LAH(화학)

1. 개요2. 합성3. 위험성4. 활용

4.1. 유기 화학4.2. 무기 화학

5. 수소 보관

1. 개요

Lithium aluminium hydride

흔히 LAH라 말하는 수소화 알루미늄 리튬은 LiAlH₄의 화학식을 가지는 무기화합물이다. 회색빛의 고체로 1947년에 Finholt, Bond, Schlesinger가 발견하였다. 이 화합물은 유기 화학에서 환원제로 쓰이는데, 특히 아마이드나 에스터, 그리고 카복실산[1] 등의 환원에 쓰인다. 물과 굉장히 반응을 잘하며, 이 반응으로 수소가 기체 형태로 나온다.

2. 합성

수소화 리튬과 염화 알루미늄의 합성으로 만들어진다.
4 LiH + AlCl₃ → LiAlH₄ + 3 LiCl
이 방법뿐만 아니라, 공업적 합성에선 고온, 고압에서 먼저 수소화 알루미늄 나트륨을 만든다
Na + Al + 2 H₂ → NaAlH₄
그리고 복분해 반응을 통해 다음과 같이 된다.
LiCl + NaAlH₄ → LiAlH₄ + NaCl

3. 위험성

LAH는 현재 발견된 물질 중 가장 환원성이 높기 때문에, 위험물로 분류된다. 또한 물과 반응하여 수소를 발생시키기 때문에 폭발 위험성도 크다.

4. 활용

4.1. 유기 화학

LAH는 유기 화학에서 환원제로 널리 쓰인다. 분자 구조가 비슷한 수소화 붕소 나트륨보다도 환원력이 좋다.[2] 에스터, 카복실산, 염화 아실, 알데하이드, 케톤 등을 대응되는 알코올로 전환시켜 준다. 비슷하게 아미드, 질산 화합물, 시안화물, 이민, 아지드 등을 아민으로 바꾼다. 그러나 LAH가 반응성이 너무 큰 탓에 훨씬 더 편리한 SMEAH로 대체되었다.

4.2. 무기 화학

LAH는 무기 화학에서 할로젠화 금속을 대응되는 수소화 금속으로 전환시키는 데 널리 쓰인다. 예를 들어, NaH는 NaCl에서 다음과 같은 반응으로 얻을 수 있다 :
LiAlH₄ + 4 NaCl → 4 NaH + LiCl + AlCl₃
LAH는 또한 많은 무기 리간드들과 결합해서 리튬 이온이 들어간 알루미늄 복합체를 만드는 데 사용된다.
LiAlH₄ + 4 NH₃ → Li[Al(NH₂)₄] + 4 H₂

5. 수소 보관

LiAlH₄는 10.6%의 수소를 포함하는데, 이것이 LAH를 미래 연료 전지를 위한 수소 중간체가 될 수 있게 해준다. 높은 수소 함량이 LiAlH₄에 대한 연구에 다시 불을 지폈다. 그러나 수소 중간체로 쓰기엔 여러 문제점이 있는 것이 드러났다. 먼저 중간 화합물인 LiH도 H를 잘 잃을 수 있어야 하지만, 높은 안정성으로 무려 400°C의 온도가 필요하였다. 이는 LiAH₄의 수소 함량을 낮춘다고 볼 수 있다. 또한 LiAH₄자체가 안정한 물질이 아니므로 LiAH₄로 다시 되돌리려면 엄청난 고압의[3] 수소 기체가 필요하다.

[1] 대표적인 카복실산으로 아세트산이 있다. [2] H와 Na의 인력이 H와 B의 인력보다 더 약하기 때문이다. [3] 약 10^9 파스칼( 기압으로 환산 시 약 1만 기압)