Нитрид лития

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}} 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:

$6\mathrm{L}\mathrm{i}+\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\stackrel{300{\phantom{A}}^o\mathrm{C}}{\to }2\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}\cdot$

Взаимодействием гидрида лития с азотом:

$3\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{H}+\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\stackrel{500{\phantom{A}}^o\mathrm{C}}{\to }\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}+\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\cdot$

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

Кристаллическая структура нитрида лития

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.

В нормальных условиях устойчива кристаллическая структура гексагональной сингонии, называемая $\mathrm{\alpha }\text{-}\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}$, 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) $\mathrm{\alpha }\text{-}\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}$ переходит в $\mathrm{\beta }\text{-}\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}$, имеющий структуру арсенида натрия ($\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_3\mathrm{A}\mathrm{s}$). При повышении давления свыше 360 кбар $\mathrm{\beta }\text{-}\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}$ переходит в $\mathrm{\gamma }\text{-}\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}$ со структурой типа $\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{B}\mathrm{i}$.

В кристалле $\mathrm{\alpha }\text{-}\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}$ 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.

Нитрид лития является твёрдым электролитом — обладает ионной электропроводимостью по ионам $\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}^{+}$ 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. Установлено, что энергия активации межкристаллического переноса ионов лития выше чем внутрикристаллическая (~68,5 кДж/моль).

$\mathrm{\alpha }\text{-}\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}$ является полупроводником с шириной запрещённой зоны ~2,1 эВ.

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.

Химические свойства

Реакция образования нитрида лития обратима и при повышении температуры в вакууме идёт процесс разложения на элементы:

$2\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}\stackrel{400{\phantom{A}}^o\mathrm{C}}{\to }6\mathrm{L}\mathrm{i}+\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\cdot$

Нитрид лития энергично взаимодействует с водой с образованием гидроксида лития и аммиака:

$\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶3\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\cdot$

Нитрид лития при повышенной температуре взаимодействует с водородом с образованием гидрида лития и аммиака:

$\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2⟶3\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{H}+\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\cdot$

При взаимодействии нитрида лития с водородом при 300 °C и повышенном давлении (более 0,5 МПа) образуется смесь гидрида лития и амида лития:

$\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}\text{+}2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2⟶[300{\phantom{A}}^o\mathrm{C},0,5\mathrm{M}\mathrm{P}\mathrm{a}]\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\text{+}2\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{H}\cdot$

Разлагается кислотами с образованием соответствующих кислоте солей лития и аммония:

$\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}+4\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}⟶3\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{l}+\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}\cdot$

Известно также много смешанных нитридов лития, некоторые из них: $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{N},\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{N},\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_3\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{N}{\phantom{A}}_2,\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_5\mathrm{S}\mathrm{i}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3,\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_5\mathrm{T}\mathrm{i}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3,\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}_5\mathrm{G}\mathrm{e}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3\cdot$

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.

Литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга