Fluoruro di litio

Fluoruro di litio
Un cristallo di LiF
Un cristallo di LiF
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareLiF
Massa molecolare (u)25,94 u.
Aspettosolido cristallino incolore o bianco
Numero CAS7789-24-4
Numero EINECS232-152-0
PubChem224478
SMILES
[Li+].[F-]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)2,64 (20 °C)
Solubilità in acqua1,3 g/L (25 °C)
Temperatura di fusione870 °C (1.143 K)
Temperatura di ebollizione1,676 °C (1.949 K)
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
tossicità acuta
pericolo
Frasi H301 - 335 - 315 - 319
Consigli P302+352 - 305+351+338 - 309+310
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Il fluoruro di litio è il composto binario tra il litio, il primo degli elementi metallici e il fluoro, l'elemento non metallico più elettronegativo. La sua formula chimica è LiF. È anche il sale di litio dell'acido fluoridrico.

A temperatura ambiente si presenta in forma di cristalli cubici incolori e inodori, o anche come polvere microcristallina bianca, ma il sapore è tra il salino e l'amaro. Di esso si riescono ad ottenere grandi cristalli, che vengono usati in ottica per la loro alta trasparenza anche in ampie zone dell'infrarosso e dell'ultravioletto.

È un composto tossico e irritante. Si trova in natura nel rarissimo minerale griceite.

Proprietà e struttura

Il fluoruro di litio è un composto molto stabile termodinamicamente, ΔHƒ° = -598,65 kJ/mol. In condizioni ambiente è classificato in chimica come un solido ionico, formulato come Li+F−. Il cristallo ha lo stesso reticolo cubico a facce centrate del cloruro di sodio; tuttavia, è di gran lunga meno solubile in acqua rispetto ad esso, dato che la sua energia reticolare è maggiore della sua energia di idratazione e, a differenza degli altri alogenuri di litio, LiF non forma idrati; è tuttavia solubile in soluzioni acquose di acido fluoridrico, con il quale non forma però il bifluoruro LiHF2; è solubile anche in soluzioni degli acidi nitrico e solforico, ma non così in soluzioni di acido cloridrico.

Le soluzioni acquose del fluoruro di litio sono lievemente alcaline (pH = ~ 8), poiché il sale deriva dalla combinazione di una base forte (idrossido di litio) con un acido debole (acido fluoridrico):

LiOH + HF → LiF + H2O

Proprietà del materiale

Il fluoruro di litio è un materiale di proprietà notevoli: il cristallo di LiF ha una durezza pari a 4 sulla scala Mohs, una densità di 2,639 g/cm3, una costante dielettrica relativa εr = 9,0 e un indice di rifrazione n = 1,39126 (a λ = 633 nm); la sua conducibilità termica è 11,3 W/(m×K), il suo calore specifico è di 1.562 J/(kg×K) e il suo coefficiente di dilatazione cubica è 37×10−6 K−1.

Il fluoruro di litio cristallino è un ottimo materiale isolante, l'intervallo energetico tra la sua banda di valenza (piena) e la successiva banda di conduzione (vuota a 0 K) ammonta a ben 14,2 eV, il valore più alto per gli alogenuri di litio e uno dei più alti in ogni caso; il corrispondente valore per il diamante, che è già un ottimo isolante, è 5,47 eV, per confronto.

Struttura cristallina

Da indagini diffrattometriche con raggi X è noto che LiF cristallizza nel sistema cubico, gruppo spaziale Fm-3m (N° 225) con una cella elementare il cui lato è a = 402,6 pm, nella quale il litio e il fluoro sono entrambi esacoordinati ottaedricamente.

La distanza tra Li e F è di 200,9 pm; questa distanza è inferiore alla somma di qualsiasi coppia di raggi ionici si scelga per Li+ e F− (Pauling, Goldschmidt, Shannon, Ladd): la densità elettronica raggiunge un minimo lungo la linea che congiunge il litio con il fluoro, ma non si annulla; inoltre, il catione appare avere raggio maggiore del raggio ionico del litio e l'anione raggio minore del fluoro. Questo fatto è consistente con il trasferimento di una piccola quota di densità elettronica dall'anione al catione e quindi di un piccolo contributo covalente al legame essenzialmente ionico in LiF, contributo che è più accentuato nell'idruro di litio, LiH, più covalente, dato il litio è legato all'idrogeno, che è molto meno elettronegativo del fluoro.

Struttura in fase vapore

Il fluoruro di litio in fase vapore è costituito da molecole biatomiche Li−F fortemente polari, il cui momento di dipolo ammonta a ben 6,33 D, un valore maggiore di quello della molecola dell'idruro di litio (5,88 D); la sua energia di ionizzazione è di 11,3 eV e la sua affinità elettronica calcolata è 0,5 eV. Il legame Li-F, pari a 156,4 pm, è molto più corto che nel cristallo (200,9 pm); una parte importante di questa differenza è dovuta al diverso numero di coordinazione del litio (1 in LiF gas, 6 in LiF cristallino) ma, in ogni caso, è minore della somma dei rispettivi raggi covalenti [(128+57) pm = 185 pm].

Ci sono inoltre evidenze che nel vapore del fluoruro di litio, a temperature nell'intervallo 1.000-1.200 K, alcune molecole LiF si uniscono a formare aggregati, quali ad esempio oligomeri del tipo Li2F2 e Li3F3.

Applicazioni

In ottica

A causa del suo amplissimo band gap (14,2 eV), il fluoruro di litio cristallino è il materiale noto più trasparente alle corte lunghezze d'onda della luce ultravioletta; viene pertanto impiegato nell'ottica specializzata nella regione UV e come mezzo per il rilevamento dell'esposizione a radiazioni ionizzanti (raggi gamma, particelle beta e neutroni - questi ultimi indirettamente, per reazione nucleare (n,alfa) con litio-6) nei dosimetri a termoluminescenza.

Nei sali fusi

Il fluoro è prodotto tramite elettrolisi dell'idrogenodifluoruro di potassio fuso KHF2. L'elettrolisi procede in maniera più efficiente quando all'elettrolita viene aggiunta una parte di fluoruro di litio, probabilmente perché facilita la formazione di un'interfaccia Li-C-F sulla superficie degli elettrodi di carbonio impiegati nel processo. A tal proposito, un sale fuso di ampio utilizzo è una miscela di fluoruro di litio, fluoruro di sodio e fluoruro di potassio.

Il fluoruro di litio altamente arricchito dell'isotopo litio-7 costituisce il componente base della miscela di fluoruri preferita per l'impiego come sali fusi nei reattori nucleari, dove una miscela di fluoruro di litio e fluoruro di berillio funge da solvente per i fluoruri di uranio e torio. Il fluoruro di litio è molto stabile, le miscele LiF/BeF2 hanno punto di fusione basso (da 360 a 459 °C) e le proprietà neutroniche adatte per l'utilizzo nel reattore.

Note

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