Struktura Li2S Lewis: kresby, hybridizace, tvar, náboje, páry

by

Tento článek si klade za cíl vysvětlit, jak nakreslit Lewisovu strukturu Li2S, její tvar, hybridizaci, formální náboj a nejdůležitější aplikaci sulfidu lithného jako katodového materiálu v dobíjecích lithium-sírových bateriích.

Sulfid lithný je iontová sloučenina, která má chemický vzorec Li2S.

Lithium je nejlehčí kov na Zemi. Patří do skupiny alkalických kovů nebo skupiny 1 v periodické tabulce s elektronovou konfigurací 1s22s1.

Síra je nekov, který patří do skupiny 16 v periodické tabulce s elektronickou konfigurací [Ne] 3s23p4. Je to jeden z nejrozšířenějších prvků na Zemi.

Pravidlo oktetu

Před kreslení Lewisovy struktury Li2S, potřebujeme vědět o oktetovém pravidle a také o některých pokynech pro kreslení struktury.

V roce 1916 dva vědci, Kössel a Lewis, vyvinuli teorii k pochopení chemické vazby.

Podle této teorie atomy mají tendenci získat osm elektronů (oktet) ve svém vnějším obaludělají tak buď sdílením valenčních elektronů (kovalentní vazba) nebo přenosem valenčních elektronů, ztrátou nebo ziskem (iontová vazba). Toto je známé jako oktetové pravidlo. Z tohoto pravidla existují určité výjimky (vodík, helium, lithium atd.).

V některých případech může být valenčních elektronů v centrálním atomu také více než osm, jak lze nalézt v PF5 a SF6, kde P má deset valenčních elektronů a S má 12 valenčních elektronů. Toto jsou výjimky z pravidla oktetu.

V případě Li2S, síra má šest valenčních elektronů (3s23p4) potřebuje k dokončení vnějšího obalu další dva elektrony. Od té doby síra je nekov, přijímá dva elektrony, jeden z každého atomu lithia, aby dokončil svůj oktet.

Lithium (1s22s1) nedodržuje pravidlo oktetu. Je to alkalický kov, který získává stabilitu ztrátou elektronu ze svého 2s orbitalu. Ztrátou elektronu z orbitalu 2s se jeho elektronová konfigurace stane 1s2 konfigurace helia (vzácného plynu).

li2s Lewisova struktura

Je to diagram, který ukazuje, jak jsou osamocené páry a elektrony vázaných párů distribuovány v molekule.

Lewisova struktura používá oktetové pravidlo. Elektrony jsou znázorněny tečkami a vazby pomlčkou.

Projekt Lewisova struktura nepředstavuje skutečný tvar molekuly, ale pomáhá pochopit vznik molekul.

Jak nakreslit li2s Lewisovu strukturu?

Lithium je alkalický kov, zatímco síra je nekov. Li2S je iontová sloučenina a dojde k přenosu elektronů k dokončení valenčního shellového oktetu všech atomů.

Nakreslit a Lewisova struktura, musíme dodržovat některá pravidla a pokyny.

Nejprve musíme spočítat celkový počet valenčních elektronů každého atomu v molekule. Například v případě CH4, celkový počet valenčních elektronů je osm (čtyři valenční elektrony uhlíku a čtyři valenční elektrony přispěly čtyřmi vodíky).

Potom jsme identifikovat centrální atom molekuly. Obvykle se jedná o atom, který je buď nejméně početný, nebo nejméně elektronegativní. V CO2 a NF3, centrální atomy jsou uhlík a dusík, protože jsou v daných molekulách nejméně elektronegativní.

Dalším způsobem identifikace centrálního atomu je, že může být jediným, který může tvořit více než jednu vazbu. V CH4, uhlík je centrální atom ze stejného důvodu.

Valenční elektrony musí být uspořádány tak, aby každý atom sdílel jeden elektronový pár a vytvořil vazbu.

Pak uspořádat zbytek elektronových párů tvořit osamocené páry nebo vícenásobné vazby dokud každý atom nedokončí svůj oktet.

V případě aniontů přidáváme elektrony podle záporného náboje, který je na nich přítomen. Pokud má anion náboj -2, přidáme 2 elektrony.

Podobně u kationtu kladný náboj indikuje ztrátu elektronu z neutrálních atomů přítomných v molekule.

Zde, centrální atom je síra se šesti valenčními elektrony a lithium má jeden valenční elektron (celkem 8 valenčních elektronů, protože existují dva atomy lithia). Protože lithium je kov, daruje svůj elektron síře, která přijme elektron z obou atomů lithia, aby dokončila svůj oktet.

Oba atomy lithia získají kladný náboj v důsledku ztráty elektronu a síra získá -2 náboj získáním dvou elektronů.

V případě aniontů přidáváme elektrony podle záporného náboje, který je na nich přítomen. Pokud má anion náboj -2, přidáme 2 elektrony.

Podobně u kationtu kladný náboj indikuje ztrátu elektronu z neutrálních atomů přítomných v molekule.

Zde, centrální atom je síra se šesti valenčními elektrony a lithium má jeden valenční elektron (celkem 8 valenčních elektronů, protože existují dva atomy lithia). Protože lithium je kov, daruje svůj elektron síře, která přijme elektron z obou atomů lithia, aby dokončila svůj oktet.

Oba atomy lithia získají kladný náboj v důsledku ztráty elektronu a síra získá -2 náboj získáním dvou elektronů.

