Fluoruro de litio

¿Qué es el fluoruro de litio?

El fluoruro de litio es un sólido inorgánico cuya fórmula química es LiF. Está formado por los iones Li⁺ y F^–, los cuales están unidos a través de un enlace iónico. Se encuentra en pequeñas cantidades en varios minerales, especialmente silicatos como la lepidolita, en el agua del mar y en muchos pozos minerales.

Ha tenido un amplio uso en dispositivos ópticos debido a su transparencia en un gran intervalo de longitudes de onda, desde el espectro infrarrojo (IR) hasta el ultravioleta UV, pasando por el visible.

También ha sido empleado en dispositivos para detectar radiaciones peligrosas, en trabajos donde las personas se exponen durante corto tiempo. Además, es utilizado como material para fundir aluminio o para fabricar vidrios para lentes o gafas, y en la fabricación de cerámicas.

Sirve como material para recubrir componentes de baterías de ion litio y para prevenir la pérdida inicial de carga de estas.

Estructura del fluoruro de litio

El fluoruro de litio es un compuesto iónico, es decir, formado por la unión del catión Li⁺ y el anión F^–. La fuerza que los mantiene unidos es electrostática y se denomina enlace iónico.

Al combinarse el litio cede un electrón al flúor, quedando ambos en una forma más estable que la inicial, como se explica a continuación.

El litio posee la siguiente configuración electrónica: [He] 1s² 2s¹ y al ceder un electrón la estructura electrónica queda así: [He] 1s², la cual es mucho más estable.

El flúor, cuya configuración electrónica es: [Ne] 1s² 2s² 2p⁵, al aceptar el electrón, queda de la forma [Ne] 1s² 2s² 2p⁶, más estable.

Nomenclatura del fluoruro de litio

• Fluoruro de litio.
• Fluorolitio.
• Monofluoruro de litio.

Propiedades del fluoruro de litio

• Estado físico. Sólido blanco, que cristaliza en estructura cúbica, como el cloruro de sodio NaCl.
• Peso molecular. 26 g/mol.
• Punto de fusión. 848,2 °C.
• Punto de ebullición. 1673 °C, aunque se volatiliza a 1100-1200 °C.
• Densidad. 2,640 g/cm³
• Índice de refracción 1,3915.
• Solubilidad. Poco soluble en agua: 0,27 g/100 g de agua a 18 °C; 0,134 g/100 g a 25 °C. Soluble en medio ácido. Insoluble en alcohol.
• Otras propiedades. Sus vapores presentan especies diméricas (LiF)₂ y triméricas (LiF)₃. Con ácido fluorhídrico HF forma bifluoruro de litio LiHF₂; con hidróxido de litio forma una sal doble LiF.LiOH.

Obtención del fluoruro de litio y ubicación

El fluoruro de litio puede obtenerse mediante la reacción entre el ácido fluorhídrico HF y el hidróxido de litio LiOH o el carbonato de litio Li₂CO₃.

Sin embargo, se encuentra presente en pequeñas cantidades en ciertos minerales, como la lepidolita, y en el agua del mar.

Usos del fluoruro de litio

• En aplicaciones ópticas. El LiF se emplea en forma de cristales compactos en espectrofotómetros infrarrojos (IR) debido a la excelente dispersión que presentan en el intervalo de longitudes de onda entre 4000 y 1600 cm^-1. Los cristales grandes de LiF se obtienen de disoluciones saturadas de esta sal. Puede sustituir los cristales naturales de fluorita en diversos tipos de aparatos ópticos. Los cristales grandes y puros se emplean en sistemas ópticos para luz ultravioleta (UV), visible e IR y en monocromadores de rayos X (0,03-0,38 nm). También se emplea como material de recubrimiento óptico para la región UV debido a su ancha banda óptica, mayor que la de otros fluoruros de metales. Su transparencia en el UV lejano (90-200 nm) lo hacen ideal como recubrimiento protector en espejos de aluminio (Al). Los espejos LiF/Al tienen uso en sistemas de telescopios ópticos para aplicaciones en el espacio. Estos recubrimientos se logran mediante deposición física de vapor y deposición de capas a nivel atómico.

