Litiumsulfid

Litiumsulfid är ett ljusgult [1] eller färglöst kristallint ämne [4] som kännetecknas av ett ansiktscentrerat kubiskt fluoritgitter [ 5] ( a = 0,571 nm, z = 4, rymdgrupp Fm3m [6] ), mycket lösligt i vatten, löslig i alkohol . Bildar inte kristallina hydrater .

Huvudsakliga termodynamiska egenskaper [3] :

standardentalpi för bildning , ΔH o 298 = -447 kJ/mol;
standardentropi av bildning , S o 298 \u003d 63 J / (mol K);
standard Gibbs bildningsenergi , ΔG o 298 = −439 kJ/mol.

Kemiska egenskaper

Litiumsulfid, som löses i vatten, genomgår hydrolys [1] :

{\displaystyle {\mathsf {Li_{2}S+8H_{2}O=2[Li(H_{2}O)_{4}]^{+}+S^{2-)))))

{\mathsf {S^{2-}\!+H_{2}O}}\leftrightarrows {\mathsf {HS^{-}\!+HO^{-}}}.

Genom att passera svavelväte genom en vattenlösning kan hydrolysreaktionen skiftas till höger:

{\mathsf {Li_{2}S+H_{2}S=2LiHS)).

Den resulterande mycket hygroskopiska litiumhydrosulfiden kan isoleras i ren form [5] .

En vattenlösning under inverkan av atmosfäriskt syre i kyla oxiderar gradvis och bildar en fällning av elementärt svavel :

{\mathsf {2Li_{2}S+2H_{2}O+O_{2}=2S}}\!\downarrow \!{\mathsf {+\ 4LiOH)).

I fuktig luft oxideras ämnet gradvis till tiosulfat [4] :

{\mathsf {2Li_{2}S+H_{2}O+2O_{2}=Li_{2}S_{2}O_{3}+2LiOH)).

Under inverkan av oxidationsmedel ( O 2 , KClO 3 , PbO 2 , etc.), när den värms över 300 ° C, oxideras litiumsulfid till sulfat [1] :

{\mathsf {Li_{2}S+2O_{2}=Li_{2}SO_{4))}.

Vid upphettning reagerar den med klor (med antändning) och brom [5] :

{\mathsf {2Li_{2}S+3Cl_{2}=4LiCl+S_{2}Cl_{2))}.

Annars fortskrider reaktionen med jod vid en temperatur av cirka 200 °C [5] :

{\mathsf {Li_{2}S+I_{2}=2LiI+S)).

Den reagerar inte med väte ens vid höga temperaturer [6] .

Reagerar med utspädda syror för att frigöra svavelväte:

{\mathsf {Li_{2}S+2HCl=2LiCl+H_{2}S}}\!\uparrow .

Eftersom litiumsulfid är ett starkt reduktionsmedel med koncentrerad svavelsyra och salpetersyra , går litiumsulfid in i redoxreaktioner :

{\mathsf {Li_{2}S+4HNO_{3}=2LiNO_{3}+2NO_{2))}\!\uparrow {\mathsf {+\ S))\!\downarrow {\mathsf { +\ 2H_{2}O}}

{\mathsf {Li_{2}S+3H_{2}SO_{4}=2LiHSO_{4}+SO_{2}}}\!\uparrow {\mathsf {+\ S}}\!\downarrow {\mathsf {+\ 2H_{2}O}}.

Får

Ett av de potentiella problemen vid framställning av litiumsulfid är dess lätthet att oxidera, speciellt i närvaro av vatten. På grund av hydrolys är dessutom preparativa metoder baserade på utbytesreaktioner i vattenlösningar vanligtvis olämpliga.

