فلوريد الليثيوم: الهيكل ، الخصائص ، الحصول ، الاستخدامات - كيمياء - 2025

و فلوريد الليثيوم هو الصلبة غير العضوية مع الصيغة الكيميائية الليثيوم. وهي مكونة من لي ⁺ وF ^- أيونات، التي ترتبط من خلال رابطة أيونية. يوجد بكميات قليلة في معادن مختلفة ، وخاصة السيليكات مثل الليبيدوليت ، في مياه البحر وفي العديد من الآبار المعدنية.

لقد تم استخدامه على نطاق واسع في الأجهزة البصرية نظرًا لشفافيته في نطاق واسع من الأطوال الموجية ، من طيف الأشعة تحت الحمراء (IR) إلى الأشعة فوق البنفسجية فوق البنفسجية ، مروراً بالمرئي.

Lepidolite ، معدن يحتوي على كميات صغيرة من فلوريد الليثيوم LiF. روب لافينسكي ، iRocks.com - CC-BY-SA-3.0. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

كما تم استخدامه في الأجهزة للكشف عن الإشعاع الخطير في الوظائف حيث يتعرض الناس لها لفترة قصيرة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه كمواد لصهر الألومنيوم أو لصنع زجاج للعدسات أو النظارات وفي صناعة السيراميك.

إنه بمثابة مادة لتغليف مكونات بطاريات الليثيوم أيون ولمنع الفقد الأولي لشحنها.

بناء

فلوريد الليثيوم مركب أيوني يتكون من اتحاد Li ⁺ الكاتيون و F ^- الأنيون. القوة التي تربطهما معًا هي كهرباء وتسمى الرابطة الأيونية.

عندما يتحد الليثيوم ، فإنه يعطي إلكترونًا للفلور ، تاركًا كليهما في شكل أكثر استقرارًا من الشكل الأولي ، كما هو موضح أدناه.

يحتوي عنصر الليثيوم على التكوين الإلكتروني التالي: 1s ² 2s ¹ وعندما يتم نقل الإلكترون ، يبدو الهيكل الإلكتروني كما يلي: 1s ² وهو أكثر استقرارًا.

عنصر الفلور الذي يكون تكوينه الإلكتروني: 1s ² 2s ² 2p ⁵ ، عند قبول الإلكترون ، فإنه يبقى بالشكل 1s ² 2s ² 2p ⁶ ، أكثر استقرارًا.

التسمية

- فلوريد الليثيوم

- الفلوروليثيوم

- أحادي فلوريد الليثيوم

الخصائص

الحالة الفيزيائية

مادة صلبة بيضاء تتبلور في هيكل مكعب ، مثل كلوريد الصوديوم كلوريد الصوديوم.

هيكل مكعب من بلورات فلوريد الليثيوم LiF. بنجه- bmm27. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

الوزن الجزيئي الغرامي

26 جم / مول

نقطة الانصهار

848.2 درجة مئوية

نقطة الغليان

1673 درجة مئوية ، على الرغم من أنها تتطاير عند 1100-1200 درجة مئوية

كثافة

2640 جم / سم ³

معامل الانكسار

1.3915

الذوبان

قليل الذوبان في الماء: 0.27 غ / 100 غ من الماء عند 18 درجة مئوية ؛ 0.134 جم / 100 جم عند 25 درجة مئوية. قابل للذوبان في الوسط الحمضي. غير قابل للذوبان في الكحول.

خصائص أخرى

أبخرةها موجودة (LiF) ₂ وثلاثي (LiF) ₃ أنواع. مع حامض الهيدروفلوريك HF يشكل ثنائي فلوريد الليثيوم LiHF ₂ ؛ مع هيدروكسيد الليثيوم يشكل ملح مزدوج LiF.LiOH.

الجمع والموقع

يمكن الحصول على فلوريد الليثيوم LiF من خلال التفاعل بين حمض الهيدروفلوريك HF وهيدروكسيد الليثيوم LiOH أو كربونات الليثيوم Li ₂ CO ₃.

ومع ذلك ، فهو موجود بكميات صغيرة في بعض المعادن مثل lepidolite ومياه البحر.

يوجد فلوريد الليثيوم بكميات صغيرة في مياه البحر. أديب عطوان. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

التطبيقات

في التطبيقات البصرية

يتم استخدام LiF في شكل بلورات مضغوطة في مقاييس الطيف الضوئي بالأشعة تحت الحمراء (IR) نظرًا للتشتت الممتاز الذي تقدمه في نطاق الطول الموجي بين 4000 و 1600 سم ^-1.

يتم الحصول على بلورات كبيرة من LiF من المحاليل المشبعة لهذا الملح. يمكن أن تحل محل بلورات الفلوريت الطبيعية في أنواع مختلفة من الأجهزة البصرية.

تُستخدم البلورات الكبيرة النقية في الأنظمة البصرية للأشعة فوق البنفسجية (UV) والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء وفي أحادي اللون للأشعة السينية (0.03-0.38 نانومتر).

بلورة كبيرة من فلوريد الليثيوم LiF ، داخل دورق. V1adis1av. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

كما أنها تستخدم كمواد طلاء بصرية لمنطقة الأشعة فوق البنفسجية نظرًا لنطاقها البصري الواسع ، أكبر من نطاق فلوريد المعادن الأخرى.

شفافيتها في الأشعة فوق البنفسجية البعيدة (90-200 نانومتر) تجعلها مثالية كطبقة واقية على مرايا الألومنيوم (Al). تستخدم مرايا LiF / Al في أنظمة التلسكوب البصري للتطبيقات في الفضاء.

