Fluoruro di litio
# Fluoruro di litio

Il fluoruro di litio è il composto binario tra il litio, il primo degli elementi metallici e il fluoro, l'elemento non metallico più elettronegativo, e la sua formula è LiF. È anche il sale di litio dell'acido fluoridrico. A temperatura ambiente si presenta in forma di cristalli cubici incolori e inodori, o anche come polvere microcristallina bianca, ma il sapore è tra il salino e l'amaro. Di esso si riescono ad ottenere grandi cristalli, che vengono usati in ottica per la loro alta trasparenza in ampie zone dell'infrarosso e dell'ultravioletto. È un composto tossico e irritante.

## Proprietà e struttura cristallina

Il fluoruro di litio è un composto molto stabile, $ΔH_ƒ°$ = -598,65 kJ/mol. Chimicamente è classificato come un solido ionico, formulato come $Li^+F^-,$ avente nel cristallo lo stesso reticolo cubico del cloruro di sodio; ma è di gran lunga meno solubile in acqua rispetto ad esso, dato che la sua energia reticolare è maggiore della sua energia di idratazione e, a differenza degli altri alogenuri di litio, LiF non forma idrati; è tuttavia solubile in soluzioni acquose di acido fluoridrico e degli acidi nitrico e solforico, ma non così in quelle di acido cloridrico. Le soluzioni acquose del fluoruro di litio sono lievemente alcaline (pH = ~ 8), poiché il sale deriva dalla combinazione di una base forte (idrossido di litio) con un acido debole (acido fluoridrico):

LiOH + HF → LiF + $H_2O$

Il cristallo di LiF ha una durezza di 4 sulla scala Mohs, una densità di 2,639 $g/cm^3$ e una costante dielettrica relativa $ε_r$ = 9,0. Presenta un indice di rifrazione di 1,39126 (a λ = 633 nm); la sua conducibilità termica è 11,3 W/(m×K), il suo calore specifico è di 1562 J/(kg×K) e il suo coefficiente di dilatazione cubica è $37×10^{-6}$ $K^{-1}.$ Il fluoruro di litio cristallino è un ottimo materiale isolante, l'intervallo energetico tra la sua banda di valenza (piena) e la successiva banda di conduzione (vuota a 0 K) ammonta a ben 14,2 eV, il valore più alto per gli alogenuri di litio; il corrispondente valore per il diamante è 5,47 eV, per confronto.

Da indagini diffrattometriche con raggi X è noto che LiF cristallizza nel sistema cubico (gruppo spaziale N° 225) con una cella elementare il cui lato è a = 402,6 pm, nella quale il litio e il fluoro sono entrambi esacoordinati ottaedricamente.

La distanza tra Li e F è di 200,9 pm e questa distanza è inferiore alla somma di qualsiasi coppia di raggi ionici si scelga per $Li^+$ e $F^-$ (Pauling, Goldschmidt, Shannon, Ladd): la densità elettronica raggiunge un minimo lungo la linea congiungente il litio con il fluoro, ma non si annulla; inoltre, il catione appare avere raggio maggiore del suo raggio ionico e l'anione raggio minore. Questo fenomeno è consistente con il trasferimento di una piccola quota di densità elettronica dall'anione al catione e quindi di un piccolo contributo covalente al legame essenzialmente ionico in LiF, contributo che è più accentuato nell'idruro LiH. Il LiF in fase vapore è costituito da molecole biatomiche fortemente polari, il cui momento di dipolo ammonta a 6,33 D, che è maggiore di quello della molecola dell'idruro di litio (5,88 D); la sua energia di ionizzazione è di 11,3 eV e la sua affinità elettronica calcolata è 0,5 eV.

## Applicazioni

### Nei sali fusi

Il fluoro è prodotto tramite elettrolisi dell'idrogenodifluoruro di potassio fuso $KHF_2.$ L'elettrolisi procede in maniera più efficiente quando all'elettrolita viene aggiunta una parte di fluoruro di litio, probabilmente perché facilita la formazione di un'interfaccia Li-C-F sulla superficie degli elettrodi di carbonio impiegati nel processo. Un sale fuso di ampio utilizzo è una miscela di fluoruro di litio, fluoruro di sodio e fluoruro di potassio.

### In ottica

A causa della sua ampia banda proibita, il fluoruro di litio in cristalli è il materiale noto più trasparente alle corte lunghezze d'onda della luce ultravioletta; viene pertanto impiegato nell'ottica UV specialistica e come mezzo per il rilevamento dell'esposizione a radiazioni ionizzanti (raggi gamma, particelle beta e neutroni - questi ultimi indirettamente per reazione nucleare (n,alfa) con litio-6) nei dosimetri a termoluminescenza.

Il fluoruro di litio (altamente arricchito dell'isotopo litio-7) costituisce la componente base della miscela di fluoruri preferita per l'impiego nei reattori nucleari a sale fuso, dove una miscela di fluoruro di litio e fluoruro di berillio funge da solvente per i fluoruri di uranio e torio. Il fluoruro di litio è molto stabile, le miscele $LiF/BeF_2$ hanno punto di fusione basso e le proprietà neutroniche adatte per l'utilizzo nel reattore.

