- Structuur
- Nomenclatuur
- Eigendommen
- Fysieke toestand
- Molecuulgewicht
- Smeltpunt
- Kookpunt
- Dichtheid
- Brekingsindex
- Oplosbaarheid
- Andere eigenschappen
- Verzameling en locatie
- Toepassingen
- In optische toepassingen
- In ioniserende of gevaarlijke stralingsdetectoren
- Als materiaal voor kathode-preliteratie van lithiumbatterijen
- In verschillende toepassingen
- Referenties
Het lithiumfluoride is een anorganische vaste stof met de chemische formule LiF. Het bestaat uit Li + en F - ionen, die zijn verbonden via een ionische binding. Het wordt in kleine hoeveelheden aangetroffen in verschillende mineralen, vooral silicaten zoals lepidoliet, in zeewater en in veel minerale bronnen.
Het wordt veel gebruikt in optische apparaten vanwege de transparantie in een breed scala aan golflengten, van het infrarood (IR) spectrum tot het ultraviolette UV, dat door het zichtbare gaat.
Lepidoliet, een mineraal dat kleine hoeveelheden lithiumfluoride LiF bevat. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0. Bron: Wikimedia Commons.
Het is ook gebruikt in apparaten om gevaarlijke straling te detecteren in banen waar mensen er korte tijd aan worden blootgesteld. Bovendien wordt het gebruikt als materiaal om aluminium te smelten of om brillen voor lenzen of brillen te maken en bij de vervaardiging van keramiek.
Het dient als coatingmateriaal voor componenten van lithiumionbatterijen en om aanvankelijk ladingsverlies te voorkomen.
Structuur
Lithiumfluoride is een ionische verbinding, dat wil zeggen gevormd door de vereniging van het Li + -kation en het F - anion . De kracht die ze bij elkaar houdt is elektrostatisch en wordt de ionische binding genoemd.
Wanneer lithium combineert, geeft het een elektron af aan fluor, waardoor beide in een stabielere vorm achterblijven dan de oorspronkelijke, zoals hieronder wordt uitgelegd.
Het element lithium heeft de volgende elektronische configuratie: 1s 2 2s 1 en bij het geven van een elektron is de elektronische structuur als volgt: 1s 2 wat veel stabieler is.
Het element fluor waarvan de elektronische configuratie is: 1s 2 2s 2 2p 5 , bij acceptatie van het elektron, blijft het van de vorm 1s 2 2s 2 2p 6 , stabieler.
Nomenclatuur
- Lithiumfluoride
- Fluorolithium
- Lithiummonofluoride
Eigendommen
Fysieke toestand
Witte vaste stof, die kristalliseert in kubische structuur, zoals natriumchloride NaCl.
Kubieke structuur van LiF-lithiumfluoridekristallen. Benjah-bmm27. Bron: Wikimedia Commons.
Molecuulgewicht
26 g / mol
Smeltpunt
848,2 ºC
Kookpunt
1673 ºC, hoewel het vluchtig wordt bij 1100-1200 ºC
Dichtheid
2,640 g / cm 3
Brekingsindex
1.3915
Oplosbaarheid
Enigszins oplosbaar in water: 0,27 g / 100 g water van 18 ºC; 0,134 g / 100 g bij 25 ° C. Oplosbaar in zuur medium. Onoplosbaar in alcohol.
Andere eigenschappen
De dampen bevatten dimere (LiF) 2 en trimere (LiF) 3 soorten . Met fluorwaterstofzuur vormt HF lithiumbifluoride LiHF 2 ; met lithiumhydroxide vormt het een LiF.LiOH-dubbelzout.
Verzameling en locatie
Lithiumfluoride LiF kan worden verkregen door de reactie tussen fluorwaterstofzuur HF en lithiumhydroxide LiOH of lithiumcarbonaat Li 2 CO 3 .
Het is echter in kleine hoeveelheden aanwezig in bepaalde mineralen zoals lepidoliet en in zeewater.
Lithiumfluoride wordt in kleine hoeveelheden in zeewater aangetroffen. Adeeb Atwan. Bron: Wikimedia Commons.
Toepassingen
In optische toepassingen
LiF wordt gebruikt in de vorm van compacte kristallen in infrarood (IR) spectrofotometers vanwege hun uitstekende spreiding in het golflengtebereik tussen 4000 en 1600 cm- 1 .
Grote kristallen van LiF worden verkregen uit verzadigde oplossingen van dit zout. Het kan natuurlijke fluorietkristallen in verschillende soorten optische apparaten vervangen.
Grote, zuivere kristallen worden gebruikt in optische systemen voor ultraviolet (UV), zichtbaar en IR-licht en in röntgenmonochromatoren (0,03-0,38 nm).
Groot kristal van lithiumfluoride LiF, in een beker. V1adis1av. Bron: Wikimedia Commons.
