ลิเธียมฟลูออไรด์: โครงสร้างคุณสมบัติการได้รับการใช้งาน - เคมี - 2026

ฟลูออไรลิเธียมเป็นอนินทรีที่เป็นของแข็งที่มีสูตรทางเคมี LiF มันถูกสร้างขึ้นจาก Li ⁺และ F ^-ไอออนซึ่งจะเชื่อมโยงผ่านพันธบัตรไอออนิก พบได้ในปริมาณเล็กน้อยในแร่ธาตุต่างๆโดยเฉพาะซิลิเกตเช่นเลพิโดไลต์ในน้ำทะเลและในบ่อแร่หลายชนิด

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ออพติคอลเนื่องจากมีความโปร่งใสในช่วงความยาวคลื่นที่หลากหลายตั้งแต่สเปกตรัมอินฟราเรด (IR) ไปจนถึงรังสีอัลตราไวโอเลต UV ผ่านการมองเห็น

Lepidolite แร่ธาตุที่มีลิเธียมฟลูออไรด์ LiF ในปริมาณเล็กน้อย Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 ที่มา: Wikimedia Commons

นอกจากนี้ยังใช้ในอุปกรณ์เพื่อตรวจจับรังสีอันตรายในงานที่ผู้คนสัมผัสกับรังสีเหล่านี้ในช่วงเวลาสั้น ๆ นอกจากนี้ยังใช้เป็นวัสดุในการหลอมอะลูมิเนียมหรือทำแว่นตาสำหรับเลนส์หรือแว่นสายตาและในการผลิตเซรามิกส์

ทำหน้าที่เป็นวัสดุในการเคลือบส่วนประกอบของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและเพื่อป้องกันการสูญเสียประจุในตอนแรก

โครงสร้าง

ลิเธียมฟลูออไรเป็นสารประกอบไอออนิกที่เกิดขึ้นจากสหภาพของหลี่⁺ไอออนบวกและ F ^-ไอออน แรงที่ยึดเข้าด้วยกันเป็นไฟฟ้าสถิตและเรียกว่าพันธะไอออนิก

เมื่อลิเทียมรวมเข้าด้วยกันจะให้อิเล็กตรอนกับฟลูออรีนทำให้ทั้งสองอยู่ในรูปที่เสถียรกว่าแบบเริ่มต้นดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง

ลิเธียมอิลิเมนต์มีโครงร่างอิเล็กทรอนิกส์ดังนี้ 1s ² 2s ¹และเมื่อมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์จะมีลักษณะดังนี้ 1s ²ซึ่งเสถียรกว่ามาก

ฟลูออรีนองค์ประกอบที่มีการกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์คือ 1s ² 2s ² 2p ⁵เมื่อรับอิเล็กตรอนจะยังคงอยู่ในรูปแบบ 1s ² 2s ² 2p ⁶มีเสถียรภาพมากขึ้น

ศัพท์เฉพาะ

- ลิเธียมฟลูออไรด์

- ฟลูออโรลิเธียม

- ลิเธียมโมโนฟลูออไรด์

คุณสมบัติ

สภาพร่างกาย

ของแข็งสีขาวซึ่งตกผลึกในโครงสร้างลูกบาศก์เช่นโซเดียมคลอไรด์ NaCl

โครงสร้างลูกบาศก์ของผลึกลิเธียมฟลูออไรด์ LiF เบนจาห์-bmm27 ที่มา: Wikimedia Commons

น้ำหนักโมเลกุล

26 ก. / โมล

จุดหลอมเหลว

848.2 ºC

จุดเดือด

1673 ºCแม้ว่ามันจะระเหยที่ 1100-1200 ºC

ความหนาแน่น

2,640 ก. / ซม. ³

ดัชนีหักเห

1.3915

การละลาย

ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ: 0.27 g / 100 g ของน้ำที่ 18 ºC; 0.134 g / 100 g ที่ 25 ° C ละลายในกรดปานกลาง ไม่ละลายในแอลกอฮอล์

คุณสมบัติอื่น ๆ

ไอระเหยในปัจจุบัน dimeric (LiF) ₂และ trimeric (LiF) ₃สายพันธุ์ ด้วยกรดไฮโดรฟลูออริก HF ในรูปแบบลิเธียมไบฟลูออไรด์ LiHF ₂ ; ด้วยลิเทียมไฮดรอกไซด์จะสร้างเกลือคู่ LiF.LiOH