Eftersom litiumsulfid inte förekommer i naturen som mineralråvara finns det följande industriella metoder för dess produktion [1] [7] :

reaktion mellan metalliskt litium och elementärt svavel vid upphettning till över 130 °C [8] :

{\mathsf {2Li+S=Li_{2}S));

interaktion av litiumhydrid med elementärt svavel vid en temperatur på 300-350 °C:

{\mathsf {2LiH+2S=Li_{2}S+H_{2}S}}\!\uparrow ;

kalcinering av litiumoxid eller karbonat i en ström av torr vätesulfid vid en temperatur av 900-1000 ° C:

{\mathsf {Li_{2}O+H_{2}S=Li_{2}S+H_{2}O}}\!\uparrow

{\mathsf {Li_{2}CO_{3}+H_{2}S=Li_{2}S+H_{2}O\!\uparrow \!+\ CO_{2))}\!\ uppåtpil ;

reduktion av litiumsulfat med koks eller väte vid höga temperaturer:

{\mathsf {Li_{2}SO_{4}+4H_{2))}\ {\xrightarrow {600-700^{o}C))\ {\mathsf {Li_{2}S+4H_{ 2}O}}\!\uparrow ,

{\mathsf {Li_{2}SO_{4}+4C}}\ {\xrightarrow {800-900^{o}C}}\ {\mathsf {Li_{2}S+4CO}}\! \uppåtpil .

Andra möjliga produktionsmetoder inkluderar [9] :

interaktion mellan litiumhydroxid och gasformigt svavel vid temperaturer upp till 445 °C:

{\mathsf {2LiOH+3S=Li_{2}S+H_{2}S\!\uparrow \!+SO_{2))}\!\uparrow ;

interaktion av litiumhydroxid med vätesulfid i ett aprotiskt organiskt lösningsmedel:

{\mathsf {2LiOH+H_{2}S=Li_{2}S+2H_{2}O}}.

Litiumpolysulfider

För litium, till skillnad från andra alkalimetaller , är polysulfider inte typiska föreningar och deras produktion kräver speciella villkor [5] [10] .

De mest studerade [5] : - litiumdisulfid , ett gult pulver som erhålls genom att koka en alkohollösning av litiumhydrosulfid med ett överskott av svavel i en väteström:
${\displaystyle {\mathsf {Li_{2}S_{2))))$

{\mathsf {2LiHS+S=Li_{2}S_{2}+H_{2}S)).

${\displaystyle {\mathsf {Li_{2}S_{4))))$ - litiumtetrasulfid , ett instabilt ämne som erhålls genom reaktion mellan litium och svavel i flytande ammoniak :

${\mathsf {2Li+S=Li_{2}S)),$	${\mathsf {Li_{2}S_{2}+2S=Li_{2}S_{4))},$
${\mathsf {Li_{2}S+S=Li_{2}S_{2))},$	${\mathsf {Li_{2}S_{4}+(x-4)S=Li_{2}S_{x}}}.$

Applikation

Litiumsulfid är en del av anoderna [11] och fast elektrolyt för litiumbatterier ( batterier och ackumulatorer ) [12 ] . Används även som hårborttagningsmedel i kosmetika [13] .

Det kan användas som en komponent vid tillverkning av glas med hög jonledningsförmåga [14] .

I modern organisk kemi används ibland litiumsulfid som sulfideringsmedel , till exempel i följande reaktion [15] :

Det finns också data om användningen av detta ämne som katalysator för att skydda hydroxylgrupper genom framställning av trimetylsilyleter [16] .

Potentiell hälsorisk _

Hälsofaran med litiumsulfid Li 2 S bestäms både av toxiciteten hos litiumjoner (Li + ) på grund av föreningens goda löslighet i vatten , och av toxiciteten hos vätesulfid som bildas på grund av hydrolysen av detta salt.

Litium (vid mycket höga koncentrationer) verkar påverka det centrala nervsystemet och orsaka handskakningar, illamående, ökad urinering, sluddrigt tal, letargi, dåsighet, yrsel och törst. Effekter av långvarig exponering - apati , anorexi , trötthet, letargi , muskelsvaghet, EKG- förändringar . Långvariga toxiska effekter orsakar hypotyreos , leukocytos , ödem och viktökning, polydipsi / polyuri , minnesförsämring, kramper, njursvikt, chock, hypotoni , hjärtarytmier , koma och även dödsfall [17] .

