Καρβίδιο του λιθίου

Καρβίδιο του λιθίου
Γενικά
Όνομα IUPAC	Διλιθιο(+1)αιθίνιο
Άλλες ονομασίες	Καρβίδιο του λιθίου; Αιθινικό διλίθιο; Διανθρακούχο διλίθιο ; Υπερκαρβίδιο του λιθίου ; Ακετυλενίδιο του διλιθίου
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	Li2C2
Μοριακή μάζα	37,9034 amu
Σύντομος; συντακτικός τύπος	Li C ≡ C Li
Αριθμός CAS	1070-75-3
SMILES	[Li+].[Li+].[C-]#[C-]
InChI	1S/C2.2Li/c1-2;;/q-2;2*+1
Αριθμός EINECS	213-980-1
ChemSpider ID	59503
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	>550 °C
Πυκνότητα	1.300 kg/m3
Χημικές ιδιότητες
	Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το καρβίδιο του λιθίου (αγγλικά: lithium carbide)^[1] είναι δυαδική χημική ένωση του λιθίου και του άνθρακα, με χημικό τύπο Li₂C₂. Πιο συγκεκριμένα είναι ένα ακετυλενίδιο. Είναι μια ενδιάμεση ένωση που παράγεται κατά τη διάρκεια της ραδιοχρονολόγησης με άνθρακα. Το καρβίδιο του λιθίου ανήκει σε ένα (σχετικά) εκτεταμένο σύνολο ενώσεων άνθρακα και λιθίου, που συμπεριλαμβάνουν τα ακόλουθα καρβίδια:

Ανθρακούχο τετραλίθιο (Li₄C).
Διανθρακούχο εξαλίθιο (Li₆C₂).
Τριανθρακούχο οκταλίθιο (Li₈C₃).
Τριανθρακούχο εξαλίθιο (Li₆C₃).
Τριανθρακούχο τετραλίθιο (Li₄C₃).
Πεντανθρακούχο τετραλίθιο (Li₄C₅).

Υπάρχουν επίσης και οι ακόλουθες «ενώσεις παρεμβολής» σε γραφίτη:

Γραφιτιούχο λίθιο (LiC₆).
Διγραφιτιούχο λίθιο (LiC₁₂).
Τριγραφιτιούχο λίθιο (LiC₁₈).

Το καρβίδιο του λιθίου είναι η πιο θερμοδυναμικά σταθερή δυαδική ένωση άνθρακα - λιθίου εμπλουτισμένη σε λίθιο^[2] και είναι η μόνη από αυτές που μπορεί να ληφθεί με απευθείας αντίδραση των στοιχείων που την αποτελούν. Για πρώτη φορά παράχθηκε από τον Μοϊσσέν, το 1896^[3], με αντίδραση άνθρακα και ανθρακικού λιθίου:

$\mathrm {4C+Li_{2}CO_{3}{\xrightarrow {\triangle }}Li_{2}C_{2}+3CO\uparrow }$

Οι άλλες γνωστές ενώσεις δυαδικές άνθρακα - λιθίου παράγονται με αντίδραση μεταλλικού λίθίου και του αντίστοιχου πολυχλωριωμένου υδρογονάνθρακα. Π.χ., το ανθρακούχο τετραλίθιο (Li₄C) παράγεται με μεταλλικού επίδραση λιθίου σε τετραχλωράνθρακα (CCl₄):

$\mathrm {8Li+CCl_{4}{\xrightarrow {}}Li_{4}C+4LiCl}$

Μερικές φορές, ιδιαίτερα σε αγγλόφωνα συγγράμματα, γίνεται σύγχυση μεταξύ του καρβιδίου του λιθίου (lithium carbide, Li₂C₂) και του ανθρακικού λιθίου (lithium carbonate, Li₂CO₃), εξαιτίας της σχετικής ομοιότητας των ονομάτων.

Δομή

Το καρβίδιο του λιθίου είναι ένα άλας που μπορεί να τυποποιηθεί με τη μορφή Li⁺⁻C≡C⁻Li⁺. Σε υψηλές θερμοκρασίες, το καρβίδιο του λιθίου μετατρέπεται αντιστρεπτά σε κυβική δομή αντιφθοριδίου^[4].

