ЛИТИЕВ ФЛУОРИД: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПОЛУЧАВАНЕ, УПОТРЕБА - ХИМИЯ - 2025

В литиев флуорид е неорганична твърдо вещество с химична формула LiF. Той е съставен от Li ⁺ и F ^- йони, които са свързани чрез йонна връзка. Той се намира в малки количества в различни минерали, особено силикати като лепидолит, в морската вода и в много минерални кладенци.

Той се използва широко в оптичните устройства поради прозрачността си в широк диапазон от дължини на вълните, от инфрачервения (IR) спектър до ултравиолетовия UV, преминаващ през видимото.

Лепидолит, минерал, който съдържа малки количества литий флуорид LiF. Роб Лавински, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0. Източник: Wikimedia Commons.

Той се използва и в устройства за откриване на опасна радиация в работни места, където хората са изложени на тях за кратко време. В допълнение, той се използва като материал за разтопяване на алуминий или за направа на очила за лещи или очила и при производството на керамика.

Той служи като материал за покриване на компоненти на литиево-йонни батерии и за предотвратяване на първоначалната загуба на заряда от тях.

структура

Литиевият флуорид е йонно съединение, тоест образувано от съединението на Li ⁺ катиона и F ^- аниона. Силата, която ги държи заедно, е електростатична и се нарича йонна връзка.

Когато литият се комбинира, той се отдава на електрон до флуор, оставяйки и двете в по-стабилна форма от първоначалната, както е обяснено по-долу.

Елементът литий има следната електронна конфигурация: 1s ² 2s ¹ и когато се прехвърли електрон, електронната структура изглежда така: 1s ^2, която е много по-стабилна.

Елементът флуор, чиято електронна конфигурация е: 1s ² 2s ² 2p ⁵, когато приема електрона, той остава от формата 1s ² 2s ² 2p ⁶, по-стабилен.

номенклатура

- Литиев флуорид

- Флуоролитий

- Литиев монофлуорид

Имоти

Физическо състояние

Бяло твърдо вещество, което кристализира в кубична структура, като натриев хлорид NaCl.

Кубична структура на кристалите на литий флуорид LiF. Benjah-bmm27. Източник: Wikimedia Commons.

Молекулно тегло

26 g / mol

Точка на топене

848,2 ºC

Точка на кипене

1673 ° C, въпреки че се изпарява при 1100-1200 ° C

плътност

2640 грам / cm ³

Рефракционен индекс

1.3915

разтворимост

Слабо разтворим във вода: 0,27 g / 100 g вода при 18 ° C; 0,134 g / 100 g при 25 ° C. Разтворим в кисела среда. Неразтворим в алкохол.

Други свойства

Неговите пари представят димерни (LiF) ₂ и тримерни (LiF) ₃ видове. С флуороводородна киселина HF образува литиев бифлуорид LiHF ₂; с литиев хидроксид образува двойна сол на LiF.LiOH.

Събиране и местоположение

Литиев флуорид LiF може да бъде получен чрез реакцията между HF на флуороводородна киселина и литиев хидроксид LiOH или литиев карбонат Li ₂ CO ₃.

Той обаче присъства в малки количества в определени минерали като лепидолит и в морската вода.

Литиевият флуорид се намира в малки количества в морската вода. Адиб Атуан. Източник: Wikimedia Commons.

Приложения

В оптични приложения

LiF се използва под формата на компактни кристали в инфрачервени (IR) спектрофотометри поради отличната им дисперсия в обхвата на дължината на вълната между 4000 и 1600 cm ^-1.

Големи кристали на LiF се получават от наситени разтвори на тази сол. Той може да замести естествените кристали на флуорит в различни видове оптични устройства.

Големи, чисти кристали се използват в оптични системи за ултравиолетова (UV), видима и инфрачервена светлина и в рентгенови монохроматори (0,03-0,38 nm).

Голям кристал от литий флуорид LiF, вътре в стъклена чаша. V1adis1av. Източник: Wikimedia Commons.

Използва се също като материал за оптично покритие за UV областта поради широката му оптична лента, по-голяма от тази на други метални флуориди.

