二炭化リチウム

二炭化リチウム：合成、性質、応用

二炭化リチウムアセチリドとも呼ばれる'>[リチウム]は、リチウムと炭素から構成される金属アセチリドです。様々なリチウム炭素化合物の中でも、熱力学的に最も安定であり、元素から直接合成できる唯一の化合物として知られています。放射性炭素年代測定において中間体として生成することから、古くから研究されています。

合成法

二炭化リチウムの合成法は多岐に渡ります。

炭酸[リチウム]]と炭素の反応: 最初にモアッサンによって報告された方法です。炭酸[[リチウム]と炭素を高温で反応させることで合成できます。


Li₂CO₃ + 4C → Li₂C₂ + 3CO


金属[リチウム]]とアセチレンの反応: アセチレン]を低温(約-40℃)で金属[[リチウムの液体アンモニア溶液と反応させ、生成物を室温の水素気流中で分解することで得られます。この方法で得られるサンプルは結晶性が低い傾向があります。


C₂H₂ + 2Li → Li₂C₂ + H₂


融解リチウムとグラファイトの反応: 高温(1000℃以上)で融解したリチウムとグラファイトを反応させることで、結晶性の高い二炭化リチウムを得ることができます。

二酸化炭素と融解リチウムの反応: 融解したリチウムと二酸化炭素を反応させることでも合成可能です。


10Li + 2CO₂ → Li₂C₂ + 4Li₂O


金属[リチウム]]とエチレンの反応: 金属リチウムを[[エチレン]蒸気中で加熱することでも合成できます。


6Li + C₂H₄ → Li₂C₂ + 4LiH


n-ブチル[リチウム]]とアセチレンの反応: テトラヒドロフラン]や[[ジエチルエーテルを溶媒として、n-ブチルリチウムとアセチレンを反応させることで、発熱を伴いながら二炭化リチウムが生成します。


C₂H₂ + 2BuLi → Li₂C₂ + 2C₄H₁₀

化学的性質

二炭化リチウムは水と激しく反応し、アセチレンを生成します。この反応は加水分解反応と呼ばれ、二炭化リチウムの重要な性質の一つです。


Li₂C₂ + 2H₂O → 2LiOH + C₂H₂


また、[水]]素化[[リチウム]と炭素を高温で反応させることによっても合成可能です。


2LiH + 4C → Li₂C₂ + C₂H₂

結晶構造

二炭化リチウムは、ジントル相と呼ばれる構造を持ち、塩(2Li⁺C₂²⁻)として存在します。結晶構造の決定は、結晶育成の困難さと反応性の高さから容易ではありませんが、歪んだanti-fluorite構造をとると考えられています。C-C間の距離は約120pmであり、これは炭素-炭素三重結合の存在を示唆しています。高温では、可逆的にcubic anti-fluorite構造に変化します。

放射性炭素年代測定への応用

二炭化リチウムは、放射性炭素年代測定において重要な役割を果たします。サンプルを燃焼させて得られた二酸化炭素や、サンプルを直接金属リチウムと反応させることで生成した二炭化リチウムを、アセチレンやベンゼンなどの質量分析に適した分子に変換することで、年代測定を行います。この過程で窒化リチウムも生成し、これは水素化によりアンモニアとなり、アセチレンガスの不純物となります。

まとめ

二炭化リチウムは、その合成法の多様性、特異な化学的性質、そして放射性炭素年代測定への応用から、重要な化合物であると言えます。今後も、その性質や応用に関する研究が続けられるでしょう。

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