Litiumnitrid

litiumnitrid

Allmän
Systematiskt namn	litiumnitrid
Traditionella namn	Kväve litium
Chem. formel	Li 3N _
Fysikaliska egenskaper
stat	grönsvarta eller mörkröda kristaller
Molar massa	34,82 g/ mol
Densitet	1,28 g/cm³
Termiska egenskaper
Temperatur
• smältning	813, 845°C
• kokande	sönderdelas °C
Mol. värmekapacitet	75,2 J/(mol K)
Entalpi
• utbildning	-164,0 kJ/mol
Klassificering
Reg. CAS-nummer	26134-62-3
PubChem	520242
Reg. EINECS-nummer	247-475-2
LEDER	[Li+].[Li][N-][Li]
InChI	InChI=1S/3Li.H2N/h;;;1H2/q3*+1;-1BHZCMUVGYXEBMY-UHFFFAOYSA-N
CHEBI	30525
ChemSpider	453793
Säkerhet
NFPA 704	0 ? 2 W
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges.
Mediafiler på Wikimedia Commons

Litiumnitrid är en förening av alkalimetallen litium och kväve , grönsvarta eller mörkröda kristaller.

Den enda stabila alkalimetallnitriden.

Används inom pyroteknik .

Får

Syntes från grundämnen - vid rumstemperatur reagerar vått kväve långsamt med litium, en ökning av temperatur och tryck påskyndar reaktionen:

{\ce {6Li + N2 ->[{\ce {300^{o}C))] 2Li3N.))

Interaktionen mellan litiumhydrid och kväve:

{\ce {3 LiH + N2 ->[{\ce {500^{o}C))] Li3N + NH3.))

När litiummetall lagras i luftatmosfär under normala förhållanden, tillsammans med litiumkarbonat och litiumhydroxid , bildas även litiumnitrid i ytfilmen.

Fysiska egenskaper

Litiumnitrid bildar, beroende på avvikelsen från den stökiometriska sammansättningen, grönsvarta eller mörkröda kristaller.

Litiumnitrid är en endoterm förening, entalpin för dess bildning från grundämnen är -207 kJ/mol [1] .

Under normala förhållanden är kristallstrukturen i det hexagonala systemet stabil , kallad , med en rymdgrupp P6/mmm , kristallcellsparametrar a = 0,3655 nm, c = 0,3876, Z = 1. ${\ce {\alpha-Li3N))$

Vid tryck över 4 200 bar (4 100 atm) omvandlas den till en natriumarsenid ( ). Med en tryckökning över 360 kbar förvandlas den till en struktur av typen [2] . ${\ce {\alpha-Li3N))$ ${\ce {\beta-Li3N))$ ${\ce {Na3As}}$ ${\ce {\beta-Li3N))$ ${\ce {\gamma-Li3N))$ ${\ce {Li3Bi}}$

I kristallen bildar litiumatomer en hexagonal grafitliknande kristallstruktur; i ett av kristallplanen är varje kväveatom omgiven av sex litiumatomer. Ytterligare två litiumatomer är belägna i andra angränsande plan ovanför och under kväveatomen, och varje kväveatom, som ett resultat, är omgiven av åtta litiumatomer belägna vid hörnen av den hexagonala bipyramiden [3] [4] [5] . ${\ce {\alpha-Li3N))$

Litiumnitrid är en fast elektrolyt - den har jonisk elektrisk konduktivitet för joner med en specifik konduktivitet på 2 10 -4 1 / (Ohm cm) och en aktiveringsenergi för frisättning av litiumjoner från gitterställena på 0,26 eV (~ 24 kJ / mol). Doping av kristallen med väte ökar konduktiviteten, medan dopning med metalljoner (Al, Cu, Mg) minskar den [6] [7] . Det har fastställts att aktiveringsenergin för den interkristallina överföringen av litiumjoner är högre än den intrakristallina (~68,5 kJ/mol [8] ). ${\ce {Li+))$

${\ce {\alpha-Li3N))$ är en halvledare med ett bandgap på ~2,1 eV [2] .

Litiumnitrid har studerats som ett ämne för kompakt lagring av vätgas, absorption och desorption av väte är reversibla och sker vid en relativt låg temperatur på ~270 °C. I experimenten uppnåddes substansens absorption av väte upp till 11,5 viktprocent [9] .

Kemiska egenskaper

Reaktionen för bildandet av litiumnitrid är reversibel, och när temperaturen stiger i ett vakuum sker nedbrytningsprocessen till element:

{\ce {2Li3N ->[{\ce {400^{o}C))] 6Li + N2.))

