Dit artikel is bedoeld om uit te leggen hoe de Li2S Lewis-structuur, de vorm, hybridisatie, formele lading en de belangrijkste toepassing van lithiumsulfide als kathodemateriaal in oplaadbare lithium-zwavelbatterijen kan worden getekend.
Lithiumsulfide is een ionische verbinding met de chemische formule Li2S.
Lithium is het lichtste metaal op aarde. Het behoort tot de alkalimetaalgroep of groep 1 in het periodiek systeem met een elektronische configuratie van 1s22s1.
Zwavel is een niet-metaal dat behoort tot groep 16 in het periodiek systeem met een elektronische configuratie van [Ne] 3s23p4. Het is een van de meest voorkomende elementen op aarde.
Octetregel
Voor de lewisstructuur tekenen van Li2S, moeten we de octetregel kennen, evenals enkele richtlijnen voor het tekenen van de structuur.
In 1916 ontwikkelden twee wetenschappers, Kössel en Lewis, een theorie om de chemische binding te begrijpen.
Volgens deze theorie is atomen hebben de neiging om acht elektronen (octet) in hun buitenste schil te bereikenDit doen ze door ofwel valentie-elektronen te delen (covalente binding) of valentie-elektronen over te dragen, door te verliezen of te winnen (ionische binding). Dit staat bekend als de octetregel. Er zijn enkele uitzonderingen op deze regel (waterstof, helium, lithium, enz.).
In sommige gevallen kunnen de valentie-elektronen in het centrale atoom ook meer dan acht zijn, zoals gevonden in PF5 en SF6, waarbij P tien valentie-elektronen heeft en S 12 valentie-elektronen heeft. Dit zijn uitzonderingen op de octetregel.
Bij Li2S, zwavel heeft zes valentie-elektronen (3s23p4) het heeft nog twee elektronen nodig om zijn buitenste schil te voltooien. Sinds zwavel is een niet-metaal, het accepteert twee elektronen, één van elk lithiumatoom, om zijn octet te voltooien.
Lithium (1s)22s1) volgt de octetregel niet. Het is een alkalimetaal dat stabiliteit krijgt door een elektron uit zijn 2s-orbitaal te verliezen. Als een elektron uit de 2s-orbitaal wordt verloren, wordt de elektronische configuratie 1s2 de configuratie van helium (een edelgas).
li2s lewis structuur
Het is een diagram dat laat zien hoe de eenzame paren en bindingspaar-elektronen in een molecuul zijn verdeeld.
De structuur van Lewis gebruikt de octetregel. Elektronen worden weergegeven door stippen en bindingen door een streepje.
De lewis structuur geeft niet de werkelijke vorm van het molecuul weer, maar helpt de vorming van de moleculen te begrijpen.
Hoe li2s lewis-structuur te tekenen??
Lithium is een alkalimetaal, terwijl zwavel een niet-metaal is. Li2S is een ionische verbinding en er zal een overdracht van elektronen zijn om het valentieschiloctet van alle atomen te voltooien.
om te tekenen Lewis-structuur, moeten we enkele regels en richtlijnen volgen.
Eerst moeten we tel het totale aantal valentie-elektronen van elk atoom in een molecuul. Bijvoorbeeld, in het geval van CH4, het totale aantal valentie-elektronen is acht (vier valentie-elektronen van koolstof en vier valentie-elektronen bijgedragen door vier waterstofatomen).
Dan gaan we identificeer het centrale atoom van het molecuul. Dit is meestal het atoom dat het minst in aantal of het minst elektronegatief is. in CO2 en NF3, zijn de centrale atomen respectievelijk koolstof en stikstof, omdat ze het minst elektronegatief zijn in de gegeven moleculen.
Een andere manier om het centrale atoom te identificeren, is dat het misschien de enige is die meer dan één binding kan vormen. in CH4, koolstof is om dezelfde reden het centrale atoom.
De valentie-elektronen moeten zo worden gerangschikt dat elk atoom een elektronenpaar deelt en een binding vormt.
Dan rangschik de rest van de elektronenparen om alleenstaande paren of meerdere bindingen te vormen totdat elk atoom zijn octet voltooit.