Το καρβίδιο του λιθίου είναι μια ένωση φάσης Ζίντι (Zintl phase) και υπάρχει ως ένα άλας 2Li⁺C₂^2-. Η (υψηλή) χημική του δραστικότητα, σε συνδυασμό με τη δυσκολία ανάπτυξης κατάλληλων απλών κρυστάλλων, έχει καταστήσει δυσχερή τον καθορισμό της κρυσταλλικής δομής του. Υιοθετεί μια κρυσταλλική δομή διεστραμμένου αντιφθορίτη, παρόμοια με αυτήν του υπεροξείδιου του ρουβιδίου (Rb₂O₂) και του υπεροξείδιου του καισίου (Cs₂O₂). Κάθε κατιόν λιθίου περικυκλώνεται από έξι (6) άτομα άνθρακα τεσσάρων (4) διαφορετικών διανιόντων ακετυλενιδίου (C₂^2-), με τα δυο να διατάσονται κάθετα και τα άλλα δυο οριζόντια.^[2]^[5] Η παρατηρούμενη διατομική απόσταση των ατόμων άνθρακα (C-C) ανέρχεται σε 120 pm, δείχνοντας την παρουσία τριπλού δεσμού (C ≡ C). Σε υψηλές θερμοκρασίες η κρυσταλλική δομή μεταμορφώνεται αντιστρεπτά σε μια κυβική δομή αντιφθορίτη.^[6]

Παραγωγή

Στο εργαστήριο, δείγματα καρβιδίου του λιθίου μπορούν να παραχθούν επιδρώντας αιθίνιο σε διάλυμα μεταλλικού λιθίου σε αμμωνία (NH₃) στους -40°C, που οδηγεί αρχικά στην παραγωγή του συμπλόκου Li₂C₂ • C₂H₂ • 2NH₃. Το τελευταίο, διασπάται στη θερμοκρασία δωματίου (20 °C), εκλύοντας ένα ρεύμα διυδρογόνου (H₂) και δίνοντας καρβίδιο του λιθίου σε μορφή λευκής σκόνης. Η αναλυτική απόδοση των σχετικών στοιχειομετρικών εξισώσεων είναι η ακόλουθη:^[7]

$\mathrm {2Li+2NH_{3}{\xrightarrow[{-H_{2}\uparrow }]{-40^{o}C}}2LiNH_{2}{\xrightarrow {+2C_{2}H_{2}}}C_{2}H_{2}\cdot Li_{2}C_{2}\cdot 2NH_{3}{\xrightarrow {20^{o}C}}C_{2}H_{2}+Li_{2}C_{2}+2NH_{3}}$

Τα δείγματα που παράγονται με αυτόν τον τρόπο γενικά είναι φτωχικά κρυσταλλωμένα.

Μια ακόμη δυνατότητα παραγωγής καρβιδίου του λιθίου είναι η επίδραση λιθίου σε διχλωραιθίνιο^[8]:

$\mathrm {ClC\equiv CCl+2Li{\xrightarrow {}}Li_{2}C_{2}+2LiCl}$

Κρυσταλλικά δείγματα καρβιδίου του λιθίου μπορούν να παραχθούν με αντίδραση ανάμεσα σε τήγμα μεταλλικού λιθίου και γραφίτη σε θερμοκρασίες άνω των 1000 °C:

$\mathrm {2Li+2C{\xrightarrow {>1000^{o}C}}Li_{2}C_{2}}$

Μια άλλη μέθοδο παραγωγής καρβιδίου του λιθίου αποτελεί η επίδραση διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) σε τήγμα λιθίου:

$\mathrm {10Li+2CO_{2}{\xrightarrow {\triangle }}Li_{2}C_{2}+4Li_{2}O}$

Ακόμη μία μέθοδο παραγωγής καρβιδίου του λιθίου αποτελεί η θέρμανση μεταλλικού λιθίου σε ατμόσφαιρα αιθενίου ή αιθινίου:

$\mathrm {6Li+CH_{2}=CH_{2}{\xrightarrow {\triangle }}Li_{2}C_{2}+4LiH}$

ή

$\mathrm {4Li+HC\equiv CH{\xrightarrow {\triangle }}Li_{2}C_{2}+2LiH}$

Επίσης, το υδρίδιο του λιθίου (LiH) αντιδρά με γραφίτη στους 400 °C, σχηματίζοντας καρβίδιο του λιθίου:

