FLUOREK LITU: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, OTRZYMYWANIE, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Fluorek litu jest nieorganiczna substancja stała o wzorze chemicznym LiF. Składa się z jonów Li ⁺ i F ^- , które są połączone wiązaniem jonowym. Występuje w niewielkich ilościach w różnych minerałach, zwłaszcza w krzemianach, takich jak lepidolit, w wodzie morskiej i wielu studniach mineralnych.

Jest szeroko stosowany w urządzeniach optycznych ze względu na jego przezroczystość w szerokim zakresie długości fal, od widma w podczerwieni (IR) po ultrafioletowe UV i widzialne.

Lepidolit, minerał zawierający niewielkie ilości fluorku litu LiF. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0. Źródło: Wikimedia Commons.

Został również wykorzystany w urządzeniach do wykrywania niebezpiecznego promieniowania w miejscach pracy, w których ludzie są na nie narażeni przez krótki czas. Ponadto jest używany jako materiał do topienia aluminium lub do produkcji szkieł do soczewek lub okularów oraz do produkcji ceramiki.

Służy jako materiał do powlekania elementów akumulatorów litowo-jonowych i zapobiegania początkowej utracie ich ładunku.

Struktura

Fluorek litu jest związkiem jonowym, to znaczy powstałym w wyniku połączenia kationów Li ⁺ i F ^- anionów . Siła, która utrzymuje je razem, jest elektrostatyczna i nazywana jest wiązaniem jonowym.

Kiedy lit się łączy, oddaje elektron do fluoru, pozostawiając oba w bardziej stabilnej formie niż początkowa, jak wyjaśniono poniżej.

Lit pierwiastkowy ma następującą konfigurację elektronową: 1s ² 2s ¹ i kiedy elektron jest przenoszony, struktura elektronowa wygląda następująco: 1s ^2, która jest znacznie bardziej stabilna.

Pierwiastek fluoru, którego konfiguracja elektroniczna to: 1s ² 2s ² 2p ⁵ , przyjmując elektron pozostaje w postaci 1s ² 2s ² 2p ⁶ , bardziej stabilny.

Nomenklatura

- fluorek litu

- Fluorolit

- Monofluorek litu

Nieruchomości

Stan fizyczny

Białe ciało stałe, które krystalizuje w strukturze sześciennej, jak chlorek sodu NaCl.

Sześcienna struktura kryształów fluorku litu LiF. Benjah-bmm27. Źródło: Wikimedia Commons.

Waga molekularna

26 g / mol

Temperatura topnienia

848,2 ° C

Temperatura wrzenia

1673 ° C, chociaż ulatnia się w temperaturze 1100-1200 ° C

Gęstość

2640 g / cm ³

Współczynnik załamania światła

1.3915

Rozpuszczalność

Słabo rozpuszczalny w wodzie: 0,27 g / 100 g wody o temperaturze 18 ° C; 0,134 g / 100 g w temperaturze 25 ° C Rozpuszczalny w środowisku kwaśnym. Nierozpuszczalny w alkoholu.

Inne właściwości

Jego opary zawierają związki dimeryczne (LiF) ₂ i trimeryczne (LiF) ₃ . Z kwasem fluorowodorowym HF tworzy wodorofluorek litu LiHF ₂ ; z wodorotlenkiem litu tworzy podwójną sól LiF.LiOH.

Zbiór i lokalizacja

Fluorek litu LiF można otrzymać w reakcji kwasu fluorowodorowego HF z wodorotlenkiem litu LiOH lub węglanem litu Li ₂ CO ₃ .

Jednak występuje w niewielkich ilościach w niektórych minerałach, takich jak lepidolit, oraz w wodzie morskiej.

Fluorek litu znajduje się w niewielkich ilościach w wodzie morskiej. Adeeb Atwan. Źródło: Wikimedia Commons.

Aplikacje

W zastosowaniach optycznych

LiF jest stosowany w postaci zwartych kryształów w spektrofotometrach podczerwieni (IR) ze względu na doskonałą dyspersję, jaką prezentują w zakresie długości fal od 4000 do 1600 cm ^-1 .

Z nasyconych roztworów tej soli otrzymuje się duże kryształy LiF. Może zastąpić naturalne kryształy fluorytu w różnego rodzaju urządzeniach optycznych.

Duże, czyste kryształy są używane w układach optycznych do światła ultrafioletowego (UV), widzialnego i IR oraz w monochromatorach rentgenowskich (0,03-0,38 nm).

Duży kryształ fluorku litu LiF w zlewce. V1adis1av. Źródło: Wikimedia Commons.

Jest również stosowany jako materiał do powlekania optycznego regionu UV ze względu na jego szerokie pasmo optyczne, większe niż w przypadku innych fluorków metali.

