FLUORETO DE LÍTIO: ESTRUTURA, PROPRIEDADES, OBTENÇÃO, USOS - QUÍMICA - 2024

O fluoreto de lítio é um sólido inorgânico com a fórmula química LiF. É composto de íons Li ⁺ e F ^-, que estão ligados por uma ligação iônica. É encontrado em pequenas quantidades em vários minerais, especialmente silicatos como a lepidolita, na água do mar e em muitos poços minerais.

Tem sido amplamente utilizado em dispositivos ópticos devido à sua transparência em uma ampla faixa de comprimentos de onda, desde o espectro infravermelho (IV) até o ultravioleta UV, passando pelo visível.

Lepidolita, um mineral que contém pequenas quantidades de fluoreto de lítio LiF. Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0. Fonte: Wikimedia Commons.

Também tem sido usado em dispositivos para detectar radiação perigosa em trabalhos onde as pessoas ficam expostas a ela por um curto período de tempo. Além disso, é utilizado como material para fundir alumínio ou para fazer vidros para lentes ou óculos e na fabricação de cerâmica.

Serve como material para revestir os componentes das baterias de íon de lítio e evitar a perda inicial de carga das mesmas.

Estrutura

O fluoreto de lítio é um composto iônico, ou seja, formado pela união do cátion Li ⁺ e do ânion F ^-. A força que os mantém unidos é eletrostática e é chamada de ligação iônica.

Quando o lítio se combina, ele cede um elétron ao flúor, deixando ambos em uma forma mais estável do que a inicial, como explicado a seguir.

O elemento lítio tem a seguinte configuração eletrônica: 1s ² 2s ¹ e quando um elétron é transferido, a estrutura eletrônica fica assim: 1s ² que é muito mais estável.

O elemento flúor cuja configuração eletrônica é: 1s ² 2s ² 2p ⁵, ao aceitar o elétron, fica da forma 1s ² 2s ² 2p ⁶, mais estável.

Nomenclatura

- fluoreto de lítio

- Fluorolítio

- Monofluoreto de lítio

Propriedades

Estado físico

Sólido branco, que cristaliza em estrutura cúbica, como cloreto de sódio NaCl.

Estrutura cúbica dos cristais de fluoreto de lítio LiF. Benjah-bmm27. Fonte: Wikimedia Commons.

Peso molecular

26 g / mol

Ponto de fusão

848,2 ºC

Ponto de ebulição

1673 ºC, embora volatilize a 1100-1200 ºC

Densidade

2.640 g / cm ³

Índice de refração

1,3915

Solubilidade

Ligeiramente solúvel em água: 0,27 g / 100 g de água a 18 ºC; 0,134 g / 100 g a 25 ° C Solúvel em meio ácido. Insolúvel em álcool.

Outras propriedades

Seus vapores apresentam espécies diméricas (LiF) ₂ e triméricas (LiF) ₃. Com o ácido fluorídrico, o HF forma o bifluoreto de lítio LiHF ₂; com o hidróxido de lítio forma um sal duplo LiF.LiOH.

Coleta e localização

O fluoreto de lítio LiF pode ser obtido pela reação entre o ácido fluorídrico HF e o hidróxido de lítio LiOH ou carbonato de lítio Li ₂ CO ₃.

No entanto, está presente em pequenas quantidades em certos minerais como a lepidolita e na água do mar.

O fluoreto de lítio é encontrado em pequenas quantidades na água do mar. Adeeb Atwan. Fonte: Wikimedia Commons.

Formulários

Em aplicações ópticas

LiF é utilizado na forma de cristais compactos em espectrofotômetros de infravermelho (IR) devido à sua excelente dispersão na faixa de comprimento de onda entre 4000 e 1600 cm ^-1.

Grandes cristais de LiF são obtidos a partir de soluções saturadas deste sal. Ele pode substituir os cristais naturais de fluorita em vários tipos de dispositivos ópticos.

Cristais grandes e puros são usados ​​em sistemas ópticos para luz ultravioleta (UV), visível e infravermelha e em monocromadores de raios-X (0,03-0,38 nm).

