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Lithiumsulfid

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Kristallstruktur
Struktur von Lithiumsulfid
_ Li + 0 _ S 2−
Allgemeines
Name Lithiumsulfid
Andere Namen
  • Dilithiumsulfid
  • Dilithiummonosulfid
  • Lithium(I)sulfid
  • LITHIUM SULFIDE (INCI)[1]
Verhältnisformel Li2S
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 12136-58-2
EG-Nummer 235-228-1
ECHA-InfoCard 100.032.013
PubChem 10290727
Wikidata Q417658
Eigenschaften
Molare Masse 45,95 g·mol −1
Aggregatzustand

fest

Dichte

1,64 g·cm−3[2]

Schmelzpunkt
Löslichkeit

Reagiert heftig mit Wasser[5]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [5]
Gefahrensymbol Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H: 301​‐​314
EUH: 029
P: 280​‐​301+330+331​‐​303+361+353​‐​305+351+338​‐​310 [5]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Lithiumsulfid ist ein Sulfid des Lithiums und hat die Summenformel Li2S.

Es handelt sich um einen farblosen brennbaren, hydrolyseempfindlichen und stark hygroskopischen Feststoff, der in einer Antifluoritstruktur kristallisiert.[6]

Lithiumsulfid ist so hygroskopisch, dass es an der Luft zerfließt. Es reagiert heftig mit Wasser und bildet dabei eine alkalische Lösung:[7]

Li 2 S + 8 H 2 O ⟶ 2 [ Li ( H 2 O ) 4 ] + + S 2 − {\displaystyle {\ce {Li2S + 8H2O -> 2[Li(H2O)4]+ + S^{2-}}}} {\displaystyle {\ce {Li2S + 8H2O -> 2[Li(H2O)4]+ + S^{2-}}}}
S 2 − + H 2 O ↽ − − ⇀ HS − + OH − {\displaystyle {\ce {S^{2-}{}+ H2O <=> HS- + OH-}}} {\displaystyle {\ce {S^{2-}{}+ H2O <=> HS- + OH-}}}

Lithiumsulfid kristallisiert – wie das Natriumoxid Na2O – in der Antifluoritstruktur, d. h., jedes Lithiumion ist tetraedrisch von vier Sulfidionen umgeben, jedes Sulfidion kubisch von acht Kationen.[8]

Für den Schmelzpunkt von Lithiumsulfid werden in der Fachliteratur unterschiedliche Werte angegeben: Einerseits 1372 °C,[3] andererseits ein Bereich von 900 °C bis 975 °C.[4]

Lithiumsulfid kann in guter Reinheit aus den Elementen gewonnen werden, indem man flüssiges Ammoniak bei −33 °C als Lösungsmittel verwendet[9] :

2 Li + S ⟶ Li 2 S {\displaystyle {\ce {2Li + S -> Li2S}}} {\displaystyle {\ce {2Li + S -> Li2S}}}

bzw.

16 Li + S 8 ⟶ 8 Li 2 S {\displaystyle {\ce {16Li + S8 -> 8Li2S}}} {\displaystyle {\ce {16Li + S8 -> 8Li2S}}}

Lithiumsulfid kann auch in reiner Form erhalten werden, wenn Lithiumhydrogensulfid im Vakuum auf 150 °C erhitzt wird[10] [11] :

2 LiHS ⟶ Li 2 S + H 2 S {\displaystyle {\ce {2LiHS -> Li2S + H2S}}} {\displaystyle {\ce {2LiHS -> Li2S + H2S}}}

Mögliches Vorkommen in zukünftigen Akkumulatoren

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An der Entwicklung eines Lithium-Schwefel-Akkumulators wird intensiv gearbeitet. Im vollständig entladenen Zustand enthält er Lithiumsulfid, das beim Laden wieder in Schwefel umgewandelt wird.[12] An der Verwendung von Lithiumsulfid als Bestandteil von Festelektrolyten wird geforscht.[11] [13]

Einzelnachweise

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  1. ↑ Eintrag zu LITHIUM SULFIDE in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 19. Januar 2022.
  2. ↑ a b David R. Lide: CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85. Ed., CRC Press LLC 2005.
  3. ↑ a b P. T. Cunningham, S. A. Johnson, E. J. Cairns: Phase Equilibria in Lithium-Chalcogen Systems. In: Journal of The Electrochemical Society. Band 119, Nr. 11, 1972, S. 1448, doi:10.1149/1.2404020 . 
  4. ↑ a b Thomas Gibson Pearson, Percy Lucock Robinson: LVI.—The polysulphides of the, alkali metals. Part II. Lithium. In: J. Chem. Soc. Band 0, Nr. 0, 1931, S. 413–420, doi:10.1039/JR9310000413 . 
  5. ↑ a b c Datenblatt Lithiumsulfid bei Alfa Aesar, abgerufen am 24. August 2020 (Seite nicht mehr abrufbar).
  6. ↑ Hermann Sicius: Handbook of the Chemical Elements. Springer Nature, 2024, ISBN 978-3-662-68921-9 (google.de [abgerufen am 15. Januar 2025]). 
  7. ↑ Shunjin Yang, Xiaohu Hu, Shijie Xu, Aiguo Han, Xin Zhang, Na Zhang, Xing Chen, RongZheng Tian, Dawei Song, Yongan Yang: Synthesis of Deliquescent Lithium Sulfide in Air. In: ACS Applied Materials & Interfaces. Band 15, Nr. 34, 30. August 2023, S. 40633–40647, doi:10.1021/acsami.3c08506 . 
  8. ↑ P. Pandit, B. Rakshit, S. P. Sanyal: Electronic and elastic properties of alkalimetal sulphides-Li2S and Na2S. In: Indian Journal of Pure & Appl. Phys. Band 47, 2009, S. 804–807. 
  9. ↑ F. W. Bergstrom: The Polysulfides and Polyselenides of Lithium, Sodium and Potassium. In: Journal of the American Chemical Society. Band 48, Nr. 1, 1926, S. 146–151, doi:10.1021/ja01412a021 . 
  10. ↑ Robert Juza, Wilhelm Uphof: Zur Kenntnis des Lithiumsulfids. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie . Band 287, Nr. 3, 1956, S. 113–119, doi:10.1002/zaac.19562870302 . 
  11. ↑ a b N. V. Arkhipova, L. D. Leont’eva, A. M. Mikhailova: Ionic Lithium-Conducting Solid Li2S–Sb2Sx Electrolytes. In: Russian Journal of Electrochemistry. Band 39, Nr. 5, 2003, S. 588–590, doi:10.1023/A:1023829010924 . 
  12. ↑ Yoonkook Son, Jung‐Soo Lee, Yeonguk Son, Ji‐Hyun Jang, Jaephil Cho: Recent Advances in Lithium Sulfide Cathode Materials and Their Use in Lithium Sulfur Batteries. In: Advanced Energy Materials. Band 5, Nr. 16, August 2015, doi:10.1002/aenm.201500110 . 
  13. ↑ Masahiro Tatsumisago, Hideki Yamashita, Akitoshi Hayashi, Hideyuki Morimoto, Tsutomu Minami: Preparation and structure of amorphous solid electrolytes based on lithium sulfide. In: Journal of Non-Crystalline Solids. Band 274, 2000, S. 30–38, doi:10.1016/S0022-3093(00)00180-0 . 

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