Lithiumnitrid

Kristallstruktur
Kristallstruktur von Lithiumnitrid
Vorlage:Farbe Li+ 0 Vorlage:Farbe N3−
Kristallsystem	hexagonal
Raumgruppe	P6/mmm (Nr. 191)Vorlage:Raumgruppe/191 <ref name="Kristall" />
Allgemeines
Name	Lithiumnitrid
Verhältnisformel	Li3N
Kurzbeschreibung	rotbrauner Feststoff mit ammoniakartigem Geruch<ref name="alfa">Datenblatt Vorlage:Linktext-Check bei Alfa AesarVorlage:Abrufdatum (Seite nicht mehr abrufbar).</ref>
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 247-475-2 ECHA-InfoCard 100.043.144 PubChem 520242 ChemSpider 453793 DrugBank Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	34,83 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,294 g·cm−3<ref>Inorganic Syntheses. John Wiley & Sons, 2009, ISBN 0-470-13288-4, S. 53 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref>
Schmelzpunkt	813 °C<ref name="DOI10.1016/0022-3115(75)90216-0">R.M Yonco, E. Veleckis, V.A Maroni: Solubility of nitrogen in liquid lithium and thermal decomposition of solid Li3N. In: Journal of Nuclear Materials. 57, 1975, S. 317, doi:10.1016/0022-3115(75)90216-0.</ref>
Löslichkeit	reagiert heftig mit Wasser<ref name="alfa" />
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="Sigma">Datenblatt Vorlage:Linktext-Check bei Sigma-AldrichVorlage:Abrufdatum (PDF).</ref> Gefahrensymbol Gefahrensymbol Gefahr H- und P-Sätze H: 260​‐​314 EUH: 014​‐​029 P: 223​‐​231+232​‐​280​‐​305+351+338​‐​370+378​‐​422<ref name="Sigma" />
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Lithiumnitrid, Li₃N, ist eine chemische Verbindung, die aus Lithium und Stickstoff aufgebaut ist. Neben Li₃N sind (bei zum Teil hohen Drücken) mit LiN₂, LiN und LiN₅ weitere Lithiumnitride bekannt.<ref name="DOI10.1021/acs.inorgchem.8b01325">Dominique Laniel, Gunnar Weck, Paul Loubeyre: Direct Reaction of Nitrogen and Lithium up to 75 GPa: Synthesis of the Li3N, LiN, LiN2, and LiN5 Compounds. In: Inorganic Chemistry. 57, 2018, S. 10685, doi:10.1021/acs.inorgchem.8b01325.</ref>

Synthese

Lithiumnitrid wird durch Reaktion von Lithium mit Stickstoff hergestellt. Die Reaktion läuft schon bei Raumtemperatur ab, jedoch sehr langsam, so dass zur Synthese von Lithiumnitrid meist höhere Temperaturen verwendet werden:<ref name="wiberg">A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9, S. 1153.</ref>

<math>\mathrm{6\ Li \ + N_2 \ \xrightarrow{100^{\circ}C}\ 2 \ Li_3N }</math>

Struktur

Im Lithiumnitrid bilden die Lithiumatome graphitähnliche hexagonale Ringe, in deren Zentrum sich ein Stickstoffatom befindet. Weitere Lithiumatome befinden sich oberhalb und unterhalb des Stickstoffkerns, so dass jeder Stickstoff in einer hexagonal-bipyramidalen Geometrie von acht Lithiumkernen umgeben ist.<ref name="wiberg" /><ref name="Kristall">Struktur von Li₃N (Memento vom 19. Juli 2012 im Internet Archive).</ref>

