ליתיום פלואוריד: מבנה, תכונות, השגה, שימושים - כִּימִיָה - 2025

פלואוריד ליתיום הוא מוצק אורגניים עם הנוסחה הכימית LiF. זה מורכב מיוני Li ⁺ ו- F ^- המקושרים דרך קשר יוני. הוא נמצא בכמויות קטנות במינרלים שונים, בעיקר סיליקטים כמו לפידוליט, במי ים ובארות מינרליות רבות.

נעשה בו שימוש נרחב במכשירים אופטיים בגלל השקיפות שלו במגוון רחב של אורכי גל, החל מספקטרום האינפרא אדום (IR) ועד ה- UV האולטרה סגול, העובר דרך הגלוי.

לפידוליט, מינרל המכיל כמויות קטנות של ליתיום פלואוריד LiF. רוב לווינסקי, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0. מקור: Wikimedia Commons.

הוא שימש גם במכשירים לגילוי קרינה מסוכנת בעבודות בהן אנשים נחשפים אליהם למשך זמן קצר. בנוסף, הוא משמש כחומר להמסת אלומיניום או לייצור משקפיים לעדשות או למשקפיים וייצור קרמיקה.

זה משמש כחומר לציפוי רכיבים של סוללות ליתיום יון ולמניעת אובדן טעינה ראשוני של אלה.

מִבְנֶה

פלואוריד ליתיום הוא תרכובת יונית, כי הוא, שנוצר מאיחוד של Li ⁺ קטיון וה F ^- אניון . הכוח שמחזיק אותם יחד הוא אלקטרוסטטי ונקרא הקשר היוני.

כאשר ליתיום משתלב הוא מוותר על אלקטרון לפלואור ומשאיר את שניהם בצורה יציבה יותר מזו הראשונית, כמוסבר להלן.

האלמנט ליתיום כולל את התצורה האלקטרונית הבאה: 1s ² 2s ¹ וכאשר מועבר אלקטרון, המבנה האלקטרוני נראה כך: 1s ² שהוא הרבה יותר יציב.

האלמנט פלואור שהתצורה האלקטרונית שלו היא: 1s ² 2s ² 2p ⁵ , כאשר הוא מקבל את האלקטרון, הוא נשאר מהצורה 1s ² 2s ² 2p ⁶ , יציב יותר.

מִנוּחַ

- ליתיום פלואוריד

- פלואורוליתיום

- ליתיום מונופלואוריד

נכסים

מצב פיזי

מוצק לבן שמתגבש במבנה מעוקב, כמו NaCl נתרן.

מבנה מעוקב של גבישי ליתיום פלואוריד LiF. בנג'ה-bmm27. מקור: Wikimedia Commons.

משקל מולקולרי

26 גרם / מול

נקודת המסה

848.2 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

1673 מעלות צלזיוס, למרות שהיא מתנדנדת בין 1100-1200 מעלות צלזיוס

צְפִיפוּת

2,640 גרם / ס"מ ³

מדד שבירה

1.3915

מְסִיסוּת

מסיסים מעט במים: 0.27 גרם / 100 גרם מים בטמפרטורה של 18 מעלות צלזיוס; 0.134 גרם / 100 גרם בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס. מסיסים במדיום חומצי. בלתי מסיס באלכוהול.

נכסים אחרים

אדיו מציגים מינים דימריים (LiF) ₂ וטרימיים (LiF) ₃ . עם חומצה הידרופלואורית HF יוצר ליתיום בפלואוריד LiHF ₂ ; עם ליתיום הידרוקסיד הוא יוצר מלח כפול של LiF.LiOH.

אוסף ומיקום

ניתן להשיג ליתיום פלואוריד LiF על ידי התגובה בין חומצה הידרופלואורית HF ליתיום הידרוקסיד LiOH או ליתיום קרבונט Li ₂ CO ₃ .

עם זאת, הוא קיים בכמויות קטנות במינרלים מסוימים כמו לפידוליט ובמי ים.

ליתיום פלואוריד נמצא בכמויות קטנות במי ים. איידב אטוואן. מקור: Wikimedia Commons.

יישומים

ביישומים אופטיים

LiF משמש בצורה של גבישים קומפקטיים בספקטרופוטומטרים אינפרא אדום (IR) בגלל הפיזור המצוין שהם מציגים בטווח אורך הגל שבין 4000 ל 1600 ס"מ ^-1 .

גבישים גדולים של LiF מתקבלים מתמיסות רוויות של מלח זה. זה יכול להחליף קריסטלי פלואוריט טבעיים בסוגים שונים של מכשירים אופטיים.

גבישים גדולים וטהורים משמשים במערכות אופטיות עבור אור אולטרה סגול (UV), אור גלוי ואינפרה-אדום ובמונוכרומטרים רנטגן (0.03-0.38 ננומטר).

גביש גדול של ליתיום פלואוריד LiF, בתוך כוס. V1adis1av. מקור: Wikimedia Commons.

הוא משמש גם כחומר ציפוי אופטי לאזור ה- UV בגלל הפס האופטי הרחב שלו, גדול יותר מזה של פלואורידים מתכתיים אחרים.