Anteckningar

↑ 1 2 3 4 5 6 Lidin R.A., Molochko V.A., Andreeva L.L. Kemiska egenskaper hos oorganiska ämnen / Redigerad av prof. R.A. Lidina. - 3:e upplagan - M . : "Chemistry", 2000. - S. 17. - ISBN 5-7245-1163-0 .
↑ Litiumsulfid . _ Den kemiska databasen . Hardy Research Group, Institutionen för kemi, University of Akron. Hämtad 17 september 2009. Arkiverad från originalet 7 april 2012.
↑ 1 2 Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Konstanter av oorganiska ämnen: en uppslagsbok / Redigerad av prof. R.A. Lidina. - 2:a uppl., reviderad. och ytterligare .. - M . : "Business Bustard", 2006. - S. 483. - ISBN 5-7107-8085-5 .
↑ 1 2 Turova N.Ya. Oorganisk kemi i tabeller. - M . : Högre kemiska högskola vid Ryska vetenskapsakademin, 1997. - S. 85.
↑ 1 2 3 4 5 6 Plushev V.E., Stepanov B.D. Kemi och teknik för litium-, rubidium- och cesiumföreningar. - M . : "Kemi", 1970. - S. 37-38.
↑ 1 2 Litium // Kemiskt uppslagsverk / Chefredaktör I. L. Knunyants. - M . : "Sovjetisk uppslagsverk", 1988. - T. 1. - S. 1201-1202.
↑ Sulfides (engelska) (otillgänglig länk) . Tekniska publikationer . Cerac Inc. Hämtad 18 september 2009. Arkiverad från originalet 8 maj 2009.
↑ Denna metod kan också rekommenderas som laboratoriemetod.
↑ Metod för tillverkning av litiumsulfid . Gratis patent online. Hämtad 18 september 2009. Arkiverad från originalet 7 april 2012.
↑ Kalium- och natriumpolysulfider kan erhållas genom enkel sammansmältning av fasta komponenter (svavel respektive metallsulfid). För litiumsulfid är denna metod inte tillämplig.
↑ Henriksen G., Kaun T., Jansen A., Prakash J., Vissers D. Avancerad cellteknologi för högpresterande Li-Al/FeS 2 sekundära batterier // Molton Salts XI / Redigerad av HC De Long, PC Trulove, S. Deki, G. R. Stafford. — Proceedings Series. - Pennington, New Jersey, USA: The Electrochemical Society, Inc., 1998. - S. 302-305. — ISBN 1-56677-205-2 .
↑ Tatsumisago M, Wakihara M, Iwakura C, Kohjiya S, Tanaka I. Solid state jonics för batterier / Chefredaktör: Minami T. - Springer, 2005. - P. 32. - ISBN 978-4-431-24974 -0 .
↑ Depileringsingredienser (engelska) (otillgänglig länk) . Att göra Cosmetics Inc. Hämtad 17 september 2009. Arkiverad från originalet 27 maj 2009.
↑ Zaretskaya G.N. Inverkan av litiumsulfidhalt på egenskaperna och strukturen hos glas i LiPO 3 -Li 2 S -systemet (pdf). Ryska naturvetenskapsakademin. Hämtad 18 september 2009. Arkiverad från originalet 7 april 2012. (obestämd)
↑ Devillanova FA Handbook of Chalcogen chemistry: nya perspektiv i svavel, selen och tellur . - Royal Society of Chemistry, 2006. - P. 312. - ISBN 978-0-85404-366-8 . Arkiverad 1 januari 2014 på Wayback Machine
↑ Bioaktiva naturprodukter // Studies in Natural Products Chemistry / Redigerad av professor Atta-ur Rahman. - Elsevier Ltd., 2000. - P. 85. - ISBN 978-0-44442-971-1 .
↑ Litiumsulfid . _ Materialsäkerhetsdatablad . Electronic Space Products International. Hämtad 17 september 2009. Arkiverad från originalet 7 april 2012.