산화 리튬

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1. 개요
2. 생산
3. 구조
4. 성질
5. 반응
6. 용도
참조

1. 개요

산화 리튬(Li₂O)은 리튬과 산소의 화합물로, 백색 분말 형태의 이온 결정이다. 리튬 금속 연소, 과산화 리튬의 열분해, 수산화 리튬 또는 탄산 리튬의 분해 반응을 통해 생성된다. 산화 칼륨 및 산화 나트륨과 유사한 역형석형 구조를 가지며, 물과 반응하여 수산화 리튬을 생성하고 이산화 탄소를 흡수하여 탄산 리튬을 형성한다. 세라믹 유약의 플럭스, 열 차폐 코팅 시스템의 평가 및 모니터링, 리튬 금속 생산 등에 사용된다.

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산화 리튬 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
리튬 양이온과 산소 음이온의 배열을 나타내는 단위 세포 구조
리튬 산화물의 단위 세포의 이온 모델
"__ Li⁺ __ O²⁻"
산화 리튬
IUPAC 이름	산화 리튬
다른 이름	리시아 키커라이트 일산화 이리튬 산화 이리튬
식별 정보
CAS 등록번호	12057-24-8
PubChem CID	166630
UNII	2ON0O9YI0Q
ChemSpider ID	145811
InChI	1S/2Li.O/q2*+1;-2
InChIKey	FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYAW
SMILES	[Li+].[Li+].[O-2]
표준 InChI	1S/2Li.O/q2*+1;-2
표준 InChIKey	FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N
특성
화학식	Li₂O
몰 질량	29.88 g/mol
외형	하얀 고체
밀도	2.013 g/cm³
녹는점	1438 °C
끓는점	2600 °C
용해도	반응하여 LiOH 생성
LogP	9.23
굴절률	1.644
구조
결정 구조	반형석 (입방정계), cF12
공간군	Fm3m, No. 225
배위수	사면체 (Li⁺); 입방체 (O²⁻)
열화학
표준 생성 엔탈피	-20.01 kJ/g 또는 -595.8 kJ/mol
깁스 자유 에너지	-562.1 kJ/mol
엔트로피	37.89 J/mol·K
열용량	1.8105 J/g·K 또는 54.1 J/mol·K
위험성
주요 위험	부식성, 물과 격렬하게 반응
NFPA 704	H: 3 F: 0 R: 1 S: W
인화점	불연성
관련 화합물
다른 음이온	황화 리튬 셀렌화 리튬 텔루르화 리튬 폴로늄화 리튬
다른 양이온	산화 나트륨 산화 칼륨 산화 루비듐 산화 세슘
다른 리튬 산화물	과산화 리튬 초과산화 리튬
관련 화합물	수산화 리튬

2. 생산

산화 리튬은 리튬 금속이 공기 중에서 연소되어 100°C 이상의 온도에서 산소와 결합할 때 소량의 과산화 리튬과 함께 형성된다.^[2]

: 4Li + O₂ → 2Li₂O

450°C에서 과산화 리튬(Li₂O₂)을 열분해하여 순수한 Li₂O를 생산할 수 있다.^[1]^[3]

: 2Li₂O₂ → 2Li₂O + O₂

금속 리튬을 공기 중 및 산소 중에서 연소시키면 산화 리튬이 생성된다. 다른 알칼리 금속과 달리 산소와의 직접 반응에서는 과산화 리튬(Li₂O₂) 및 초산화 리튬(LiO₂)은 생성되지 않는다.

은 박으로 감싼 무수 수산화 리튬을 니켈 보트 내에서 감압 하에 675℃로 가열 분해하면 산화 리튬을 얻을 수 있다.^[8]

: 2LiOH → Li₂O + H₂O

또한 탄산 리튬을 700℃에서 50시간 감압 하에서 가열하여 분해시켜도 산화 리튬을 얻을 수 있다.

: Li₂CO₃ → Li₂O + CO₂

무수 과산화 리튬을 헬륨 중에서 450℃로 6시간 가열하여 분해시켜도 산화 리튬을 얻을 수 있다.

: 2Li₂O₂ → 2Li₂O + O₂

3. 구조

고체 산화 리튬은 반플루오라이트 구조를 가지며, 4배위 Li⁺ 중심과 8배위 산화물을 갖는다.^[4]

바닥 상태의 기체 Li₂O 분자는 강한 이온 결합과 일치하는 결합 길이를 갖는 선형 구조를 갖는다.^[5]^[6] VSEPR 이론에서는 H₂O와 유사한 굽은 형태를 예측할 것이다.