$\mathrm {2LiH+4C{\xrightarrow {400^{o}C}}Li_{2}C_{2}+C_{2}H_{2}}$

Τέλος, καρβίδιο του λιθίου μπορεί να σχηματιστεί με επίδραση βουτυλολιθίου (BuLi) σε αιθίνιο, με τη χρήση THF ή |Et₂O| ως διαλύτη:

$\mathrm {2BuLi+HC\equiv CH{\xrightarrow {THF\ {\acute {\eta }}\ |Et_{2}O|}}Li_{2}C_{2}\downarrow +2BuH}$

Η αντίδραση αυτή είναι γρήγορη και πολύ εξώθερμη.

Xημική συμπεριφορά

Η κυριότερη χημική ιδιότητα του καρβιδίου του λιθίου είναι η ταχύτατη υδρόλυσή του, από την οποία συμπαράγονται αιθίνιο και υδροξείδιο του λιθίου (LiOH):

$\mathrm {Li_{2}C_{2}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}HC\equiv CH+2LiOH}$

Εφαρμογή στη ραδιοχρονολόγηση με άνθρακα

Κύριο άρθρο: Ραδιοχρονολόγηση

Υπάρχουν αρκετές μεθοδοι που μπορούν να εφαρμοστούν, σύμφωνα με κάποιες από τις οποίες το δείγμα καίγεται, παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα, που αντιδρά με λίθιο. Σύμφωνα με κάποιες άλλες, το ανθρακούχο δείγμα αντιδρά απευθείας με μεταλλικό λίθιο^[9]. Το αποτέλεσμα και των δυο παραπάνω μεθόδων είναι το ίδιο: η παραγωγή καρβιδίου του λιθίου, από το οποίο μπορούν να ληφθούν ενώσεις που είναι εύκολο να μετρηθούν κατά μάζα, όπως το αιθίνιο ή και το βενζόλιο^[10]. Παρουσία αζώτου, μπορεί να συμπαραχθεί αζίδιο του λιθίου (Li₃N), που με τη σειρά του παράγει αμμωνία (NH₃), όταν υδρολυθεί, «μολύνοντας» το επίσης αέριο αιθίνιο. Αυτή η πηγή συστηματικού σφάλματος πρέπει να συνυπολογισθεί, ώστε το αποτέλεσμα να διορθωθεί κατάλληλα.

Aναφορές και σημειώσεις

↑ Για τις εναλλακτικές ονομασίες δείτε το διπλανό πληροφοριακό πίνακα.
↑ ^2,0 ^2,1 Ruschewitz, Uwe (September 2003). «Binary and ternary carbides of alkali and alkaline-earth metals». Coordination Chemistry Reviews 244 (1-2): 115–136. doi:10.1016/S0010-8545(03)00102-4.
↑ H. Moissan Comptes Rendus hebd. Seances Acad. Sci. 122, 362 (1896)
↑ U. Ruschewitz, R. Pöttgen (1999). «Structural Phase Transition in Li₂C₂». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 625 (10): 1599–1603. doi:10.1002/(SICI)1521-3749(199910)625:10<1599::AID-ZAAC1599>3.0.CO;2-J.
↑ Juza, Robert; Opp, Karl (November 1951). «Metallamide und Metallnitride, 24. Mitteilung. Die Kristallstruktur des Lithiumamides» (στα German). Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 266 (6): 313–324. doi:10.1002/zaac.19512660606.
↑ U. Ruschewitz; R. Pöttgen (1999). «Structural Phase Transition in Li₂C₂». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 625 (10): 1599–1603. doi:10.1002/(SICI)1521-3749(199910)625:10<1599::AID-ZAAC1599>3.0.CO;2-J.
↑ Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 159, §6.9.10α. εφαρμογή για Li αντί Na και για τα δυο άτομα υδρογόνου του αιθινιου.
↑ Εφαρμογή της γενικής μεθόδου παραγωγής ενώσεων λιθίου - άνθρακα.
↑ Swart E.R. (1964). «The direct conversion of wood charcoal to lithium carbide in the production of acetylene for radiocarbon dating». Cellular and Molecular Life Sciences 20: 47. doi:10.1007/BF02146038.
↑ «University of Zurich Radiocarbon Laboratory webpage». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 1 Αυγούστου 2009. Ανακτήθηκε στις 6 Φεβρουαρίου 2013.