Projekt struktura Lewisova elektronového bodu sulfidu lithného je uveden níže.

Li2S Lewisova struktura
Li2S Lewisova struktura

Li2S tvar 

Li2S je žlutobílá anorganická sloučenina, která krystalizuje v an antifluoritová strukturaVytáhnout.

V antifluoritová strukturakationty a anionty jsou uspořádány tak, že jejich umístění je opačné než ve fluoritové struktuře.

Každý kationt lithia je obklopen čtyřmi anionty síry a každý anion síry koordinuje s osmi ionty lithia (anti-fluoritová struktura).

 Existuje v kubických a ortorombických krystalových strukturách. Ortorombické a kubické jsou součástí sedmi krystalových soustav.

V krychlových strukturách jsou všechny tři osy stejně dlouhé a jsou na sebe kolmé (a = b = c a α = β = γ = 90°).

V ortorombických strukturách jsou všechny tři osy nestejné a všechny jsou na sebe kolmé (a ≠ b ≠ c a α = β = γ = 90°).

Použití sulfidu lithného

Sulfid lithný je klíčovou součástí lithium-iontových baterií, které se používají v elektronice, elektrických vozidlech, mobilních telefonech a chytrých telefonech, laptopech, digitálních fotoaparátech atd.

V materiálu katody je použit sulfid lithný nebo jako prekurzor pevného elektrolytu ve vysoce výkonných lithium sulfidových bateriích.

Lithium-sírové baterie mají potenciál nabídnout levnější, čistší a rychleji se nabíjející řešení pro ukládání energie než lithium-iontové baterie. Mohou být nabity stokrát.

Lithium-sírové články jsou teoreticky lepší než lithium-iontové díky vyšší hustotě nabití, vyšší teplotní toleranci a lepší manipulaci s proudovým zatížením, což z lithium-sírových baterií činí vzrušující vyhlídky na pokrok v bateriích.

Klíčovými přednostmi lithium sulfidových baterií je to, že jsou lehké, bezpečné, cenově výhodné, bezúdržbové a jejich tolerance tlaku. Sulfid lithný jako elektrodový materiál řeší mnoho problémů, kterým čelí elektrody z čisté síry.

Formální obvinění -

Protože různé atomy mají různé elektronegativity, elektrony v chemické vazbě nejsou sdíleny rovnoměrně.

Pokud zapomeneme na elektronegativity a předpokládáme, že elektrony ve vazbě jsou rovnoměrně sdíleny, pak by byl náboj přiřazený atomu v molekule formální poplatek.

Pokud spočítáme počet valenčních elektronů ve volném atomu (nevázaném k žádnému jinému atomu nebo izolovanému atomu) a pak vypočítáme počet valenčních elektronů k tomuto atomu v molekule, rozdíl nám dá formální náboj na tomto atomu.

Je to hypotetický náboj a nepředstavuje skutečnou distribuci elektronové hustoty.

Formální náboj pomáhá předpovídat nejstabilnější Lewisovu strukturu v případě rezonance, kde je možná více než jedna Lewisova struktura.

Lewisovy struktury s nízkým formálním nábojem jsou nejstabilnější.

Formální poplatek se vypočítá podle vzorce V-1/2[B] -N

Zde V je celkový počet valenčních elektronů na volných atomech, B je celkový počet sdílených elektronů a N je celkový počet nevázaných nesdílených elektronů.

Formální náboj je vypočítán pro kovalentní vazby. Protože sulfid lithný tvoří iontovou vazbu, nedochází ke sdílení elektronů (které potřebujeme k výpočtu formálního náboje); proto nemůžeme vypočítat formální náboj Li2S.

Hybridizace Li2S

Hybridizace je důležitý koncept, ve kterém se atomové orbitaly spojují a vytvářejí nové orbitaly nazývané hybridní orbitaly, které mají odlišné tvary a energii než atomové orbitaly.

Sulfid lithný nepodléhá hybridizaci.

Vysvětluje molekulární geometrii a atomové vlastnosti ve vazbě.

Pojem hybridizace se používá pouze v kovalentní vazbě (vazbě, ve které jsou sdíleny valenční elektrony).

Když se dva nebo více atomových orbitalů překrývají (částečně), vytvoří se kovalentní vazba.

V iontových vazbách nedochází k hybridizaci (nepřekrývání vazeb). Dochází pouze k přenosu elektronů v důsledku velkého rozdílu elektronegativity mezi atomy.

Stabilita lithiových sulfidových baterií

V lithium-sulfidových bateriích prochází síra během každého cyklu baterie řadou změn ve složení a struktuře.

To vede k potížím při udržování stability elektrody, využití aktivního materiálu a dobré účinnosti baterie.

Anoda v lithium-sírových bateriích má jako anodu pevný lithiový kov. Atom lithia se oddělí od kovu a přes elektrolyt putuje ke katodě. Při tom nese náboj. Tomu se říká nabíjení.

Cestuje zpět k anodě přes elektrolyt, který se nazývá vybíjení.

Lithium se rádo váže na prvky přítomné v elektrolytu, když se pohybuje zpět k anodě. To se děje při každém cyklu baterie.

To činí lithium-sulfidovou baterii nestabilní a nakonec prostě zemře.

Aby byly stabilní, snaží se vědci upravit chemické složení elektrolytu a lithiové anody.

Také čtení: