Lithiumfluorid

Stoff und Aufbau

Lithiumfluorid (LiF) ist das Lithiumsalz der Fluorwasserstoffsäure. Es ist ein farbloser bis weißer, fester Stoff und bildet nur wenig wasserlösliche Kristalle. Die molare Masse beträgt 25,94 g·mol⁻¹, die Dichte 2,64 g·cm⁻³. Hydrate, also Kristalle mit eingebautem Wasser, sind bei Lithiumfluorid nicht bekannt.

LiF kristallisiert in der Natriumchlorid-Struktur. Das Kristallsystem ist kubisch flächenzentriert; die Raumgruppe lautet Fm3m (Nr. 225). Der Gitterparameter beträgt a = 402,6 pm beziehungsweise 4,026 Å. Lithiumionen Li⁺ und Fluoridionen F⁻ haben jeweils die Koordinationszahl 6: Jedes Ion ist somit von sechs Ionen der jeweils anderen Sorte umgeben.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Lithiumfluorid schmilzt bei 845 °C und siedet bei 1680 °C. Seine Löslichkeit in Wasser beträgt bei 25 °C nur 1,3 g·l⁻¹. Der Grund ist, dass die Gitterenergie, also die Energie des Ionengitters, größer als die Hydratationsenergie der Ionen im Wasser ist. Wässrige Lösungen reagieren leicht alkalisch und haben etwa pH 8.

Die kleinen Ionenradien von Li⁺ und F⁻ führen zu einer hohen Gitterenergie von 1034 kJ/mol. Diese erklärt die hohen Schmelz- und Siedepunkte. Die Standardbildungsenthalpie beträgt ΔHf⁰ = −620 kJ·mol⁻¹.

LiF ist für elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich, im sichtbaren Bereich und im Ultraviolettbereich stark durchlässig. Ein 8 mm dicker Einkristall lässt bei Wellenlängen von 140 nm bis 6000 nm mehr als 60 % der Strahlung hindurch. Der Brechungsindex beträgt 1,3921.

Mit Calciumfluorid bildet Lithiumfluorid ein Eutektikum, also ein Gemisch mit besonders niedrigem Schmelzpunkt. Es enthält 80,5 Molprozent LiF und 19,5 Molprozent CaF₂ und schmilzt bei 769 °C.

Lithiumfluorid ist als Gefahrstoff gekennzeichnet. Angegeben sind die H-Sätze H301, H315, H319 und H335 sowie der EUH-Satz EUH032. Der MAK-Wert beträgt 2,5 mg·m⁻³, bezogen auf Fluor. Als orale LD₅₀-Werte werden 200 mg·kg⁻¹ für Meerschweinchen und 143 mg·kg⁻¹ für Ratten genannt.

Herstellung und Anwendungen

Lithiumfluorid wird hergestellt, indem eine wässrige Lösung von Lithiumhydroxid oder Lithiumcarbonat mit Fluorwasserstoff umgesetzt wird. Anschließend wird die Lösung aufkonzentriert und getrocknet. Die Reaktionsgleichungen lauten:

LiOH + HF → LiF + H₂O

Li₂CO₃ + 2 HF → 2 LiF + H₂O + CO₂↑

Einkristalle aus Lithiumfluorid werden wegen ihrer Strahlungsdurchlässigkeit in IR-Spektrometern als Prismen eingesetzt. In der Röntgenspektroskopie dienen sie als Monochromatorkristalle, die Strahlung einer bestimmten Wellenlänge auswählen. In der Aluminiumherstellung kann LiF in Elektrolysebädern verwendet werden.

Außerdem eignen sich Lithiumfluoridkristalle für Detektoren ionisierender Strahlung, besonders für Thermolumineszenzdosimeter. Dabei wird häufig Lithiumfluorid aus dem Isotop ⁶Li verwendet, das mit Kupfer dotiert ist; „dotiert“ bedeutet, dass geringe Mengen eines anderen Stoffes zugesetzt werden.