Het wordt ook gebruikt als een optisch coatingmateriaal voor het UV-gebied vanwege zijn brede optische band, groter dan die van andere metaalfluoriden.
De transparantie in het verre UV (90-200 nm) maakt het ideaal als beschermende coating op aluminium (Al) spiegels. LiF / Al-spiegels worden gebruikt in optische telescoopsystemen voor toepassingen in de ruimte.
Deze coatings worden bereikt door fysische dampafzetting en laagafzetting op atomair niveau.
In ioniserende of gevaarlijke stralingsdetectoren
Lithiumfluoride wordt veel gebruikt in thermoluminescente detectoren voor straling van fotonen, neutronen en β (bèta) deeltjes.
Thermoluminescente detectoren besparen de energie van straling wanneer ze eraan worden blootgesteld. Later, wanneer ze worden verwarmd, geven ze de opgeslagen energie vrij in de vorm van licht.
Voor deze toepassing wordt het LiF in het algemeen gedoteerd met magnesium (Mg) en titanium (Ti) onzuiverheden. Deze onzuiverheden genereren bepaalde energieniveaus die als gaten werken waar de elektronen die door straling vrijkomen, worden opgesloten. Wanneer het materiaal vervolgens wordt verwarmd, keren deze elektronen terug naar hun oorspronkelijke energietoestand en stralen ze licht uit.
De intensiteit van het uitgestraalde licht is rechtstreeks afhankelijk van de energie die door het materiaal wordt geabsorbeerd.
Thermoluminescente LiF-detectoren zijn met succes getest om complexe stralingsvelden te meten, zoals die aanwezig in de Large Hadron Collider, of LHC (voor het acroniem van English Large Hadron Collider), gevestigd in de European Organization for Nuclear Research, bekend als CERN (voor het acroniem van de Franse Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire).
De stralingen in de experimenten die in dit onderzoekscentrum worden uitgevoerd, bevatten hadronen, neutronen en elektronen / positronen, naast andere soorten subatomaire deeltjes, die allemaal kunnen worden gedetecteerd met LiF.
Als materiaal voor kathode-preliteratie van lithiumbatterijen
LiF is met succes getest in de vorm van nanocomposieten met kobalt (Co) en ijzer (Fe) als materialen voor prelithiatie (prelithiatie) van lithiumionbatterijkathodemateriaal.
Tijdens de eerste laadcyclus of vormingsfase van een lithiumionbatterij, ontleedt de organische elektrolyt om een vaste fase te vormen op het oppervlak van de anode.
Dit proces verbruikt lithium uit de kathode en vermindert de energie met 5 tot 20% van de totale capaciteit van de lithiumionbatterij.
Om deze reden is de elektrochemische voorbelichting van de kathode onderzocht, die een elektrochemische extractie van lithium genereert uit het nanocomposiet, dat als lithiumdonor fungeert, waardoor het verbruik van lithium uit de kathode wordt vermeden.
LiF / Co- en LiF / Fe-nanocomposieten hebben een hoge capaciteit om lithium aan de kathode af te geven, zijn gemakkelijk te synthetiseren, stabiel onder omgevingsomstandigheden en batterijverwerking.
Lithium ion batterij. Auteur: Mr. ち ゅ ら さ ん. Lithium_Battery * fotografiedag, augustus 2005 * fotograaf Aney. Bron: Wikimedia Commons.
In verschillende toepassingen
Lithiumfluoride wordt gebruikt als lasvloeimiddel, vooral aluminium, en in coatings voor lasstaven. Het wordt ook gebruikt in aluminium reductiecellen.
Het wordt veel gebruikt bij de vervaardiging van brillen (zoals lenzen) waarbij de uitzettingscoëfficiënt afneemt. Het wordt ook gebruikt bij de vervaardiging van keramiek. Bovendien wordt het gebruikt bij de vervaardiging van email en glasachtige vernissen.
LiF is een onderdeel van raketbrandstoffen en brandstoffen voor bepaalde typen reactoren.
LiF wordt ook gebruikt in lichtemitterende diodes of fotovoltaïsche componenten voor de injectie van elektronen in interne lagen.
Referenties
- Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
- Amerikaanse National Library of Medicine. (2019). Lithiumfluoride. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
- Obryk, B. et al. (2008). De reactie van verschillende typen TL-lithiumfluoridedetectoren op hoogenergetische gemengde stralingsvelden. Stralingsmetingen 43 (2008) 1144-1148. Opgehaald van sciencedirect.com.
- Sun, Y. et al. (2016). In situ chemische synthese van lithiumfluoride / metaalnanocomposiet voor prelithiatie met hoge capaciteit van kathoden. Nano Letters 2016, 16, 2, 1497-1501. Opgehaald van pubs.acs.org.
- Hennessy, J. en Nikzad, S. (2018). Atoomlaagafzetting van lithiumfluoride optische coatings voor het ultraviolet. Inorganics 2018, 6, 46. Hersteld van mdpi.com.