يتم تحقيق هذه الطلاءات عن طريق ترسيب البخار الفيزيائي وترسب الطبقة على المستوى الذري.

في كاشفات الإشعاع المؤينة أو الخطرة

يستخدم فلوريد الليثيوم على نطاق واسع في أجهزة الكشف عن اللمعان الحراري لإشعاع جسيمات الفوتون والنيوترون وبيتا (بيتا).

توفر أجهزة الكشف عن اللمعان الحراري طاقة الإشعاع عند تعرضها لها. في وقت لاحق ، عندما يتم تسخينها ، فإنها تطلق الطاقة المخزنة في شكل ضوء.

بالنسبة لهذا التطبيق ، يتم تخدير LiF بشكل عام بشوائب المغنيسيوم (Mg) والتيتانيوم (Ti). تولد هذه الشوائب مستويات طاقة معينة تعمل كثقوب حيث يتم احتجاز الإلكترونات المنبعثة من الإشعاع. عندما يتم تسخين المادة بعد ذلك ، تعود هذه الإلكترونات إلى حالتها الأصلية من الطاقة ، وتنبعث منها الضوء.

تعتمد شدة الضوء المنبعث بشكل مباشر على الطاقة التي تمتصها المادة.

تم اختبار كاشفات LiF اللامعة الحرارية بنجاح لقياس مجالات الإشعاع المعقدة ، مثل تلك الموجودة في مصادم الهادرون الكبير ، أو LHC (لاختصاره المصادم الإنجليزي الكبير مصادم الهادرون) ، الموجود في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية ، المعروفة مثل CERN (لاختصارها من Conseil Européen French pour la Recherche Nucléaire).

تقدم الإشعاعات في التجارب التي أجريت في مركز الأبحاث هذا الهادرونات والنيوترونات والإلكترونات / البوزيترونات ، من بين أنواع أخرى من الجسيمات دون الذرية ، والتي يمكن اكتشافها جميعًا باستخدام LiF.

كمواد لتثبيتها مسبقًا كاثود بطاريات الليثيوم

تم اختبار LiF بنجاح في شكل مركبات نانوية مع الكوبالت (Co) والحديد (Fe) كمواد للإثارة المسبقة (prelithiation) لمواد كاثود بطارية ليثيوم أيون.

خلال دورة الشحن الأولى أو مرحلة تكوين بطارية أيون الليثيوم ، يتحلل المنحل بالكهرباء العضوي ليشكل مرحلة صلبة على سطح الأنود.

تستهلك هذه العملية الليثيوم من الكاثود وتقلل الطاقة بنسبة 5 إلى 20٪ من السعة الإجمالية لبطارية الليثيوم أيون.

لهذا السبب ، تم التحقيق في التأهب الكهروكيميائي للكاثود ، والذي ينتج عنه استخراج كهروكيميائي من الليثيوم من المركب النانوي ، والذي يعمل كمانح لليثيوم ، وبالتالي تجنب استهلاك الليثيوم من الكاثود.

تتمتع المركبات النانوية LiF / Co و LiF / Fe بقدرة عالية على التبرع بالليثيوم للكاثود ، فهي سهلة التركيب ومستقرة في الظروف البيئية ومعالجة البطارية.

بطارية ليثيوم أيون. المؤلف: السيد ち ゅ ら さ ​​ん. بطارية Lithium_Battery * يوم التصوير أغسطس 2005 * تصوير المصور أني. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

في استخدامات مختلفة

يستخدم فلوريد الليثيوم كتدفق لحام ، وخاصة الألومنيوم ، وفي طلاءات قضبان اللحام. كما أنها تستخدم في خلايا اختزال الألمنيوم.

يستخدم على نطاق واسع في صناعة النظارات (مثل العدسات) التي ينخفض ​​فيها معامل التمدد. كما أنها تستخدم في صناعة السيراميك. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في صناعة المينا والورنيش الزجاجي.

LiF هو أحد مكونات وقود الصواريخ ووقودها لأنواع معينة من المفاعلات.

يستخدم LiF أيضًا في الثنائيات الباعثة للضوء أو المكونات الكهروضوئية ، لحقن الإلكترونات في الطبقات الداخلية.

المراجع

1. قطن ، ف.ألبرت وويلكينسون ، جيفري. (1980). كيمياء غير عضوية متقدمة. طبعة رابعة. جون وايلي وأولاده.
2. المكتبة الوطنية الأمريكية للطب. (2019). فلوريد الليثيوم. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Obryk ، B. وآخرون. (2008). استجابة أنواع مختلفة من أجهزة الكشف عن فلوريد الليثيوم الليثيوم في مجالات الإشعاع المختلط عالية الطاقة قياسات الإشعاع 43 (2008) 1144-1148. تعافى من sciencedirect.com.
4. صن ، واي وآخرون. (2016). في التوليف الكيميائي الموقعي لفلوريد الليثيوم / مركب نانوي معدني من أجل قدرة عالية على التحمل المسبق للكاثودات. رسائل نانو 2016 ، 16 ، 2 ، 1497-1501. تعافى من pubs.acs.org.
5. هينيسي ، ج. ونيكزاد ، س. (2018). ترسيب الطبقة الذرية للطلاءات الضوئية لفلوريد الليثيوم للأشعة فوق البنفسجية. المواد غير العضوية 2018 ، 6 ، 46. تعافى من mdpi.com.