Супероксид літію — це нестабільна неорганічна сіль із складом LiO2. Радикальна сполука, її можна отримати за низької температури в експериментах з матричною ізоляцією або в певних неполярних, непротонних розчинниках. Супероксид літію використовується як тимчасовим елементом під час відновлення кисню в літій-повітряному акамуляторі та служить головним обмеженням щодо можливих розчинників для такої батареї. З цієї причини його було ретельно досліджено за допомогою різноманітних методів, як теоретичних, так і спектроскопічних.
Структура Назва молекули LiO2 неточною, зв'язки між літієм та киснем є високоіонними, з майже повним переносом електронів. Силова константа між двома атомами кисню відповідає константам, виміряним для супероксидного аніона ( O2- ) в інших контекстах. Довжина зв'язку O-O була визначена як 1,34 Å . За допомогою простої оптимізації кристалічної структури було розраховано, що довжина зв'язку Li-O становить приблизно 2,10 Å.
Було проведено чимало досліджень щодо кластерів молекул, утворених LiO2. Найпоширенішим димером було виявлено каркасний ізомер. Другою після неї є синглетна пірамідальна структура.
Отримання Супероксид літію є надзвичайно реакційноздатним через непарну кількість електронів, присутніх на p- орбіталі супероксид-аніона. Методи матричної ізоляції дозволяють отримувати чисті зразки цієї сполуки, проте вони стабільні лише за температури від −258 °C до −233 °C.
При вищих (але все ще кріогенних) температурах супероксид літію можна отримувати шляхом озонування пероксиду літію ( LiO2) у фреоні-12:
Li2O2 + 2O3 -> 2 LiO2 + 2 O2
Отриманий продукт стабільний лише до −35 °C.
Розчинення літієвого сольватованого електрону в безводному аміаку відновлює газоподібний кисень, утворюючи LiO2 як продукт:
[Li+][e−] + O2 → [Li+][O2−]
Але супероксид літію метастабільний лише в аміаку, тому він поступово окиснює розчинник до води та газоподібного азоту:
2O2- + 2NH3 → N2 + 2H2O + 2OH-
На відміну від інших відомих процесів розкладання LiO2, ця реакція обминає пероксид літію».
Супероксид літію є продуктом одноелектронного відновлення молекули кисню. Таким чином, він з'являється щоразу, коли кисень змішується з одноелектронними окисно-відновними каталізаторами, такими як п -бензохінон.
У батареях Супероксид літію утворюється на катоді літій-повітряного гальванічного елемента під час розряду, як у наступній реакції:
Li+ +e- +O2 ->LiO2
Продукт цієї реакції продовжує реагувати, що призводить до утворення пероксиду літію, Li2O2
2LiO2 -> Li2O2 + O2
Механізм цієї останньої реакції не був підтверджений, і розробка повної теорії процесу відновлення кисню залишається теоретичною проблемою рік. Дійсно, нещодавні роботи свідчать про те, що можна стабілізувати за допомогою відповідного катода, виготовленого з графену з наночастинками іридію .
Значною проблемою під час дослідження цих батарей є пошук ідеального розчинника для проведення цих реакцій; поточними кандидатами є сполуки на основі ефірів та амідів, але ці сполуки легко реагують з супероксидом та розкладаються. Тим не менш, літій-повітряні елементи залишаються предметом інтенсивних досліджень через їхню велику щільність енергії, порівнянну з двигуном внутрішнього згоряння.
В атмосфері Супероксид літію також може утворюватися протягом тривалого часу в середовищах із низькою щільністю та високою енергією, таких як верхні шари атмосфери. Мезосфера містить постійний шар катіонів лужних металів, що утворилися внаслідок абляції метеорів. Для натрію та калію чимало цих іонів зв'язуються, утворюючи частинки відповідного супероксиду. Наразі неясно, чи повинен літій реагувати аналогічним чином.
Безпека Може посилити горіння як окиснювач. Необережна робота з речовиною без захисного одягу та окулярів може призвести до серйозних опіків шкіри, пошкодження очей.
Див. також
Оксид літію Пероксид літію
Посилання