Struttura, proprietà, ottenimento, usi del fluoruro di litio

Il fluoruro di litio è un solido inorganico la cui formula chimica è LiF. È costituito da ioni di litio⁺ e F^- che sono collegati tramite un legame ionico. Si trova in piccole quantità in vari minerali, soprattutto silicati come la lepidolite, nell'acqua di mare e in molti pozzi minerali.

È stato ampiamente utilizzato nei dispositivi ottici grazie alla sua trasparenza in un'ampia gamma di lunghezze d'onda, dallo spettro infrarosso (IR) all'ultravioletto UV, passando per il visibile.

È stato anche utilizzato nei dispositivi per rilevare le radiazioni pericolose nei lavori in cui le persone sono esposte ad esse per un breve periodo. Inoltre, viene utilizzato come materiale per fondere l'alluminio o per realizzare occhiali per lenti o occhiali e nella produzione di ceramiche..

Serve come materiale di rivestimento per i componenti delle batterie agli ioni di litio e per prevenire la perdita iniziale di carica dalle batterie.

Indice articolo

• 1 Struttura
• 2 Nomenclatura
• 3 Proprietà
  • 3.1 Stato fisico
  • 3.2 Peso molecolare
  • 3.3 Punto di fusione
  • 3.4 Punto di ebollizione
  • 3.5 Densità
  • 3.6 Indice di rifrazione
  • 3.7 Solubilità
  • 3.8 Altre proprietà
• 4 Raccolta e ubicazione
• 5 Usi
  • 5.1 Nelle applicazioni ottiche
  • 5.2 In rilevatori di radiazioni ionizzanti o pericolose
  • 5.3 Come materiale per preliterare il catodo delle batterie al litio
  • 5.4 In vari usi
• 6 Riferimenti

Struttura

Il fluoruro di litio è un composto ionico, cioè formato dall'unione del catione Li⁺ e l'anione F^-. La forza che li tiene insieme è elettrostatica ed è chiamata legame ionico..

Quando il litio si combina, cede un elettrone al fluoro, lasciandoli entrambi in una forma più stabile di quella iniziale, come spiegato di seguito.

L'elemento litio ha la seguente configurazione elettronica: [He] 1s^Due 2s¹ e quando si trasferisce un elettrone la struttura elettronica si presenta così: [He] 1s^Due che è molto più stabile.

L'elemento fluoro la cui configurazione elettronica è: [Ne] 1s^Due 2s^Due 2 P⁵, quando accetta l'elettrone rimane della forma [Ne] 1s^Due 2s^Due 2 P⁶, più stabile.

Nomenclatura

- Fluoruro di litio

- Fluorolitio

- Monofluoruro di litio

Proprietà

Stato fisico

Solido bianco, che cristallizza in struttura cubica, come il cloruro di sodio NaCl.

Peso molecolare

26 g / mol

Punto di fusione

848,2 ºC

Punto di ebollizione

1673 ºC, sebbene volatilizzi a 1100-1200 ºC

Densità

2.640 g / cm³

Indice di rifrazione

1.3915

Solubilità

Leggermente solubile in acqua: 0,27 g / 100 g di acqua a 18 ºC; 0,134 g / 100 ga 25 ° C. Solubile in mezzo acido. Insolubile in alcool.

Altre proprietà

I suoi vapori presentano specie dimeriche (LiF)_Due e trimerico (LiF)₃. Con acido fluoridrico HF forma bifluoruro di litio LiHF_Due; con idrossido di litio forma un doppio sale LiF LiOH.

Raccolta e posizione

Il fluoruro di litio LiF può essere ottenuto dalla reazione tra acido fluoridrico HF e idrossido di litio LiOH o carbonato di litio Li_DueCO₃.

Tuttavia, è presente in piccole quantità in alcuni minerali come la lepidolite e nell'acqua di mare..

Applicazioni

Nelle applicazioni ottiche

LiF viene utilizzato sotto forma di cristalli compatti negli spettrofotometri a infrarossi (IR) per l'ottima dispersione che presentano nell'intervallo di lunghezze d'onda compreso tra 4000 e 1600 cm^-1.

Grandi cristalli di LiF sono ottenuti da soluzioni sature di questo sale. Può sostituire i cristalli di fluorite naturale in vari tipi di apparati ottici.

Cristalli grandi e puri sono usati nei sistemi ottici per luce ultravioletta (UV), visibile e IR e nei monocromatori a raggi X (0,03-0,38 nm).