[1] Για τις εναλλακτικές ονομασίες δείτε το διπλανό πληροφοριακό πίνακα.

[rev1-2] 2,0 ^2,1 Ruschewitz, Uwe (September 2003). «Binary and ternary carbides of alkali and alkaline-earth metals». Coordination Chemistry Reviews 244 (1-2): 115–136. doi:10.1016/S0010-8545(03)00102-4.

[3] H. Moissan Comptes Rendus hebd. Seances Acad. Sci. 122, 362 (1896)

[4] U. Ruschewitz, R. Pöttgen (1999). «Structural Phase Transition in Li₂C₂». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 625 (10): 1599–1603. doi:10.1002/(SICI)1521-3749(199910)625:10<1599::AID-ZAAC1599>3.0.CO;2-J.

[5] Juza, Robert; Opp, Karl (November 1951). «Metallamide und Metallnitride, 24. Mitteilung. Die Kristallstruktur des Lithiumamides» (στα German). Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 266 (6): 313–324. doi:10.1002/zaac.19512660606.

[6] U. Ruschewitz; R. Pöttgen (1999). «Structural Phase Transition in Li₂C₂». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 625 (10): 1599–1603. doi:10.1002/(SICI)1521-3749(199910)625:10<1599::AID-ZAAC1599>3.0.CO;2-J.

[7] Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 159, §6.9.10α. εφαρμογή για Li αντί Na και για τα δυο άτομα υδρογόνου του αιθινιου.

[8] Εφαρμογή της γενικής μεθόδου παραγωγής ενώσεων λιθίου - άνθρακα.

[9] Swart E.R. (1964). «The direct conversion of wood charcoal to lithium carbide in the production of acetylene for radiocarbon dating». Cellular and Molecular Life Sciences 20: 47. doi:10.1007/BF02146038.

[10] «University of Zurich Radiocarbon Laboratory webpage». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 1 Αυγούστου 2009. Ανακτήθηκε στις 6 Φεβρουαρίου 2013.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

CH₄ C_xH_y
Li₂C₂	Be₂C											B₄C	C₂	(CN)₂ C_xN_y	CO CO₂ C_xO_y	CF₄
Na₂C₂	Mg₂C											Al₄C₃	SiC	CP	CS CS₂	CCl₄
K₂K₂	CaC₂	Sc₃C₄	TiC	VC	Cr₃C₂	Mn₃C	Fe₃C	Co₂C	Ni₃C	Cu₂C Cu₂C₂	ZnC		GeC	AsC	CSe₂	CBr₄
Rb₂C₂	SrC₂	YC₂	ZrC	NbC	MoC	TcC	RuC	RhC RhC₂	PdC	Ag₂C₂	CdC₂		Sn₂C SnC	SbC	TeC	CI₄
Cs₂C₂	BaC₂	La₂C	HfC	TaC_x	WC	Re₂C	OsC	IrC	PdC	Au₂C₂	HgC₂			BiC

		↓
		CeC₂	PrC	Nd₄C₃		SmC₂	EuC₂	Gd₄C₃	TbC₂	DyC₂	HoC	ErC	TmC	YbC	LuC
		ThC₂ ThC		UC		PuC

Καρβίδιο του λιθίου

Γενικά
Όνομα IUPAC	Διλιθιο(+1)αιθίνιο
Άλλες ονομασίες	Καρβίδιο του λιθίου Αιθινικό διλίθιο Διανθρακούχο διλίθιο Υπερκαρβίδιο του λιθίου Ακετυλενίδιο του διλιθίου
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	Li₂C₂
Μοριακή μάζα	37,9034 amu
Σύντομος συντακτικός τύπος	Li C ≡ C Li
Αριθμός CAS	1070-75-3
SMILES	[Li+].[Li+].[C-]#[C-]
InChI	1S/C2.2Li/c1-2;;/q-2;2*+1
Αριθμός EINECS	213-980-1
ChemSpider ID	59503
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	>550 °C
Πυκνότητα	1.300 kg/m³
Χημικές ιδιότητες
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).