Grande cristal de fluoreto de lítio LiF, dentro de um copo. V1adis1av. Fonte: Wikimedia Commons.

Também é utilizado como material de revestimento óptico para a região do UV devido à sua ampla banda óptica, maior que a de outros fluoretos metálicos.

Sua transparência na radiação ultravioleta (90-200 nm) o torna ideal como uma camada protetora em espelhos de alumínio (Al). Os espelhos LiF / Al são usados ​​em sistemas de telescópio óptico para aplicações no espaço.

Esses revestimentos são obtidos por deposição física de vapor e deposição de camada em nível atômico.

Em detectores de radiação ionizante ou perigosa

O fluoreto de lítio tem sido amplamente utilizado em detectores termoluminescentes para radiação de fótons, nêutrons e partículas β (beta).

Os detectores termoluminescentes economizam a energia da radiação quando são expostos a ela. Mais tarde, quando são aquecidos, eles liberam a energia armazenada na forma de luz.

Para esta aplicação, o LiF é geralmente dopado com impurezas de magnésio (Mg) e titânio (Ti). Essas impurezas geram certos níveis de energia que atuam como buracos onde os elétrons liberados pela radiação são aprisionados. Quando o material é aquecido, esses elétrons voltam ao seu estado de energia original, emitindo luz.

A intensidade da luz emitida depende diretamente da energia absorvida pelo material.

Os detectores termoluminescentes LiF foram testados com sucesso para medir campos complexos de radiação, como os presentes no Large Hadron Collider, ou LHC (por sua sigla em Inglês Large Hadron Collider), localizado na Organização Europeia para Pesquisa Nuclear, conhecida como CERN (por sua sigla em francês Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire).

As radiações nos experimentos realizados neste centro de pesquisas apresentam hádrons, nêutrons e elétrons / pósitrons, entre outros tipos de partículas subatômicas, todos eles detectáveis ​​com LiF.

Como um material para pré-escrever o cátodo das baterias de lítio

LiF foi testado com sucesso na forma de nanocompósitos com cobalto (Co) e ferro (Fe) como materiais para pré-litiação (pré-litiação) de material de cátodo de bateria de íon de lítio.

Durante o primeiro ciclo de carga ou estágio de formação de uma bateria de íon de lítio, o eletrólito orgânico se decompõe para formar uma fase sólida na superfície do ânodo.

Este processo consome lítio do cátodo e reduz a energia em 5 a 20% da capacidade total da bateria de íon de lítio.

Por esse motivo, foi investigada a pré-iniciação eletroquímica do cátodo, que gera uma extração eletroquímica de lítio do nanocompósito, que atua como doador de lítio, evitando o consumo do lítio do cátodo.

Os nanocompósitos LiF / Co e LiF / Fe possuem alta capacidade de doar lítio ao cátodo, sendo fáceis de sintetizar, estáveis ​​em condições ambientais e de processamento em bateria.

Bateria de íon de lítio. Autor: Sr. ち ゅ ら さ ​​ん. Lithium_Battery * dia da fotografia, agosto de 2005 * fotógrafo Aney. Fonte: Wikimedia Commons.

Em vários usos

O fluoreto de lítio é usado como um fluxo de soldagem, especialmente alumínio, e em revestimentos para hastes de soldagem. Também é usado em células de redução de alumínio.

É amplamente utilizado na fabricação de vidros (como lentes) em que o coeficiente de expansão diminui. Também é utilizado na fabricação de cerâmicas. Além disso, é utilizado na fabricação de esmaltes e vernizes vítreos.

LiF é um componente de combustíveis para foguetes e combustíveis para certos tipos de reatores.

LiF também é usado em diodos emissores de luz ou componentes fotovoltaicos, para a injeção de elétrons em camadas internas.

Referências

1. Cotton, F. Albert e Wilkinson, Geoffrey. (1980). Química Inorgânica Avançada. Quarta edição. John Wiley & Sons.
2. Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA. (2019). Fluoreto de lítio. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
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5. Hennessy, J. e Nikzad, S. (2018). Deposição de camada atômica de revestimentos ópticos de fluoreto de lítio para o ultravioleta. Inorganics 2018, 6, 46. Recuperado de mdpi.com.