The preparation, characterization, and thermal behaviour of some lithium aluminum oxides: Li₃AlO₃ and Li₅AlO₄

Abstract

The purpose of this research was to study the best conditions for the synthesis of the double oxides Li₅AlO₄ and Li₃AlO₃ in the solid state starting from the simple oxides, and to determine their heats of formation.

Li₅AlO₄ was obtained from Li₂O₂ or Li₂O and γ-Al₂O₃ in a Li/Al molar ratio of 5∶1, and was characterized by X-ray methods. Lithium orthoaluminate, Li₃AlO₃, was obtained from Li₂O₂ and γ-Al₂O₃ in a molar ratio 3∶1. The postulated formula, Li₃AlO₃, was confirmed by chemical analysis.

The temperature ranges in which the compounds are stable were established by the DTA method, and were found to be very limited for Li₃AlO₃ (400–430°) but greater for Li₅AlO₄ (440 — more than 600°).

The heats of formation of Li₅AlO₄ and Li₃A10₃, also determined by means of the DTA method, were found to be −552.3 ± 0.8 kcal/mole and −416.8 ± 2 kcal/mole, respectively.

Résumé

On a recherché les meilleures conditions pour réaliser la synthèse à l'état solide des oxydes doubles Li₅AlO₃ et Li₃AlO₃ en partant des oxydes individuels et pour déterminer leur chaleur de formation. Li₅AlO₄ a été obtenu en partant de Li₂O₂ (ou Li₂O) et de γ-Al₂O₃ dans le rapport molaire Li/Al=5/1; il a été caractérisé par étude aux rayons X. L'orthoaluminate de lithium, Li₃AlO₃, a été obtenu en partant de Li₂O₂ et de γ-Al₂O₃ mélangés dans le rapport 3/1. L'analyse chimique a confirmé la formule présumée Li₃AlO₃. L'ATD a permis de déterminer le domaine de stabilité thermique de ces composés: très restreint pour Li₃AlO₃ (400–430°), plus grand pour Li₅AlO₄ (440-plus de 600°), ainsi que leurs chaleurs de formation: −416.8±2 kcal/mole et −552.3±0.8 kcal/mole, respectivement.

Zusammenfassung

Es wurden die Bildungsverhältnisse der doppelten Oxide Li₅AlO₄ und Li₃AlO₃ in fester Phase ausgehend von den einfachen Oxyden geprüft und ihre Bildungswärmen bestimmt. Li₅AlO₄ wurde aus Li₂O₂ oder Li₂O und γ-Al₂O₃ beim Molverhältnis von Li/Al 5 ∶ 1 erhalten und röntgenographisch identifiziert. Das Orthoaluminat Li₃AlO₃ erhielt man beim Molverhältnis 3 ∶ 1 von Li₂O₂ und γ-Al₂O₃. Die Zusammensetzung von Li₃AlO₃ wurde durch chemische Analyse nachgewiesen. Die DTA-Prüfung zeigte, daß Li₃AlO₃ nur im sehr kleinen Temperaturgebiet (400–430°), Li₅AlO₄ hingegen im weiteren Bereich zwischen 440–600° stabil ist. Die Bildungswärmen betrugen für Li₅AlO₄ −552.3±0.8, für Li₃AlO₃ −416.8±2 kcal/Mol.

Резюме

Цель исследования — п оиск наилучших услов ий синтеза двойных окис ей Li₅AlO₄ и Li₃AlO₃ в твердой фазе н а основе простых окис ей и определение теплот и х образования. Li₅AlO₄ получен из Li₂O₂ или Li₂O и γ-Аl₂О₃ при молярном соотношении Li/Al 5∶1, и его структура под тверждена рентгендифракционн ым методом. Ортоалюми нат лития, Li₃AlO₃, получен из Li₂O₂ и γ-Аl₂О₃ при молярном соотношении 3∶1. Предполагаемая форм ула подтверждена хим ическим анализом. Методом ДТА установлено, что область температ ур, в которой эти соеди нения стабильны, довольно о граничена для Li₃AlO₃ (400—430 °?) и более широ кая для Li₅AlO₄ (440- ≤ 600 °?). Теплоты образования Li₅AlO₄ и Li₃AlO₃ та кже определены с помо щью метода ДТА и составляют 552.3 ± 0.8 и 416.8 ± 2 Кка л/мол, соответственно.