Superóxido de lítio - Lithium superoxide

Superóxido de lítio
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
  • InChI = 1S / Li.O2 / c; 1-2 / q + 1; -1
    Chave: GMZGUKXTXROVJB-UHFFFAOYSA-N
  • [Li +]. O = [O-]
Propriedades
LiO 2
Massa molar 38,94 g / mol
Densidade g / cm 3 , sólido
Ponto de fusão <25 ° C (decompõe-se)
Compostos relacionados
Outros cátions
Superóxido de sódio Superóxido de
potássio Superóxido de
rubídio
Óxidos de lítio relacionados
Óxido de
lítio peróxido de lítio
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referências da Infobox

Superóxido de lítio ( Li O 2 ) é um composto inorgânico , que só foi isolado em isolamento matriz experiências a 15-40 K . É um radical livre instável que foi analisado usando infravermelho (IV), Raman, eletrônico, ressonância de spin eletrônico, espectroscopias de raios-X suaves e uma variedade de métodos teóricos.

Estrutura

Estudos experimentais indicam que a molécula de LiO 2 contém ligações altamente iônicas . Dezoito valores diferentes foram obtidos usando seis espécies isotópicas. Isso indicou que a constante de força entre os dois átomos de oxigênio corresponde à constante encontrada para o íon O 2 - . Estudos indicam que há pouco ou nenhum caráter covalente na molécula de LiO 2 .

O comprimento da ligação para a ligação OO foi determinado como sendo 1,34 Å . Usando uma otimização de estrutura cristalina simples, a ligação Li-O foi calculada em aproximadamente 2,10 Å. O superóxido de lítio é extremamente reativo por causa do elétron ímpar presente no orbital molecular π * .

Existem poucos estudos sobre os clusters formados por moléculas de LiO 2 . O dímero mais comum é o isômero da gaiola. Em segundo lugar está a estrutura bipiramidal do singleto. Estudos também foram feitos no complexo da cadeira e no anel planar, mas esses dois são menos favoráveis, embora não necessariamente impossíveis.

Reações

Em uma bateria de lítio-ar , quando há uma redução de um elétron durante a descarga, o superóxido de lítio é formado como visto na seguinte reação:

Li + + e - + O 2 → LiO 2

Este produto irá então reagir e prosseguir para formar peróxido de lítio , Li 2 O 2 :

2LiO 2 → Li 2 O 2 + O 2

O mecanismo para esta última reação não foi confirmado e os químicos estão tendo dificuldades para desenvolver uma teoria do que pode estar acontecendo. Outro desafio significativo dessas baterias é encontrar um solvente ideal para realizar essas reações; solventes à base de éter e amida são usados ​​atualmente, mas esses compostos reagem prontamente com o oxigênio e se decompõem. Um solvente adequado deve ser capaz de resistir à autoxidação para permitir um longo ciclo de vida da bateria.

Presença do Composto

O uso predominante de superóxido de lítio é em baterias recarregáveis ​​de lítio . Como retratado nas reações acima, este composto de lítio é um componente principal como intermediário , uma área onde há muitas pesquisas a serem feitas. Os pesquisadores têm muita expectativa para a energia potencial que pode ser fornecida por essas baterias - alguns dizem que é comparável ao motor de combustão interna. Um estudo afirma que os superóxidos alcalinos também afetam a função dos metais alquil na atmosfera. Os metais alcalinos são encontrados predominantemente na mesosfera e os superóxidos são encontrados logo abaixo, onde o metal reage com o excesso de oxigênio. Raramente os superóxidos são estáveis ​​por um período significativo de tempo, pois existem meramente como estados de transição. Em janeiro de 2016, pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne, nos Estados Unidos, afirmaram que o LiO2 cristalino poderia ser estabilizado em uma bateria de Li-O2 usando um cátodo à base de grafeno adequado .

Veja também

Referências

  1. ^ a b c Bryantsev, VS; Blanco, M .; Faglioni, F. Estabilidade do Superóxido de Lítio LiO2 na Fase Gasosa: Estudo Computacional das Reações de Dimerização e Desproporcionamento. J. Phys. Chem. A, 2010 , 114 (31), 8165–816.
  2. ^ Andrews, L. Espectro infravermelho, Estrutura, Função Potencial Vibracional e Ligação na Molécula de Superóxido de Lítio LiO 2 . J. Phys. Chem . 1969 , 50 , 4288.
  3. ^ Lau, KC; Curtiss, LA Density Functional Investigation of the Thermodynamic Stability of Lithium Oxide Bulk Crystalline Structures of Oxygen Pressure. J. Phys. Chem. 2011 , 115 (47), 23625-23633.
  4. ^ Lindsay, DM; Garland, DA ESR Spectra of Matrix-Isolated LiO2. J. Phys. Chem. 1987 , 91 (24), 6158-6161.
  5. ^ a b Das, U .; Lau, KC; Redfern, PC; Curtiss, LA Structure and Stability of Lithium Superoxide Clusters and Relevance to Li-O2 Batteries. J. Phys. Chem ., 2014 , 5 (5), 813-819.
  6. ^ Bryantsev, VS; Faglioni, F. Predicting Autoxidation Stability of Ether- and Amide-Based Electrolyte Solvents for Li-Air Batteries. J. Phys. Chem. A. 2012 , 116 (26), 7128–7138.
  7. ^ Plano, JMC; Rajasekhar, B .; Bartolotti, L. Determinação Teórica e Experimental das Energias de Dissociação da Ligação Superóxido de Lítio e Sódio. J. Phys. Chem. 1989 , 93 , 3141-3145.
  8. ^ Lu, junho (2016). “Uma bateria de lítio-oxigênio baseada em superóxido de lítio” . Nature . 529 (7586): 377–381. doi : 10.1038 / nature16484 . PMID  26751057 . S2CID  4452883 .