• En detectores de radiaciones ionizantes o peligrosas. El fluoruro de litio ha sido ampliamente utilizado en detectores termoluminiscentes para radiaciones de fotones, neutrones y partículas β (beta). Los detectores termoluminiscentes guardan la energía de la radiación cuando son expuestos a esta. Posteriormente, al calentarlos liberan la energía almacenada en forma de luz. Para esta aplicación, el LiF generalmente es dopado con impurezas de magnesio (Mg) y titanio (Ti). Estas impurezas generan ciertos niveles energéticos que actúan como huecos donde quedan atrapados los electrones liberados por la radiación. Cuando luego el material se calienta, estos electrones retornan a su estado energético original emitiendo luz. La intensidad de la luz emitida depende directamente de la energía absorbida por el material. Se han probado con éxito detectores termoluminiscentes de LiF para medir campos complejos de radiaciones, como las presentes en el Gran Colisionador de Hadrones, o LHC (por sus siglas del inglés Large Hadron Collider), ubicado en la Organización Europea para la Investigación Nuclear, conocida como CERN (por sus siglas del francés, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Las radiaciones en las experiencias realizadas en ese centro de investigación presentan hadrones, neutrones y electrones/positrones, entre otros tipos de partículas subatómicas, todas las cuales se pueden detectar con el LiF.
• Como material para prelitiar el cátodo de baterías de litio. El LiF ha sido probado con éxito en forma de nanocompuestos con cobalto (Co) y hierro (Fe) como materiales para la prelitiación (traducción del inglés prelithiation) del material del cátodo de baterías de ion litio. Durante el primer ciclo de carga o etapa de formación de una batería de ion litio, se descompone el electrolito orgánico para formar una fase sólida sobre la superficie del ánodo. Este proceso consume litio del cátodo y reduce la energía entre un 5 a 20% de la capacidad total de la batería de ion litio. Por esta razón, se ha investigado la prelitiación electroquímica del cátodo, lo que genera una extracción electroquímica de litio del nanocompuesto, el cual actúa como donante de litio, evitando así el consumo de litio del cátodo. Los nanocompuestos LiF/Co y LiF/Fe poseen una alta capacidad de donar litio al cátodo, siendo fáciles de sintetizar, estables en las condiciones ambientales y de procesamiento de la batería.
• En varios usos. El fluoruro de litio se emplea como fundente para soldaduras, en especial de aluminio, y en revestimientos de varillas para soldadura. También se usa en celdas de reducción de aluminio. Se utiliza mucho en la fabricación de vidrios (como por ejemplo los de las lentes) en los cuales disminuye el coeficiente de expansión. Se emplea también en la fabricación de cerámicas. Además, tiene uso en la manufactura de esmaltes y barnices vítreos. El LiF es un componente de combustibles para cohetes y de combustibles para cierto tipo de reactores. También se usa el LiF en diodos emisores de luz o componentes fotovoltaicos, para la inyección de electrones en capas internas.

Referencias

1. Cotton, F.A., Wilkinson, G. Advanced Inorganic Chemistry. Fourth Edition. John Wiley & Sons.
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3. Obryk, B. The response of different types of TL lithium fluoride detectors to high-energy mixed radiation fields. Radiation Measurements. Recuperado de sciencedirect.com.
4. Sun, Y. In Situ Chemical Synthesis of Lithium Fluoride/Metal Nanocomposite for High Capacity Prelithiation of Cathodes. Nano Letters. Recuperado de pubs.acs.org.
5. Hennessy, J., Nikzad, S. Atomic Layer Deposition of Lithium Fluoride Optical Coatings for the Ultraviolet. Inorganics. Recuperado de mdpi.com.