การรวบรวมและสถานที่

ลิเธียมฟลูออไร LiF สามารถหาได้จากปฏิกิริยาระหว่างกรดไฮโดรฟลูออริก HF และลิเธียมไฮดรอกไซ LiOH หรือลิเธียมคาร์บอเนต Li ₂ CO 3

อย่างไรก็ตามมีอยู่ในปริมาณเล็กน้อยในแร่ธาตุบางชนิดเช่นเลพิโดไลต์และในน้ำทะเล

ลิเทียมฟลูออไรด์พบได้ในน้ำทะเลปริมาณเล็กน้อย อดีบอัตวรรณ. ที่มา: Wikimedia Commons

การประยุกต์ใช้งาน

ในการใช้งานออปติคอล

LiF ถูกนำมาใช้ในรูปแบบของผลึกขนาดกะทัดรัดในอินฟราเรด (IR) สเปกเนื่องจากการกระจายตัวที่ดีเยี่ยมของพวกเขาในช่วงความยาวคลื่นระหว่าง 4000 และ 1600 ซม. -1

ผลึก LiF ขนาดใหญ่ได้มาจากสารละลายอิ่มตัวของเกลือนี้ สามารถแทนที่คริสตัลฟลูออไรต์ธรรมชาติในอุปกรณ์ออพติคอลประเภทต่างๆ

คริสตัลบริสุทธิ์ขนาดใหญ่ใช้ในระบบออปติคอลสำหรับอัลตราไวโอเลต (UV) แสงที่มองเห็นได้และ IR และในโมโนโครเมเตอร์รังสีเอกซ์ (0.03-0.38 นาโนเมตร)

ผลึกลิเธียมฟลูออไรด์ LiF ขนาดใหญ่ภายในบีกเกอร์ V1adis1av ที่มา: Wikimedia Commons

นอกจากนี้ยังใช้เป็นวัสดุเคลือบออปติคอลสำหรับบริเวณ UV เนื่องจากมีแถบแสงกว้างมากกว่าฟลูออไรด์โลหะอื่น ๆ

ความโปร่งใสในรังสี UV ระยะไกล (90-200 นาโนเมตร) ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเคลือบป้องกันกระจกอะลูมิเนียม (Al) กระจก LiF / Al ใช้ในระบบกล้องโทรทรรศน์ออปติคอลสำหรับการใช้งานในอวกาศ

การเคลือบเหล่านี้ทำได้โดยการสะสมของไอทางกายภาพและการสะสมของชั้นในระดับอะตอม

ในเครื่องตรวจจับรังสีที่ก่อให้เกิดไอออนหรืออันตราย

ลิเธียมฟลูออไรด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องตรวจจับความร้อนสำหรับการแผ่รังสีอนุภาคโฟตอนนิวตรอนและβ (เบต้า)

เครื่องตรวจจับความร้อนช่วยประหยัดพลังงานของรังสีเมื่อสัมผัสกับมัน ต่อมาเมื่อได้รับความร้อนจะปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ออกมาในรูปของแสง

สำหรับการใช้งานนี้โดยทั่วไป LiF จะเจือด้วยสิ่งสกปรกจากแมกนีเซียม (Mg) และไทเทเนียม (Ti) สิ่งสกปรกเหล่านี้สร้างระดับพลังงานบางอย่างที่ทำหน้าที่เป็นรูที่อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากรังสีจะถูกกักไว้ เมื่อวัสดุได้รับความร้อนแล้วอิเล็กตรอนเหล่านี้จะกลับสู่สถานะพลังงานเดิมซึ่งจะเปล่งแสงออกมา

ความเข้มของแสงที่ปล่อยออกมาขึ้นอยู่กับพลังงานที่ดูดซับโดยวัสดุโดยตรง

เครื่องตรวจจับ LiF แบบ Thermoluminescent ได้รับการทดสอบเพื่อวัดรังสีที่ซับซ้อนเช่นที่มีอยู่ใน Large Hadron Collider หรือ LHC (สำหรับตัวย่อของ English Large Hadron Collider) ซึ่งตั้งอยู่ใน European Organization for Nuclear Research ซึ่งรู้จักกันดี ในฐานะเซิร์น (เป็นตัวย่อจากภาษาฝรั่งเศส Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire)

