초과산화 리튬
| 식별자 | |
|---|---|
| 성질 | |
| LiO2 | |
| 몰 질량 | 38.94 g/mol |
| 밀도 | g/cm3, solid |
| 녹는점 | <25 °C (decomposes) |
달리 명시된 경우를 제외하면, 표준상태(25 °C [77 °F], 100 kPa)에서 물질의 정보가 제공됨.
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초과산화 리튬(Lithium superoxide)은 초산리튬(超酸-.), 리튬 초과산화물, 이산화리튬, 리튬 슈퍼옥사이드라고도 하며 15K~40K에서만 분리되는 화합물이다.[1] 이 화합물은 적외선 분석(IR), 라만 분광법, 전자스핀공명, X-ray 분광학 등 다양한 이론적 방법으로 분석되는 불안정한 자유 라디칼이다.[1]
구조
[편집]실험적연구는 초과산화리튬의 분자가 큰 이온 결합을 가지고 있다고 나타내며[2] 18개의 값들은 6개의 동위원소를 이용해 이루어졌다. 또한, 이것은 끊임없는 힘 사이에 일정하게 찾아지는 O₂-이온이 두 산소원자들과 일치한다는 것과 LiO₂분자 안에 전자쌍을 공유하지 않는 것이 적다는 것을 보여준다.
O-O결합의 길이는 1.34Å으로 결정된다. 또, 간단한 결정구조 최적화를 사용해 Li-O 결합은 거의 2.10Å으로 계산된다.[3] 초과산화리튬은 π 분자 오비탈 안에 이상전자를 주기 때문에 극히 반응성이 크다.[4]
LiO₂분자들에 의해 형성되는 무리들을 간주하는 연구들이 꽤 있다. 가장 보편적인 2분자체는 케이지 이성질체에서 찾아졌다. 또, 이 분자는 단독 양추 구조를 가진다.
반응
[편집]리튬-이온 배터리 안에서 방전되는 동안 하나의 전자가 감소될 때 리튬 초과산화물은 다음 반응을 따른다.[5]
Li++e-+O2→LiO2
이 생산물은 반응하고 과산화리튬 Li2O2을 만들어 낼 것이다:
2LiO2→Li2O2+O2
이 마지막 반응의 구조는 확실하지 않으며 화학자들은 어떤 반응이 일어나는지 이론의 발전시키는데 어려움을 겪고 있다.
이 반응을 행하는 완벽한 용액은 찾아지고 있으며 중요한 달성을 이루었다; 에테르- 그리고 아미드에 기초한 용액이 최근 들어 사용되나 이 화합물들은 손쉽게 산소와 반응하고 분해된다.[6] 산소와의 반응에 저항하는 적절한 용액을 필요로 한다.
화합물의 존재
[편집]초과산화리튬은 대부분 재충전 가능한 리튬 배터리에 사용된다. 연구자들은 이 배터리들에 의해 생산되는 퍼텐셜 에너지에 기대를 두고 있다. -어떤 사람은 이를 내연기관에 비교하기도 한다.[5] 한 연구는 알칼리금속의 초과산화물은 알칼리 금속이 대기 안에 있는 기능에 영향을 준다고 말한다. 알칼리 금속은 중권에서 두드러지게 나타나며 초과산화물들은 과한 양의 산소와 반응한 후에 찾아진다.[7]
2016년 1월, 미국 아곤국립연구소에서 연구자들은 알맞은 그래핀 기반 음극을 사용함으로서 LiO2 결정을 Li-O2 배터리 안에서 안정시킬 수 있다고 주장했다.[8]
같이 보기
[편집]각주
[편집]- ↑ 가 나 Bryantsev, V.S.; Blanco, M.; Faglioni, F. Stability of Lithium Superoxide LiO2 in the Gas Phase: Computational Study of Dimerization and Disproportionation Reactions. J. Phys. Chem. A, 2010, 114 (31), 8165–816.
- ↑ Andrews, L. Infrared Spectrum, Structure, Vibrational Potential Function, and Bonding in the Lithium Superoxide Molecule LiO2. J. Phys. Chem. 1969, 50, 4288.
- ↑ Lau, K.C.; Curtiss, L.A. Density Functional Investigation of the Thermodynamic Stability of Lithium Oxide Bulk Crystalline Structures of Oxygen Pressure. J. Phys. Chem. 2011, 115 (47), 23625-23633.
- ↑ Lindsay, D.M.; Garland, D.A. ESR Spectra of Matrix-Isolated LiO2. J. Phys. Chem. 1987, 91(24), 6158-6161.
- ↑ 가 나 Das, U.; Lau, K.C.; Redfern, P.C.; Curtiss, L.A. Structure and Stability of Lithium Superoxide Clusters and Relevance to Li—O2 Batteries. J. Phys. Chem., 2014, 5 (5), 813-819.
- ↑ Bryantsev, V.S.; 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.
- ↑ Plane, J.M.C.; Rajasekhar, B.; Bartolotti, L. Theoretical and Experimental Determination of the Lithium and Sodium Superoxide Bond Dissociation Energies. J. Phys. Chem. 1989, 93, 3141-3145.
- ↑ Lu, Jun (2016). “A lithium - oxygen battery based on lithium superoxide”. 《Nature》. 377–381쪽. doi:10.1038/nature16484.