Kristallstruktur von Lithiumnitrid

Kristallstruktur von Lithiumnitrid

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Lithiumnitrid ist ein feines, rot-braunes Pulver mit einer Dichte von 1,38 g·cm⁻³ bei Standardbedingungen. Es schmilzt bei 813 °C und ist unter Ausschluss von Feuchtigkeit und Luft stabil.<ref name=":0" /><ref>Peter Paetzold: Chemie: Eine Einführung. Walter de Gruyter, Berlin 2009, ISBN 978-3-11-021135-1, S. 636 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref><ref>Hermann Sicius: Wasserstoff und Alkalimetalle: Elemente der ersten Hauptgruppe. Springer Fachmedien, Wiesbaden 2016, ISBN 978-3-658-12268-3, S. 23, doi:10.1007/978-3-658-12268-3. </ref> Lithiumnitrid ist ein guter Ionenleiter.<ref name=":0">Albrecht Rabenau: Lithiumnitrid und verwandte Stoffe, Ihre wissenschaftliche und praktische Bedeutung. Sila-Substitutionen. Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen 1981, ISBN 978-3-663-01758-5, S. 12 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref>

Die Bildungsenthalpie von Lithiumnitrid beträgt −207 kJ/mol.<ref name="Guntz">M. Guntz: Sur l'azoture de lithium. In: Compt. Rend. Hebd. Band 123, 1896, S. 995–997 (Digitalisat auf Gallica).</ref>

Chemische Eigenschaften

Lithiumnitrid ist eine Superbase, da das N³⁻-Ion stark basisch reagiert. Mit Wasser hydrolysiert Lithiumnitrid zu Lithiumhydroxid und Ammoniak.<ref name="wiberg" />

<chem>Li3N + 3H2O -> 3LiOH + NH3</chem>

Beim Erhitzen im Wasserstoffstrom bildet sich Lithiumhydrid.<ref name="Abegg">R. Abegg, F. Auerbach, I. Koppel: Handbuch der anorganischen Chemie. 2. Band, 1. Teil, Verlag S. Hirzel, 1908, S. 134 (Volltext).</ref> Als Zwischenstufen entstehen Lithiumamid (LiNH₂) und Lithiumimid (Li₂NH).<ref name="Hofmann">K. A. Hofmann: Lehrbuch der anorganischen Chemie. 2. Auflage, Verlag F. Vieweg & Sohn, 1919, S. 441 (Volltext).</ref>

<chem>2Li3N +3H2 -> 6LiH + N2 ^</chem>

Beim Erhitzen von Lithiumnitrid mit Metallchloriden bilden sich Lithiumchlorid und das betreffende Metallnitrid.<ref name="Abegg" />

Verwendung

In der Metallurgie wird Lithiumnitrid zum Einbringen von Stickstoff in Legierungen verwendet.<ref name="perry">D. L. Perry, S. L. Phillips: Handbook of Inorganic Compounds: An Electronic Database. CRC Press, 1995, ISBN 978-0-8493-8671-8, S. 228.</ref>

Lithiumnitrid wurde auch für die Wasserstoffspeicherung, zum Beispiel für Brennstoffzellen untersucht, da es durch Reaktion bis zu 9,3 Gew.-% Wasserstoff aufnehmen kann. Dabei entsteht neben Lithiumhydrid zuerst Lithiumimid, bevor sich schließlich Lithiumamid bildet. Dabei ist die Reaktion zwischen Lithiumimid Li₂NH und -amid LiNH₂ reversibel, was einem Massenanteil von etwa 7 % entspricht. Für eine Anwendung sind allerdings die notwendigen Temperaturen von 255 °C noch zu hoch.<ref>Jan Oliver Löfken: Neuer Wasserstoffspeicher aus Lithiumnitrid entdeckt. In: Bild der Wissenschaft. Abgerufen am 8. September 2019. </ref><ref>Neues Speichermedium für Wasserstoff entwickelt. In: innovations-report.de. 25. November 2002, abgerufen am 3. September 2017. </ref><ref>Ping Chen, Zhitao Xiong, Jizhong Luo, Jianyi Lin, Kuang Lee Tan: Interaction of hydrogen with metal nitrides and imides. In: Nature. Band 420, Nr. 6913, Oktober 2002, S. 302–304, doi:10.1038/nature01210. </ref>

<math>\mathrm{Li_3N \ + \ 2\ H_2 \ \longrightarrow\ Li_2NH \ + \ LiH \ + \ H_2\ \rightleftharpoons\ \ LiNH_2 + \ 2\ LiH}</math>

Einzelnachweise

<references />