Φθοριούχο λίθιο

Το φθοριούχο λίθιο (αγγλικά lithium fluoride) είναι ανόργανη ετεροπολική δυαδική χημική ένωση, που περιέχει λίθιο και φθόριο, με εμπειρικό τύπο LiF. Είναι το άλας που παράγεται από την εξουδετέρωση υδροξειδίου του λιθίου (LiOH) και υδροφθορικού οξέος (HF). Το χημικά καθαρό φθοριούχο λίθιο, στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο στερεό, που τείνει να εμφανίζεται λευκό με τη μείωση του μεγέθους των κρυστάλλων του. Αν και είναι άοσμο, το φθοριούχο λίιθο έχει αλμυρόπικρη γεύση. Η κρυσταλλική δομή του είναι ανάλογη με αυτήν του χλωριούχου νατρίου (NaCl), αλλά είναι πολύ λιγότερο υδατοδιαλυτό σε σύγκριση με το τελευταίο. Η κύρια εφαρμογή του είναι ως συστατικό σε τηγμένα άλατα. Ο σχηματισμός του φθοριούχου λιθίου απελευθερώνει μια από τις υψηλότερες ενέργειες ανά μάζα αντιδρώντων, και πιο συγκεκριμένα, είναι δεύτερη μετά από μόνο το οξείδιο του βηρυλλίου (BeO).

 Το φθοριούχο λίθιο βρίσκεται στη φύση με τη μορφή ενός εξαιρετικά σπάνιου ορυκτού, που ονομάζεται γκριτσίτης. Το φθοριούχο λίθιο παράγεται από υδροξείδιο του λιθίου και υδροφθόριο ή από διάλυμα ανθρακικού λιθίου σε περίσσεια υδροφθορίου. Σε κάθε περίπτωση, το προϊόν της αντίδρασης ξηραίνεται με εξάτμιση και μετά θερμαίνεται μέχρις ερυθροπύρωσης, για να εκδιωχθεί κάθε τυχόν ίχνος υγρασίας. Ακόμη, εκμεταλλευόμενοι τη σχετικά χαμηλή υδατοδιαλυτότητα του φθοριούχου λιθίου, μπορούμε να το λάβουμε σε ίζημα με επίδραση πυκνού διαλύματος χλωριούχου λιθίου σε φθοριούχο αμμώνιο. Όλες οι παραπάνω είναι αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης. Το φθοριούχο λίθιο κρυσταλλώνεται στη δομή του χλωριούχου νατρίου (ΑΣ = 6), στην ομάδα διαστήματος Fm(-3)m (με αριθμό ομάδας διαστήματος = 225) και σταθερά κρυσταλλικού πλέγματος a = 402,6 pm. Η υδατοδιαλυτότητα του φθοριούχου νατρίου ανέρχεται σε μόλις 1.340 kg/m³ Η (σχετικά) χαμηλή υδατοδιαλυτότητα του φθοριούχου λιθίου οφείλεται στο γεγονός ότι η ενέργεια κρυσταλλικού πλέγματος είναι με γαλύτερη από την ενέργεια ενυδάτωσης της ένωσης. Τα υδατικά διαλύματα του φθοριούχου λιθίου είναι ελαφρώς βασικά (pH = 8). Επιπλέον, το φθοριούχο λίθιο δεν σχηματίζει υδρίτες, όπως είναι γνωστό ότι σχηματίζουν τα υπόλοιπα αλογονίδια του λιθίου. Εξαιτίας της (σχετικά) μικρής ιονικής ακτίνας του κατιόντος λιθίου (Li+), αλλά και του ανιόντος φθορίου (F-), το φθοριούχο λίθιο έχει (σχετικά πάντα) πολύ μεγάλη ενέργεια κρυσταλλικού πλέγματος, που ανέρχεται στα 1034 kJ/mol. Αυτό έχει ως συνέπεια υψηλές θερμοκρασίες τήξης και βρασμού για το συγκεκριμένο άλας. Η κανονική ενθαλπία σχηματισμού του φθοριούχου λιθίου είναι ΔHf0 = - 620 kJ/mol. Έχει υψηλή μετάδοση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο υπέρυθρο, ορατό και υπεριώδες. Ένας μονοκρύσταλλος των 8 χιλιοστομέτρων φθοριούχου λιθίου μεταδίδει περισσότερο από το 60% της διερχόμενης από αυτόν ακρινοβολίας για μήκη κύματος 140 - 6.000 nm.