השקיפות שלו ב- UV הרחוק (90-200 ננומטר) הופכת אותו לאידיאלי כציפוי מגן על מראות אלומיניום (Al). מראות LiF / Al משמשות במערכות טלסקופ אופטיות ליישומים בחלל.

ציפויים אלה מושגים על ידי תצהיר אדי פיזי ותצהיר שכבות ברמה האטומית.

בגלאי קרינה מייננים או מסוכנים

ליתיום פלואוריד נעשה שימוש נרחב בגלאי תרמומומינצנטית לקרינת חלקיקים של פוטון, נויטרון ו- ß (בטא).

גלאים תרמו-לומיננטיים חוסכים את אנרגיית הקרינה כאשר הם נחשפים אליו. מאוחר יותר, כשהם מחוממים, הם משחררים את האנרגיה המאוחסנת בצורה של אור.

ליישום זה LiF מסומם בדרך כלל עם מגנזיום (מג) וטיטניום (Ti). זיהומים אלה מייצרים רמות אנרגיה מסוימות שמשמשות כחורים בהם נלכדים האלקטרונים המשתחררים על ידי קרינה. כאשר החומר מחומם אז, האלקטרונים הללו חוזרים למצב האנרגיה המקורי שלהם ופולטים אור.

עוצמת האור הנפלטת תלויה ישירות באנרגיה שנספגת על ידי החומר.

גלאי LiF תרמו-לומיננטיים נבדקו בהצלחה למדידת שדות קרינה מורכבים, כמו אלה שנמצאים ב- Collider Hadron Large, או LHC (על שם ראשי התיבות של אנגלית Large Hadron Collider), שנמצא בארגון האירופי למחקר גרעיני, הידוע כמו CERN (על ראשי תיבות של ה- Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire הצרפתי).

קרינות הניסויים שבוצעו במרכז מחקר זה מציגות הדרזונים, נויטרונים ואלקטרונים / פוזיטרונים, בין סוגים אחרים של חלקיקים תת-אטומיים, את כולם ניתן לאתר באמצעות LiF.

כחומר למילוי מחדש של הקתודה של סוללות ליתיום

LiF נבדק בהצלחה בצורה של ננו-קומפוזיטים עם קובלט (Co) וברזל (Fe) כחומרים לייעוד (פרליטציה) של חומר קתודה של סוללת ליתיום-יון.

במהלך מחזור הטעינה הראשון או שלב ההיווצרות של סוללת ליתיום-יון, האלקטרוליט האורגני מתפרק ליצירת שלב מוצק על פני האנודה.

תהליך זה צורך ליתיום מהקתודה ומפחית אנרגיה ב- 5 עד 20% מהקיבולת הכוללת של סוללת הליתיום-יון.

מסיבה זו נבדק ההתחלשות האלקטרוכימית של הקתודה, המייצרת מיצוי אלקטרו-כימי של ליתיום מהנונו-קומפוזיט המשמש כתורם ליתיום ובכך נמנעת צריכת ליתיום מהקתודה.

ל- LiF / Co ולנו-קומפוזיטים של LiF / Fe יש יכולת גבוהה לתרום ליתיום לקתודה, בהיותם קלים לסינתזה, יציבים בתנאי סביבה ועיבוד סוללות.

סוללת ליתיום יון. מחבר: מר ち ゅ ら さ ​​ん. יום הצילום Lithium_Battery *, אוגוסט 2005 * איש הצילום Aney. מקור: Wikimedia Commons.

בשימושים שונים

ליתיום פלואוריד משמש כשטף ריתוך, בעיקר אלומיניום, ובציפויים לריתוך מוטות. הוא משמש גם בתאים להפחתת אלומיניום.

הוא נמצא בשימוש נרחב בייצור משקפיים (כמו עדשות) שבהם מקדם ההתרחבות פוחת. הוא משמש גם בייצור קרמיקה. בנוסף, הוא משמש בייצור אמיילים ולכות זגוגיות.

LiF הוא מרכיב של דלקים וטילים לסוגים מסוימים של כורים.

LiF משמש גם בדיודות פולטות אור או ברכיבים פוטו-וולטאיים, להזרקת אלקטרונים בשכבות פנימיות.

הפניות

1. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
2. הספרייה הלאומית לרפואה בארה"ב. (2019). ליתיום פלואוריד. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Obryk, B. et al. (2008). התגובה של סוגים שונים של גלאי ליתיום פלואוריד TL לשדות קרינה מעורבים באנרגיה גבוהה. מדידות קרינה 43 (2008) 1144-1148. התאושש מ- sciencedirect.com.
4. סאן, י 'ואח'. (2016). סינתזה כימית במצב של ליתיום פלואוריד / מתכת ננו-קומפוזיט לייצור קיבולת גבוהה של קתודות. מכתבי ננו 2016, 16, 2, 1497-1501. התאושש מ- pubs.acs.org.
5. Hennessy, J. and Nikzad, S. (2018). הצבת שכבה אטומית של ציפוי אופטי ליתיום פלואוריד לאולטרה סגול. אורגניזציה 2018, 6, 46. התאושש מ- mdpi.com.