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:
6Li + N2 ->[\ce{300^{o}C}] 2Li3N.
Взаимодействием гидрида лития с азотом:
3 LiH + N2 ->[\ce{500^{o}C}] Li3N + NH3.
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
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/мольM. Guntz: Sur l'azoture de lithium. In: Compt. Rend. Hebd. Band 123, 1896, S. 995–997 ()..
В нормальных условиях устойчива кристаллическая структура гексагональной сингонии, называемая \alpha-Li3N, 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) \alpha-Li3N переходит в \beta-Li3N, имеющий структуру арсенида натрия (Na3As). При повышении давления свыше 360 кбар \beta-Li3N переходит в \gamma-Li3N со структурой типа Li3Bi.
В кристалле \alpha-Li3N 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 бипирамидыКристаллическая структура Li3N.Holleman A. F., Wiberg E., Wiberg N. Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9, S. 1153..
Нитрид лития является твёрдым электролитом — обладает ионной электропроводимостью по ионам Li+ 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).
\alpha-Li3N 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:
2Li3N ->[\ce{400^{o}C}] 6Li + N2.
Нитрид лития энергично взаимодействует с водой с образованием гидроксида лития и аммиака:
Li3N + 3H2O ->3LiOH + NH3.
Нитрид лития при повышенной температуре взаимодействует с водородом с образованием гидрида лития и аммиака:
Li3N + 3H2 -> 3LiH + NH3.
При взаимодействии нитрида лития с водородом при 300 °C и повышенном давлении (более 0,5 МПа) образуется смесь гидрида лития и амида лития:
Li3N\ {+}\ 2H2 -> [\ce{300^{o}C},\ \ 0,5\ \ce{MPa}] LiNH2\ {+}\ 2LiH.
Разлагается кислотами с образованием соответствующих кислоте солей лития и аммония:
Li3N + 4HCl -> 3LiCl + NH4Cl.
Известно также много смешанных нитридов лития, некоторые из них: LiMgN,\ LiZnN,\ Li3AlN2,\ Li5SiN3,\ Li5TiN3,\ Li5GeN3.
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.
Примечания
Литература
Категория:Амиды лития Л Категория:Соединения азота по алфавиту