__ O²⁻　　__ Li⁺

산화 리튬은 산화 칼륨 및 산화 나트륨과 마찬가지로 입방정계의 역형석형 구조를 가지며, 리튬 이온(Li⁺)은 정사면체 4배위, 산화물 이온(O²⁻)은 입방체 8배위가 된다. 격자 상수는 a = 4.61Å이다.^[9]

4. 성질

산화 리튬은 리튬 금속이 공기 중에서 연소되어 100°C 이상의 온도에서 산소와 결합할 때 소량의 과산화 리튬과 함께 형성된다.^[2]

:4Li + O₂ → 2Li₂O.

순수한 Li₂O는 450°C에서 과산화 리튬(Li₂O₂)의 열분해로 생산될 수 있다.^[1]^[3]

:2Li₂O₂ → 2Li₂O + O₂

백색 분말이며 리튬 이온(Li⁺)과 산화물 이온(O^2-)으로 구성된 이온 결정이다. 다른 알칼리 금속 산화물보다 열역학적으로 안정하며 융점도 상당히 높다.

물과 반응하여 열을 발생시키며 수산화 리튬을 생성한다.

: Li₂O + H₂O → 2 LiOH, $\Delta H = -86.09 \rm{kJ\ mol^{-1}}$ ^[7]

: Li₂O + H₂O → 2 Li⁺(aq) + 2 OH^-(aq), $\Delta H = -133.20 \rm{kJ\ mol^{-1}}$ ^[7]

수증기 및 이산화 탄소를 흡수하기 쉽다.

: Li₂O + CO₂ → Li₂CO₃

5. 반응

이산화 탄소와 반응하면 탄산 리튬을 형성한다.^[7]

: $\ce{Li2O + CO2 -> Li2CO3}$

물과 천천히 반응하여 수산화 리튬을 생성한다.^[7]

: $\ce{Li2O + H2O -> 2LiOH}$ , $\Delta H = -86.09 \rm{kJ\ mol^{-1}}$

: $\ce{Li2O + H2O -> 2Li+(aq) + 2OH^{-}(aq)}$ , $\Delta H = -133.20 \rm{kJ\ mol^{-1}}$

수증기 및 이산화 탄소를 흡수하기 쉽다.

6. 용도

산화 리튬은 세라믹 유약의 플럭스로 사용되며, 구리와 함께 사용하면 파란색을, 코발트와 함께 사용하면 분홍색을 낸다. 산화 리튬은 물 및 증기와 반응하여 수산화 리튬을 생성하므로, 이들과 격리해야 한다.^[1]

또한, 열 차폐 코팅 시스템 내에서 비파괴 방출 분광법 평가 및 열화 모니터링에 대한 사용도 연구되고 있다. 이트리아와 함께 지르코니아 세라믹 탑 코트에 공동 도펀트로 첨가할 수 있으며, 코팅의 예상 수명 저하가 크지 않다. 고온에서 산화 리튬은 매우 감지 가능한 스펙트럼 패턴을 방출하며, 이는 코팅의 열화와 함께 강도가 증가한다. 이러한 시스템의 현장 모니터링을 구현하면, 고장 또는 필요한 유지 보수까지의 수명을 예측하는 효율적인 수단을 제공할 수 있다.^[1]

산화 리튬으로부터 전기 분해를 통해 리튬 금속을 얻을 수 있으며, 부산물로 산소가 방출된다.^[1]

참조

_[1] 서적 Handbook of Inorganic Chemicals McGraw-Hill 2002
_[2] 서적
_[3] 간행물 Lithium and Lithium Compounds Wiley-VCH: Weinheim 2005
_[4] 논문 Gitterstruktur der Oxyde, Sulfide, Selenide und Telluride des Lithiums, Natriums und Kaliums 1934
_[5] 서적 Structural Inorganic Chemistry Oxford Science Publications 1984
_[6] 논문 A spectroscopic determination of the bond length of the LiOLi molecule: Strong ionic bonding 2001
_[7] 간행물 The NBS tables of chemical thermodynamics properties 1982
_[8] 서적 新実験化学講座　無機化合物の合成I 丸善 1976
_[9] 서적 化学大辞典共立出版 1993
_[10] 서적 Handbook of Inorganic Chemicals McGraw-Hill 2002
_[11] 간행물 Lithium and Lithium Compounds Wiley-VCH: Weinheim 2005

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