Litiumnitrid reagerar kraftigt med vatten för att bilda litiumhydroxid och ammoniak :

{\ce {Li3N + 3H2O ->3LiOH + NH3.))

Litiumnitrid reagerar med väte vid förhöjda temperaturer för att bilda litiumhydrid och ammoniak:

{\ce {Li3N + 3H2 -> 3LiH + NH3.))

När litiumnitrid interagerar med väte vid 300 °C och förhöjt tryck (mer än 0,5 MPa), bildas en blandning av litiumhydrid och litiumamid [10] :

{\ce {Li3N\ {+}\ 2H2->[{\ce {300^{o}C)),\ \ 0.5\ MPa]LiNH2\ {+}\ 2LiH.))

Det sönderdelas med syror för att bilda litium- och ammoniumsalter motsvarande syran:

{\ce {Li3N + 4HCl -> 3LiCl + NH4Cl.))

Många blandade litiumnitrider är också kända, några av dem är: ${\ce {LiMgN,\ LiZnN,\ Li3AlN2,\ Li5SiN3,\ Li5TiN3,\ Li5GeN3.))$

Smält litiumnitrid är aggressivt mot många metaller ( Fe , Cu , Ni , Pt , etc.).

Applikation

Litiumnitrid används ibland som en komponent vid tillverkning av pyrotekniska blandningar .
Det är möjligt att använda ämnet för kompakt lagring av väte.

Anteckningar

↑ M. Guntz: Sur l'azoture de lithium. I: Compt. Rämna. Hebd. Band 123, 1896, S. 995–997 (Verk av denna författare finns i onlinebiblioteket Gallica . Sökning bör göras ( fr. Recherche ) med efternamn.).
↑ 1 2 Solid-State Hydrogen Storage: Materials and Chemistry (engelska) / Walker, G.. - 2008. - P. §16.2.1 Litiumnitrid och väte: ett historiskt perspektiv.
↑ Kristallstruktur av Li 3 N.
↑ Holleman AF, Wiberg E., Wiberg N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9 , S. 1153.
↑ Barker MG; Blake AJ; Edwards PP; Gregory D.H.; Hamor T.A.; Siddons DJ; Smith SE Nya skiktade litiumnitridonickelater; effekt av Li-vakanskoncentration på N-koordinationsgeometri och Ni-oxidationstillstånd (engelska) // Chemical Communications : journal. - 1999. - Nej . 13 . - P. 1187-1188 . - doi : 10.1039/a902962a .
↑ Lapp, Torben; Skaarup, Steen; Hooper, Alan. Jonkonduktivitet för ren och dopad Li3N (odefinierad) // Solid State Jonics. - 1983. - Oktober ( vol. 11 , nr 2 ). - S. 97-103 . - doi : 10.1016/0167-2738(83)90045-0 .
↑ Boukamp, BA; Huggins, RA Litiumjonledningsförmåga i litiumnitrid // Fysik Bokstäver A : journal. - 1976. - 6 september ( vol. 58 , nr 4 ). - S. 231-233 . - doi : 10.1016/0375-9601(76)90082-7 .
↑ Boukamp, BA; Huggins, RA Snabb jonkonduktivitet i litiumnitrid (neopr.) // Material Research Bulletin. - 1978. - Januari ( vol. 13 , nr 1 ). - S. 23-32 . - doi : 10.1016/0025-5408(78)90023-5 .
↑ Ping Chen; Zhitao Xiong; Jizhong Luo; Jianyi Lin; Kuang Lee Tan. Interaktion av väte med metallnitrider och amider (engelska) // Nature : journal. - 2002. - Vol. 420 , nr. 6913 . - S. 302-304 . - doi : 10.1038/nature01210 . — PMID 12447436 .
↑ Goshome1, Kiyotaka; Miyaoka2, Hiroki; Yamamoto1, Hikaru; Ichikawa3, Tomoyuki; Ichikawa1, Takayuki; Kojima1, Yoshitsugu. Ammoniaksyntes via icke-jämviktsreaktion av litiumnitrid i väteflödesförhållanden (engelska) // Materialtransaktioner: journal. - 2015. - Vol. 56 . - s. 410-414 . - doi : 10.2320/matertrans.M2014382 .

Litteratur

Handbok för en kemist/redaktion: Nikolsky B.P. och andra. - 3:e upplagan, Rev. - L . : Chemistry, 1971. - T. 2. - 1168 sid.
Ripan R., Chetyanu I. Oorganisk kemi. Kemi av metaller. - M . : Mir, 1971. - T. 1. - 561 sid.
Greenwood, Norman N., Earnshaw, A. Kemi av element i 2 volymer - M . : Binom. Knowledge Lab, 2015.