Jego przezroczystość w dalekim UV (90-200 nm) sprawia, że ​​idealnie nadaje się jako powłoka ochronna na zwierciadłach aluminiowych (Al). Lustra LiF / Al są używane w systemach teleskopów optycznych do zastosowań w kosmosie.

Powłoki te uzyskuje się poprzez fizyczne osadzanie z fazy gazowej i osadzanie warstw na poziomie atomowym.

W detektorach jonizującego lub niebezpiecznego promieniowania

Fluorek litu jest szeroko stosowany w detektorach termoluminescencyjnych promieniowania fotonowego, neutronowego i cząstek β (beta).

Detektory termoluminescencyjne oszczędzają energię promieniowania, gdy są na nie narażone. Później po podgrzaniu uwalniają zmagazynowaną energię w postaci światła.

W tym zastosowaniu LiF jest na ogół domieszkowany domieszkami magnezu (Mg) i tytanu (Ti). Zanieczyszczenia te generują określone poziomy energii, które działają jak dziury, w których uwięzione są elektrony uwolnione przez promieniowanie. Kiedy materiał jest następnie podgrzewany, elektrony te wracają do swojego pierwotnego stanu energetycznego, emitując światło.

Natężenie emitowanego światła zależy bezpośrednio od energii pochłoniętej przez materiał.

Termoluminescencyjne detektory LiF zostały z powodzeniem przetestowane do pomiaru złożonych pól promieniowania, takich jak te obecne w Wielkim Zderzaczu Hadronów lub LHC (od angielskiego akronimu Wielkiego Zderzacza Hadronów), zlokalizowanym w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych, znanym jako CERN (akronim z francuskiego Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire).

Promieniowanie w eksperymentach przeprowadzonych w tym ośrodku badawczym przedstawia hadrony, neutrony i elektrony / pozytrony, wśród innych typów cząstek subatomowych, z których wszystkie można wykryć za pomocą LiF.

Jako materiał do preliteracji katody baterii litowych

LiF został pomyślnie przetestowany w postaci nanokompozytów z kobaltem (Co) i żelazem (Fe) jako materiałami do wstępnego litowania (prelitu) materiału katody baterii litowo-jonowej.

Podczas pierwszego cyklu ładowania lub etapu tworzenia baterii litowo-jonowej elektrolit organiczny rozkłada się, tworząc fazę stałą na powierzchni anody.

Proces ten zużywa lit z katody i zmniejsza energię o 5 do 20% całkowitej pojemności akumulatora litowo-jonowego.

Z tego powodu zbadano elektrochemiczne wstępne inicjowanie katody, które powoduje elektrochemiczną ekstrakcję litu z nanokompozytu, który pełni rolę donora litu, unikając w ten sposób zużycia litu z katody.

Nanokompozyty LiF / Co i LiF / Fe mają dużą zdolność oddawania litu do katody, są łatwe w syntezie, stabilne w warunkach środowiskowych i przetwarzaniu baterii.

Bateria litowo-jonowa. Autor: Pan ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * dzień fotografii, sierpień 2005 * fotograf Aney. Źródło: Wikimedia Commons.

W różnych zastosowaniach

Fluorek litu jest stosowany jako topnik spawalniczy, zwłaszcza aluminium, oraz w powłokach prętów spawalniczych. Jest również stosowany w ogniwach redukcyjnych aluminium.

Jest szeroko stosowany w produkcji okularów (takich jak soczewki), w których współczynnik rozszerzalności maleje. Znajduje również zastosowanie w produkcji ceramiki. Ponadto jest używany do produkcji emalii i lakierów szklistych.

LiF jest składnikiem paliw rakietowych i paliw do niektórych typów reaktorów.

LiF jest również stosowany w diodach elektroluminescencyjnych lub elementach fotowoltaicznych, do wprowadzania elektronów do warstw wewnętrznych.

Bibliografia

1. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
2. Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna. (2019). Fluorek litu. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Obryk, B. i in. (2008). Reakcja różnych typów detektorów fluorku litu TL na wysokoenergetyczne mieszane pola promieniowania. Pomiary promieniowania 43 (2008) 1144-1148. Odzyskany z sciencedirect.com.
4. Sun, Y. i in. (2016). Synteza chemiczna nanokompozytu fluorku litu / metalu in situ do wstępnego litowania katod o dużej wydajności. Nano Letters 2016, 16, 2, 1497-1501. Odzyskany z pubs.acs.org.
5. Hennessy, J. i Nikzad, S. (2018). Osadzanie warstw atomowych fluorkowych powłok optycznych w ultrafiolecie. Inorganics 2018, 6, 46. Odzyskany z mdpi.com.