Viene anche utilizzato come materiale di rivestimento ottico per la regione UV grazie alla sua ampia banda ottica, maggiore di quella di altri fluoruri metallici..

La sua trasparenza nel lontano UV (90-200 nm) lo rende ideale come rivestimento protettivo su specchi in alluminio (Al). Gli specchi LiF / Al sono utilizzati nei sistemi di telescopi ottici per applicazioni nello spazio.

Questi rivestimenti sono ottenuti mediante deposizione fisica di vapore e deposizione di strati a livello atomico..

In rilevatori di radiazioni ionizzanti o pericolose

Il fluoruro di litio è stato ampiamente utilizzato nei rivelatori termoluminescenti per la radiazione di fotone, neutroni e particelle β (beta)..

I rivelatori termoluminescenti risparmiano l'energia della radiazione quando sono esposti ad essa. Successivamente, quando vengono riscaldati, rilasciano l'energia immagazzinata sotto forma di luce..

Per questa applicazione il LiF è generalmente drogato con impurità di magnesio (Mg) e titanio (Ti). Queste impurità generano determinati livelli di energia che agiscono come buchi in cui vengono intrappolati gli elettroni rilasciati dalle radiazioni. Quando il materiale viene quindi riscaldato, questi elettroni tornano al loro stato energetico originale, emettendo luce.

L'intensità della luce emessa dipende direttamente dall'energia assorbita dal materiale.

I rivelatori LiF termoluminescenti sono stati testati con successo per misurare campi di radiazione complessi, come quelli presenti nel Large Hadron Collider o LHC. Large Hadron Collider), con sede presso l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, nota come CERN (per il suo acronimo dal francese Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire).

La radiazione negli esperimenti condotti in questo centro di ricerca presenta adroni, neutroni ed elettroni / positroni, tra gli altri tipi di particelle subatomiche, tutti rilevabili con LiF.

Come materiale per preliterare il catodo delle batterie al litio

LiF è stato testato con successo sotto forma di nanocompositi con cobalto (Co) e ferro (Fe) come materiali per la preliziazione. prelitiazione) del materiale catodico delle batterie agli ioni di litio.

Durante il primo ciclo di carica o stadio di formazione di una batteria agli ioni di litio, l'elettrolita organico si decompone per formare una fase solida sulla superficie dell'anodo..

Questo processo consuma litio dal catodo e riduce l'energia dal 5 al 20% della capacità totale della batteria agli ioni di litio..

Per questo motivo è stata studiata la preliziazione elettrochimica del catodo, che genera un'estrazione elettrochimica di litio dal nanocomposito, che funge da donatore di litio, evitando così il consumo di litio dal catodo.

I nanocompositi LiF / Co e LiF / Fe hanno un'elevata capacità di donare litio al catodo, essendo facili da sintetizzare, stabili in condizioni ambientali e durante l'elaborazione della batteria.

In vari usi

Il fluoruro di litio viene utilizzato come flusso di saldatura, in particolare l'alluminio, e nei rivestimenti per bacchette per saldatura. Utilizzato anche nelle celle di riduzione in alluminio.

È ampiamente utilizzato nella produzione di occhiali (come lenti) in cui il coefficiente di espansione diminuisce. Viene anche utilizzato nella produzione di ceramiche. Inoltre, è utilizzato nella produzione di smalti e vernici vetrose..

LiF è un componente dei combustibili per missili e dei combustibili per alcuni tipi di reattori..

LiF viene utilizzato anche in diodi emettitori di luce o componenti fotovoltaici, per l'iniezione di elettroni negli strati interni.

Riferimenti

1. Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Chimica inorganica avanzata. Quarta edizione. John Wiley & Sons.
2. NOI. Biblioteca nazionale di medicina. (2019). Fluoruro di litio. Estratto da: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Obryk, B. et al. (2008). La risposta di diversi tipi di rilevatori di fluoruro di litio TL a campi di radiazioni miste ad alta energia. Radiation Measurements 43 (2008) 1144-1148. Recupero da sciencedirect.com.
4. Sun, Y. et al. (2016). Sintesi chimica in situ di fluoruro di litio / nanocomposito metallico per la prelitizzazione dei catodi ad alta capacità. Nano Letters 2016, 16, 2, 1497-1501. Recuperato da pubs.acs.org.
5. Hennessy, J. e Nikzad, S. (2018). Deposizione su strato atomico di rivestimenti ottici al fluoruro di litio per gli ultravioletti. Inorganics 2018, 6, 46. Recuperato da mdpi.com.