In het geval van anionen voegen we elektronen toe volgens de negatieve lading die erop aanwezig is. Als een anion een lading van -2 heeft, voegen we 2 elektronen toe.
Evenzo geeft de positieve lading voor een kation het verlies aan van een elektron van de neutrale atomen die in het molecuul aanwezig zijn.
Here, het centrale atoom is zwavel met zes valentie-elektronen en lithium heeft één valentie-elektron (in totaal 8 valentie-elektronen aangezien er twee lithiumatomen zijn). Omdat lithium een metaal is, zal het zijn elektron afstaan aan zwavel, dat een elektron van beide lithiumatomen zal accepteren om zijn octet te voltooien.
Beide lithiumatomen krijgen een positieve lading door het verlies van een elektron, en zwavel krijgt een lading van -2 door twee elektronen te winnen.
In het geval van anionen voegen we elektronen toe volgens de negatieve lading die erop aanwezig is. Als een anion een lading van -2 heeft, voegen we 2 elektronen toe.
Evenzo geeft de positieve lading voor een kation het verlies aan van een elektron van de neutrale atomen die in het molecuul aanwezig zijn.
Here, het centrale atoom is zwavel met zes valentie-elektronen en lithium heeft één valentie-elektron (in totaal 8 valentie-elektronen aangezien er twee lithiumatomen zijn). Omdat lithium een metaal is, zal het zijn elektron afstaan aan zwavel, dat een elektron van beide lithiumatomen zal accepteren om zijn octet te voltooien.
Beide lithiumatomen krijgen een positieve lading door het verlies van een elektron, en zwavel krijgt een lading van -2 door twee elektronen te winnen.
De lewis elektronenpuntstructuur van lithiumsulfide wordt hieronder getoond.
Li2S-vorm
Li2S is een geel-witte anorganische verbinding die kristalliseert in een antifluoriet structuurtuur.
In een antifluoriet structuur, zijn de kationen en anionen zo gerangschikt dat hun locaties tegengesteld zijn aan die van een fluorietstructuur.
Elk lithiumkation is omgeven door vier zwavelanionen en elk zwavelanion coördineert met acht lithiumionen (anti-fluorietstructuur).
Het bestaat in kubische en orthorhombische kristalstructuren. Orthorhombisch en kubisch maken deel uit van de zeven kristalsystemen.
In kubische structuren zijn alle drie de assen even lang en staan ze loodrecht op elkaar (a = b = c en α = β = γ = 90°).
In orthorhombische structuren zijn alle drie de assen ongelijk en staan ze allemaal loodrecht op elkaar (a ≠ b ≠ c en α = β = = 90°).
Gebruik van lithiumsulfide
Lithiumsulfide is een belangrijk onderdeel van lithium-ionbatterijen die worden gebruikt in elektronica, elektrische voertuigen, mobiele telefoons en smartphones, laptops, digitale camera's, enz.
Lithiumsulfide wordt gebruikt in het kathodemateriaal; of als vaste elektrolytprecursor in hoogwaardige lithiumsulfidebatterijen.
Lithium-zwavelbatterijen hebben het potentieel om goedkopere, schonere en sneller opladende oplossingen voor energieopslag te bieden dan lithium-ionbatterijen. Ze kunnen honderden keren worden opgeladen.
Lithium-zwavelcellen zijn in theorie beter dan lithium-ioncellen vanwege een hogere ladingsdichtheid, hogere temperatuurtolerantie en betere verwerking van stroombelastingen, waardoor lithium-zwavelbatterijen een opwindend vooruitzicht zijn voor de ontwikkeling van batterijen.
De belangrijkste sterke punten van lithiumsulfidebatterijen zijn dat het lichtgewicht, veilig, kosteneffectief en onderhoudsvrij is en dat ze druktolerant zijn. Lithiumsulfide als elektrodemateriaal lost veel problemen op waarmee zuivere zwavelelektroden worden geconfronteerd.
Formele aanklacht-
Omdat verschillende atomen verschillende elektronegativiteiten hebben, worden elektronen in een chemische binding niet gelijk verdeeld.
