Sécurité

L'hydrure de lithium réagit violemment au contact de l'eau en donnant de l'hydrogène Modèle:Fchim, inflammable, et de l'hydroxyde de lithium LiOH, qui est caustique. La poussière de LiH peut par conséquent provoquer des explosions dans l'air humide, voire dans l'air sec en présence d'électricité statique. À des concentrations de Modèle:Unité dans l'air, la poussière est très irritante pour les muqueuses et la peau, et peut provoquer des allergies. L'irritation qu'il provoque fait que l'hydrure de lithium est généralement rejeté plutôt qu'accumulé dans l'organismeModèle:Exp.

Certains sels de lithium, qui peuvent éventuellement être produits par les réactions de l'hydrure de lithium, sont toxiques. Les feux de LiH ne doivent pas être éteints avec du dioxyde de carbone, du tétrachlorométhane ou des extincteurs à eau, mais plutôt être étouffés en les enfermant dans un objet métallique ou en les recouvrant d'une poudre de graphite ou de dolomie. Le sable convient moins bien car il peut exploser lorsqu'il est mélangé à du LiH enflammé, surtout s'il n'est pas sec.

L'hydrure de lithium est normalement transporté dans de l'huile contenue dans des récipients en céramique, parfois en plastique ou en acier, et est manipulé sous atmosphère d'argon ou d'hélium secModèle:Exp. Une atmosphère d'azote peut convenir, mais pas à température élevée, car alors l'azote réagit avec le lithiumModèle:Exp. L'hydrure de lithium contient normalement une certaine proportion de lithium, qui corrode les récipients en acier ou en silice à température élevéeModèle:Exp.