Lithiumnitrid
| Kristallstruktur | |||||||||||||||||||
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| _ Li _ N3− | |||||||||||||||||||
| Kristallsystem |
hexagonal | ||||||||||||||||||
| Raumgruppe |
P6/mmm (Nr. 191) [1] | ||||||||||||||||||
| Allgemeines | |||||||||||||||||||
| Name | Lithiumnitrid | ||||||||||||||||||
| Verhältnisformel | Li3N | ||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
rotbrauner Feststoff mit ammoniakartigem Geruch[2] | ||||||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||||||||
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| Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| Molare Masse | 34,83 g·mol−1 | ||||||||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||||||||
| Dichte |
1,294 g·cm−3[3] | ||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | |||||||||||||||||||
| Löslichkeit |
reagiert heftig mit Wasser[2] | ||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). | |||||||||||||||||||
Lithiumnitrid, Li3N, ist eine chemische Verbindung, die aus Lithium und Stickstoff aufgebaut ist. Neben Li3N sind (bei zum Teil hohen Drücken) mit LiN2, LiN und LiN5 weitere Lithiumnitride bekannt.[6]
Synthese
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Lithiumnitrid wird durch Reaktion von Lithium mit Stickstoff hergestellt. Die Reaktion läuft schon bei Raumtemperatur ab, jedoch sehr langsam, so dass zur Synthese von Lithiumnitrid meist höhere Temperaturen verwendet werden:[7]
Struktur
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Im Lithiumnitrid bilden die Lithiumatome graphitähnliche hexagonale Ringe, in deren Zentrum sich ein Stickstoffatom befindet. Weitere Lithiumatome befinden sich oberhalb und unterhalb des Stickstoffkerns, so dass jeder Stickstoff in einer hexagonal-bipyramidalen Geometrie von acht Lithiumkernen umgeben ist.[7][1]
Eigenschaften
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Physikalische Eigenschaften
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Lithiumnitrid ist ein feines, rot-braunes Pulver mit einer Dichte von 1,38 g·cm−3 bei Standardbedingungen. Es schmilzt bei 813 °C und ist unter Ausschluss von Feuchtigkeit und Luft stabil.[8][9][10] Lithiumnitrid ist ein guter Ionenleiter.[8]
Die Bildungsenthalpie von Lithiumnitrid beträgt −207 kJ/mol.[11]
Chemische Eigenschaften
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Lithiumnitrid ist eine Superbase, da das N3−-Ion stark basisch reagiert. Mit Wasser hydrolysiert Lithiumnitrid zu Lithiumhydroxid und Ammoniak.[7]
Beim Erhitzen im Wasserstoffstrom bildet sich Lithiumhydrid.[12] Als Zwischenstufen entstehen Lithiumamid (LiNH2) und Lithiumimid (Li2NH).[13]
Beim Erhitzen von Lithiumnitrid mit Metallchloriden bilden sich Lithiumchlorid und das betreffende Metallnitrid.[12]
Verwendung
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]In der Metallurgie wird Lithiumnitrid zum Einbringen von Stickstoff in Legierungen verwendet.[14]
Lithiumnitrid wurde auch für die Wasserstoffspeicherung, zum Beispiel für Brennstoffzellen untersucht, da es durch Reaktion bis zu 9,3 Gew.-% Wasserstoff aufnehmen kann. Dabei entsteht neben Lithiumhydrid zuerst Lithiumimid, bevor sich schließlich Lithiumamid bildet. Dabei ist die Reaktion zwischen Lithiumimid Li2NH und -amid LiNH2 reversibel, was einem Massenanteil von etwa 7 % entspricht. Für eine Anwendung sind allerdings die notwendigen Temperaturen von 255 °C noch zu hoch.[15][16][17]
Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ a b Struktur von Li3N ( vom 19. Juli 2012 im Internet Archive).
- ↑ a b Datenblatt Lithiumnitrid bei Alfa Aesar, abgerufen am 15. Dezember 2010 (Seite nicht mehr abrufbar).
- ↑ Inorganic Syntheses. John Wiley & Sons, 2009, ISBN 0-470-13288-4, S. 53 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ R.M Yonco, E. Veleckis, V.A Maroni: Solubility of nitrogen in liquid lithium and thermal decomposition of solid Li3N. In: Journal of Nuclear Materials. 57, 1975, S. 317, doi:10.1016/0022-3115(75)90216-0.
- ↑ a b Datenblatt Lithium nitride bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 7. November 2021 (PDF).
- ↑ Dominique Laniel, Gunnar Weck, Paul Loubeyre: Direct Reaction of Nitrogen and Lithium up to 75 GPa: Synthesis of the Li3N, LiN, LiN2, and LiN5 Compounds. In: Inorganic Chemistry. 57, 2018, S. 10685, doi:10.1021/acs.inorgchem.8b01325.
- ↑ a b c A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9, S. 1153.
- ↑ a b Albrecht Rabenau: Lithiumnitrid und verwandte Stoffe, Ihre wissenschaftliche und praktische Bedeutung. Sila-Substitutionen. Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen 1981, ISBN 978-3-663-01758-5, S. 12 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Peter Paetzold: Chemie: Eine Einführung. Walter de Gruyter, Berlin 2009, ISBN 978-3-11-021135-1, S. 636 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
- ↑ Hermann Sicius: Wasserstoff und Alkalimetalle: Elemente der ersten Hauptgruppe. Springer Fachmedien, Wiesbaden 2016, ISBN 978-3-658-12268-3, S. 23, doi:10.1007/978-3-658-12268-3.
- ↑ M. Guntz: Sur l'azoture de lithium. In: Compt. Rend. Hebd. Band 123, 1896, S. 995–997 (Digitalisat auf Gallica).
- ↑ a b R. Abegg, F. Auerbach, I. Koppel: Handbuch der anorganischen Chemie. 2. Band, 1. Teil, Verlag S. Hirzel, 1908, S. 134 (Volltext).
- ↑ K. A. Hofmann: Lehrbuch der anorganischen Chemie. 2. Auflage, Verlag F. Vieweg & Sohn, 1919, S. 441 (Volltext).
- ↑ D. L. Perry, S. L. Phillips: Handbook of Inorganic Compounds: An Electronic Database. CRC Press, 1995, ISBN 978-0-8493-8671-8, S. 228.
- ↑ Jan Oliver Löfken: Neuer Wasserstoffspeicher aus Lithiumnitrid entdeckt. In: Bild der Wissenschaft. Abgerufen am 8. September 2019.
- ↑ Neues Speichermedium für Wasserstoff entwickelt. In: innovations-report.de. 25. November 2002, abgerufen am 3. September 2017.
- ↑ Ping Chen, Zhitao Xiong, Jizhong Luo, Jianyi Lin, Kuang Lee Tan: Interaction of hydrogen with metal nitrides and imides. In: Nature. Band 420, Nr. 6913, Oktober 2002, S. 302–304, doi:10.1038/nature01210.