การแผ่รังสีในการทดลองที่ดำเนินการในศูนย์วิจัยแห่งนี้มีฮาดรอนนิวตรอนและอิเล็กตรอน / โพซิตรอนรวมถึงอนุภาคย่อยอะตอมประเภทอื่น ๆ ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถตรวจพบได้ด้วย LiF

เป็นวัสดุสำหรับการเตรียมแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมล่วงหน้า

LiF ได้รับการทดสอบเรียบร้อยแล้วในรูปแบบของนาโนคอมโพสิตที่มีโคบอลต์ (Co) และเหล็ก (Fe) เป็นวัสดุสำหรับการเตรียมสารก่อนการลอก (prelithiation) ของวัสดุแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ในระหว่างรอบการชาร์จครั้งแรกหรือขั้นตอนการก่อตัวของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์จะสลายตัวเพื่อสร้างเฟสของแข็งบนพื้นผิวของขั้วบวก

กระบวนการนี้ใช้ลิเธียมจากแคโทดและลดพลังงานลง 5 ถึง 20% ของความจุทั้งหมดของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ด้วยเหตุนี้จึงมีการตรวจสอบการฉายแสงล่วงหน้าทางเคมีไฟฟ้าของแคโทดซึ่งสร้างการสกัดลิเธียมไฟฟ้าเคมีจากนาโนคอมโพสิตซึ่งทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคลิเธียมจึงหลีกเลี่ยงการใช้ลิเธียมจากแคโทด

LiF / Co และ LiF / Fe nanocomposites มีความสามารถสูงในการบริจาคลิเธียมให้กับแคโทดสังเคราะห์ได้ง่ายมีความเสถียรในสภาพแวดล้อมและการแปรรูปแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ผู้แต่ง: Mr. ちゅらさん. Lithium_Battery * วันถ่ายภาพสิงหาคม 2548 * ช่างภาพ Aney ที่มา: Wikimedia Commons

ในการใช้งานต่างๆ

ลิเทียมฟลูออไรด์ใช้เป็นฟลักซ์เชื่อมโดยเฉพาะอลูมิเนียมและในการเคลือบสำหรับแท่งเชื่อม นอกจากนี้ยังใช้ในเซลล์รีดิวซ์อลูมิเนียม

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตแว่นตา (เช่นเลนส์) ซึ่งค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวลดลง นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตเซรามิกส์ นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตเคลือบและวาร์นิชน้ำเลี้ยง

LiF เป็นส่วนประกอบของเชื้อเพลิงจรวดและเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์บางประเภท

LiF ยังใช้ในไดโอดเปล่งแสงหรือส่วนประกอบโซลาร์เซลล์สำหรับการฉีดอิเล็กตรอนในชั้นภายใน

อ้างอิง

1. ฝ้ายเอฟอัลเบิร์ตและวิลคินสันจอฟฟรีย์ (1980) เคมีอนินทรีย์ขั้นสูง. พิมพ์ครั้งที่สี่. John Wiley & Sons
2. หอสมุดแพทยศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกา (2019) ลิเธียมฟลูออไรด์ สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Obryk, B. และคณะ (2008) การตอบสนองของเครื่องตรวจจับลิเธียมฟลูออไรด์ TL ประเภทต่างๆต่อสนามรังสีผสมพลังงานสูง การวัดรังสี 43 (2551) 1144-1148. กู้คืนจาก sciencedirect.com.
4. Sun, Y. et al. (2016) ในแหล่งกำเนิดการสังเคราะห์ทางเคมีของลิเทียมฟลูออไรด์ / นาโนคอมโพสิตโลหะสำหรับการเตรียมสารก่อนการสลายตัวของแคโทดที่มีความจุสูง Nano Letters 2016, 16, 2, 1497-1501 กู้คืนจาก pubs.acs.org.
5. Hennessy, J. และ Nikzad, S. (2018). การสะสมชั้นอะตอมของสารเคลือบแสงลิเธียมฟลูออไรด์สำหรับรังสีอัลตราไวโอเลต อนินทรีย์ 2018, 6, 46 กู้คืนจาก mdpi.com.