Το φθοριούχο λίθιο σχηματίζει ευτηκτικό μείγμα με το φθοριούχο ασβέστιο (CaF2) σε γραμμομοριακή αναλογία σύνθεσης 80,5 % LiF / 19,5 % CaF2, στην οποία το μείγμα τήκεται στους 769° C. Στην παραγωγή αλουμινίου, το φθοριούχο λίθιο χρησιμοποιείται ως πρόσθετο στις δεξαμενές ηλεκτρόλυσης. Το (στοιχειακό) φθόριο παράγεται με ηλεκτρόλυση τήγματος διφθοριούχου καλίου (KHF2). Η συγκεκριμένη ηλεκτρόλυση προχωρά πιο αποτελεσματικά όταν ο ηλεκτρολύτης (KHF2) συμπεριέχει μια μικρή περιεκτικότητα σε φθοριούχο λίθιο, πιθανώς γιατί διευκολύνει το σχηματισμό μιας επιφάνειας Li-C-F στα χρησιμοποιούμενα ηλεκτρόδια άνθρακα. Ένα άλλο χρήσιμο τηγμένο άλας είναι το FLiNaK, που αποτελείται από μείγμα φθοριούχου λιθίου, φθοριούχου νατρίου (NaF) και φθοριούχου καλίου (KF). Το κύριο ψυκτικό για τον πειραματικό αντιδραστήρα τηγμένων αλάτων ήταν FLiBe, δηλαδή μείγμα φθοριούχου λιθίου και φθοριούχου βηρυλλίου (BeF2) σε γραμμομοριακή αναλογία 2:1. Εξαιτίας του μεγάλου χάσματος ζωνών, οι κρύσταλλοι φθοριούχου λιθίου είναι διαφανείς, περισσότερο από κάθε άλλο υλικό, για τη μικρού μήκους κύματος υπεριώδη ακτινοβολία. Γι' αυτό το φθοριούχο λίθιο χρησιμοποιείται [μαζί με το φθοριούχο μαγνήσιο (MgF2)] σε εξειδικευμένη οπτική υπεριώδους. Μονοκρύσταλλοι φθοριούχου λιθίου χρησιμοποιούνται ως πρίσματα σε φασματοφωτόμετρα υπερύθρου ή ως μονοχρωματορικοί κρύσταλλοι στη φασματοσκοπία ακτίνων X. Χρησιμοποιήθηκε επίσης ως ένα μέσο για καταγραφή έκθεσης σε ιονίζουσα ακτινοβολία από ακτίνες γ, σωματίδια β και νετρόνια (έμμεσα, χρησιμοποιώντας την πυρηνική αντίδραση 63Li, n, α) σε δοσίμετρα θερμοφωταύγειας. Το φθοριούχο λίθιο (πολύ εμπλουτισμένο στο συνηθισμένο του ισότοπο λίθιο-7, 73Li) σχηματίζει το βασικό συστατικό του προτιμώμενου μείγματος αλάτων που χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες υγρών φθοριδίων. Τυπικά, το φθοριούχο λίθιο σε μείγμα με το φθοριούχο βηρύλλιο σχηματίζει έναν βασικό διαλύτη (FLiBe), μέσα στον οποίο διαλύονται φθορίδια του ουρανίου και του θορίου. Το φθοριούχο λίθιο είναι εξαιρετικά σταθερό χημικά και τα μείγματα FLiBe έχουν χαμηλά σημεία τήξης (360 - 459°C) και τις καλύτερες ιδιότητες (επιβράδυνσης) νετρονίων των συνδυασμών φθοριούχων αλάτων που είναι κατάλληλα για χρήση σε πυρηνικούς αντιδραστήρες. Στον πειραματικό αντιδραστήρα τηγμένων αλάτων χρησιμοποιήθηκαν δυο (2) διαφορετικά μείγματα για τα δυο (2) ψυκτικά κυκλώματα. Το φθοριούχο λίθιο χρησιμοποιείται ευρύτατα σε πολυμερικές διόδους εκπομπής φωτός (Polymer Light-Emitting Diodes) και σε οργανικές διόδους εκπομπής φωτός (OLED: Organic Light-Emitting Diodes) ως ένα «στρώμα ζευγαρώματος» (coupling layer) για την ενίσχυση της έγχυσης ηλεκτρονίων. Το πάχος του στρώματος φθοριούχου λιθίου είναι συνήθως γύρω στο 1 nm. Η διηλεκτρική σταθερά του φθοριούχου λιθίου είναι 9,0.