Прозрачността му в далечния UV (90-200 nm) го прави идеален като защитно покритие върху алуминиеви (Al) огледала. Огледалата LiF / Al се използват в оптичните телескопни системи за приложения в космоса.

Тези покрития се постигат чрез физическо отлагане на пари и отлагане на слоеве на атомно ниво.

В йонизиращи или опасни детектори за радиация

Литиевият флуорид е широко използван в термолуминесцентни детектори за излъчване на фотонови, неутронни и β (бета) частици.

Термолуминесцентните детектори спестяват енергията на радиация, когато са изложени на нея. По-късно, когато се нагряват, те отделят натрупаната енергия под формата на светлина.

За това приложение LiF обикновено е легиран с примеси от магнезий (Mg) и титан (Ti). Тези примеси генерират определени енергийни нива, които действат като дупки, където електроните, освободени от излъчване, са в капан. Когато материалът се нагрява, тези електрони се връщат в първоначалното си енергийно състояние, излъчвайки светлина.

Интензитетът на излъчваната светлина зависи пряко от енергията, погълната от материала.

Термолуминесцентните детектори за LiF успешно са тествани за измерване на сложни полета на радиация, като тези, присъстващи в големия адронен колайдер или LHC (за съкращението му на английски голям адронен колайдер), разположен в Европейската организация за ядрени изследвания, известен като CERN (заради съкращението си от френския Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire).

Излъчванията в експериментите, проведени в този изследователски център, съдържат адрони, неутрони и електрони / позитрони, сред другите видове субатомни частици, всички от които могат да бъдат открити с LiF.

Като материал за предписване на катода от литиеви батерии

LiF е успешно тестван под формата на нанокомпозити с кобалт (Co) и желязо (Fe) като материали за прелитиране (прелитизация) на катоден материал на литиево-йонна батерия.

По време на първия цикъл на зареждане или етап на образуване на литиево-йонна батерия, органичният електролит се разлага, за да образува твърда фаза на повърхността на анода.

Този процес консумира литий от катода и намалява енергията с 5 до 20% от общия капацитет на литиево-йонната батерия.

Поради тази причина е изследвана електрохимичната прелитизация на катода, която генерира електрохимично извличане на литий от нанокомпозита, който действа като литиев донор, като по този начин се избягва консумацията на литий от катода.

Нанокомпозитите LiF / Co и LiF / Fe имат висок капацитет за даряване на литий на катода, като са лесни за синтезиране, стабилни при условия на околната среда и обработка на батерията.

Литиево-йонна батерия. Автор: Г-н ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * фотографски ден, август 2005 г. * човек с фотография Aney. Източник: Wikimedia Commons.

При различни приложения

Литиевият флуорид се използва като заваръчен флюс, особено алуминий, и в покрития за заваряване на пръти. Използва се и в алуминиеви редукционни клетки.

Той се използва широко при производството на очила (като лещи), в които коефициентът на разширение намалява. Използва се и при производството на керамика. В допълнение, той се използва при производството на емайли и стъкловидни лакове.

LiF е компонент на ракетните горива и горивата за определени видове реактори.

LiF се използва също в светодиоди или фотоволтаични компоненти, за инжектиране на електрони във вътрешни слоеве.

Препратки

1. Котън, Ф. Алберт и Уилкинсън, Джефри. (1980 г.). Разширена неорганична химия. Четвърто издание. John Wiley & Sons.
2. Национална медицинска библиотека на САЩ. (2019). Литиев флуорид. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Obryk, B. et al. (2008 г.). Реакцията на различни видове детектори TL литиев флуорид на високоенергийни смесени радиационни полета. Радиационни измервания 43 (2008) 1144-1148. Възстановени от sciencedirect.com.
4. Sun, Y. et al. (2016 г.). Химичен синтез на литиев флуорид / метален нанокомпозит за прелитиране на висок капацитет на катоди. Нано писма 2016, 16, 2, 1497-1501. Възстановено от pubs.acs.org.
5. Hennessy, J. и Nikzad, S. (2018). Атомно наслояване на литиеви флуоридни оптични покрития за ултравиолета. Неорганика 2018, 6, 46. Възстановено от mdpi.com.