Русская Википедия:Нитрид лития
Шаблон:Вещество Нитри́д ли́тия — соединение щелочного металла лития и азота, зеленовато-чёрные или тёмно-красные кристаллы.
Единственный устойчивый нитрид щелочных металлов.
Применяется в пиротехнике.
Получение
Синтезом из элементов — при комнатной температуре влажный азот медленно взаимодействует с литием, увеличение температуры и давления ускоряет реакцию:
- <chem>6Li + N2 ->[\ce{300^{o}C}] 2Li3N.</chem>
Взаимодействием гидрида лития с азотом:
- <chem>3 LiH + N2 ->[\ce{500^{o}C}] Li3N + NH3.</chem>
При хранении металлического лития в воздушной атмосфере при нормальных условиях наряду с карбонатом лития и гидроксидом лития в поверхностной плёнке образуется также нитрид лития.
Физические свойства
Нитрид лития образует в зависимости от отклонения от стехиометрического состава зеленовато-чёрные или тёмно-красные кристаллы.
Нитрид лития эндотермическое соединение, энтальпия его образования из элементов −207 кДж/моль[1].
В нормальных условиях устойчива кристаллическая структура гексагональной сингонии, называемая <chem>\alpha-Li3N</chem>, имеющая пространственная группу P 6/mmm, параметры кристаллической ячейки a = 0,3655 нм, c = 0,3876, Z = 1.
При давлении свыше 4200 бар (4 100 атм) <chem>\alpha-Li3N</chem> переходит в <chem>\beta-Li3N</chem>, имеющий структуру арсенида натрия (<chem>Na3As</chem>). При повышении давления свыше 360 кбар <chem>\beta-Li3N</chem> переходит в <chem>\gamma-Li3N</chem> со структурой типа <chem>Li3Bi</chem>[2].
В кристалле <chem>\alpha-Li3N</chem> атомы лития образуют гексагональную графитоподобную кристаллическую структуру, в одной из кристаллических плоскостей каждый атом азота окружён шестью атомами лития. Два дополнительных атома лития расположены в других соседних плоскостях над и под атомом азота и каждый атом азота в результате оказывается окружённым восемью атомами лития, расположенных в вершинах гексагональной бипирамиды[3][4][5].
Нитрид лития является твёрдым электролитом — обладает ионной электропроводимостью по ионам <chem>Li+</chem> с удельной проводимостью 2·10-4 1/(Ом·см) и энергией активации освобождения ионов лития из узлов кристаллической решётки 0,26 эВ (~24 кДж/моль). Допирование кристалла водородом увеличивает проводимость, в то время как легирование ионами металлов (Al, Cu, Mg) уменьшает его[6][7]. Установлено, что энергия активации межкристаллического переноса ионов лития выше чем внутрикристаллическая (~68,5 кДж/моль[8]).
<chem>\alpha-Li3N</chem> является полупроводником с шириной запрещённой зоны ~2,1 эВ[2].
Нитрид лития изучался как вещество для компактного хранения газообразного водорода, абсорбция и десорбция водорода обратимы и происходят при сравнительно низкой температуре ~270 °C. В опытах было достигнуто поглощение водорода веществом до 11,5 % по массе[9].
Химические свойства
Реакция образования нитрида лития обратима и при повышении температуры в вакууме идёт процесс разложения на элементы:
- <chem>2Li3N ->[\ce{400^{o}C}] 6Li + N2.</chem>
Нитрид лития энергично взаимодействует с водой с образованием гидроксида лития и аммиака:
- <chem>Li3N + 3H2O ->3LiOH + NH3.</chem>
Нитрид лития при повышенной температуре взаимодействует с водородом с образованием гидрида лития и аммиака:
- <chem>Li3N + 3H2 -> 3LiH + NH3.</chem>
При взаимодействии нитрида лития с водородом при 300 °C и повышенном давлении (более 0,5 МПа) образуется смесь гидрида лития и амида лития[10]:
- <chem>Li3N\ {+}\ 2H2 -> [\ce{300^{o}C},\ \ 0,5\ \ce{MPa}] LiNH2\ {+}\ 2LiH.</chem>
Разлагается кислотами с образованием соответствующих кислоте солей лития и аммония:
- <chem>Li3N + 4HCl -> 3LiCl + NH4Cl.</chem>
Известно также много смешанных нитридов лития, некоторые из них: <chem>LiMgN,\ LiZnN,\ Li3AlN2,\ Li5SiN3,\ Li5TiN3,\ Li5GeN3.</chem>
Расплавленный нитрид лития агрессивен по отношению ко многим металлам (Fe, Cu, Ni, Pt и др.).
Применение
- Нитрид лития иногда используется как компонент при изготовлении пиротехнических смесей.
- Возможно применение вещества для компактного хранения водорода.
Примечания
Литература
- ↑ M. Guntz: Sur l'azoture de lithium. In: Compt. Rend. Hebd. Band 123, 1896, S. 995–997 (Шаблон:Gallica).
- ↑ 2,0 2,1 Шаблон:Книга
- ↑ Кристаллическая структура Li3N.
- ↑ Holleman A. F., Wiberg E., Wiberg N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9, S. 1153.
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