Als we de elektronegativiteiten vergeten en aannemen dat de elektronen in een binding gelijk verdeeld zijn, dan zou de lading die aan een atoom in een molecuul wordt toegekend de formele aanklacht.
Als we het aantal valentie-elektronen in een vrij atoom (niet gebonden aan een ander atoom of geïsoleerd atoom) berekenen en vervolgens het aantal valentie-elektronen voor dat atoom in een molecuul berekenen, geeft het verschil ons de formele lading op dat atoom.
Het is een hypothetische lading en vertegenwoordigt niet de werkelijke verdeling van de elektronendichtheid.
De formele lading helpt bij het voorspellen van de meest stabiele Lewis-structuur in het geval van resonantie waarbij meer dan één Lewis-structuur mogelijk is.
Lewis-structuren met een lage formele lading zijn het meest stabiel.
De formele lading wordt berekend met de formule, V-1/2[B] -N
Here V is het totale aantal valentie-elektronen op vrije atomen, B is het totale aantal gedeelde elektronen en N is het totale aantal niet-gebonden niet-gedeelde elektronen.
De formele lading wordt berekend voor covalente bindingen. Aangezien lithiumsulfide een ionische binding vormt, is er geen uitwisseling van elektronen (wat we nodig hebben om de formele lading te berekenen); daarom kunnen we de formele lading van Li . niet berekenen2S.
Hybridisatie van Li2S
Hybridisatie is een belangrijk concept waarbij atomaire orbitalen worden gecombineerd om nieuwe orbitalen te vormen, hybride orbitalen genaamd, die andere vormen en energie hebben dan de atomaire orbitalen.
Lithiumsulfide ondergaat geen hybridisatie.
Het verklaart de moleculaire geometrie en atomaire eigenschappen bij binding.
Het concept van hybridisatie wordt alleen gebruikt bij covalente binding (de binding waarin valentie-elektronen worden gedeeld).
Wanneer twee of meer atoomorbitalen elkaar (gedeeltelijk) overlappen, wordt een covalente binding gevormd.
In ionische bindingen is er geen hybridisatie (geen overlapping van bindingen). Er is alleen een overdracht van elektronen vanwege het hoge elektronegativiteitsverschil tussen atomen.
Stabiliteit van lithiumsulfidebatterijen
In lithiumsulfidebatterijen ondergaat zwavel tijdens elke batterijcyclus een reeks veranderingen in samenstelling en structuur.
Dit leidt tot problemen bij het handhaven van de stabiliteit van de elektrode, het gebruik van het actieve materiaal en een goede batterij-efficiëntie.
De anode in lithium-zwavelbatterijen heeft vast lithiummetaal als anode. Een lithiumatoom maakt zich los van het metaal en reist via de elektrolyt naar de kathode. Het draagt lading terwijl je dit doet. Dit heet opladen.
Het reist terug naar de anode via de elektrolyt, ontladen genoemd.
Lithium hecht zich graag aan de elementen die aanwezig zijn in het elektrolyt wanneer het teruggaat naar de anode. Dit gebeurt bij elke batterijcyclus.
Dit maakt de lithiumsulfidebatterij onstabiel en uiteindelijk sterft hij gewoon.
Om ze stabiel te maken, proberen onderzoekers de chemische samenstelling van de elektrolyt en de lithiumanode te wijzigen.
Lees ook:
- H2s Lewis-structuur
- N2h2 Lewis-structuur
- Alh3 Lewis-structuur
- P2o5 Lewis-structuur
- Naf Lewis-structuur
- Clf5 Lewis-structuur
- Hno2 Lewis-structuur
- Hio3 lewis-structuur
- Brf Lewis-structuur
- Hbro3 Lewis-structuur
Hallo, ik ben Sakshi Anand en heb mijn master Scheikunde afgerond. Mijn specialisatiegebied is Anorganische Chemie. Ik ben hier om scheikunde gemakkelijk en plezierig te maken om te lezen. Complexe ideeën vereisen geen complexe taal. Ik ben een fervent lezer en houd ervan om intensief onderzoek te doen.