Sejarah litium, struktur, sifat, risiko dan kegunaan

Dia Lithium Ia adalah elemen logam yang simbol kimianya li dan nombor atomnya adalah 3. Ia adalah elemen ketiga dari jadual berkala dan kumpulan 1 dari logam alkali. Dari semua logam adalah yang mempunyai ketumpatan terendah dan haba spesifik yang lebih besar. Sangat ringan sehingga dapat terapung di dalam air.

Namanya berasal dari perkataan Yunani 'lithos' yang bermaksud batu. Mereka memberikan nama ini kerana ia telah ditemui dengan tepat sebagai sebahagian daripada beberapa mineral di batu -batu igneus. Di samping itu, beliau menyatakan sifat ciri yang serupa dengan logam natrium dan kalsium, yang berada dalam abu sayuran.

Kepingan litium logam ditutup dengan lapisan nitrida yang disimpan di argon. Sumber: Hi-Res Imej Elemen Kimia [CC oleh 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/oleh/3.0)]

Ia mempunyai satu elektron valencia, kehilangannya menjadi kation li⁺ dalam kebanyakan reaksinya; atau berkongsi dengan ikatan kovalen dengan karbon, Li-C dalam sebatian organolit (seperti alcheilitios).

Penampilannya, seperti banyak logam lain, adalah perak perak yang boleh menjadi kelabu jika terdedah kepada kelembapan. Anda boleh memaparkan lapisan hitam (imej atas), apabila bertindak balas dengan nitrogen udara untuk membentuk nitruro.

Secara kimia ia adalah sama dengan rakan -rakannya (Na, K, Rb, Cs, FR), tetapi kurang reaktif kerana satu -satunya elektron mengalami daya tarikan yang lebih besar untuk menjadi lebih dekat dengannya, dan juga oleh kesan perisai yang lemah dari kedua -duanya elektron dalaman. Sebaliknya, ia bertindak balas kerana magnesium tidak disebabkan oleh kesan pepenjuru.

Di makmal, garam litium dapat dikenalpasti jika mereka memanaskan dengan lebih ringan; Kemunculan api warna merah yang kuat akan mengesahkan kehadirannya. Malah, ia biasanya digunakan dalam makmal pengajaran untuk perarakan analisis.

Aplikasi mereka berbeza daripada digunakan sebagai aditif untuk seramik, kaca, aloi atau campuran lebur, sehingga sebagai penyejuk dan bateri yang sangat berkesan dan kecil; Walaupun letupan, memandangkan sifat reaktif litium. Ia adalah logam dengan kecenderungan terbesar untuk mengoksidakan dan, oleh itu, yang paling mudah.

[TOC]

Sejarah

Penemuan

Penampilan pertama lithium di alam semesta bermula jauh, beberapa minit selepas bang besar, ketika nukleus hidrogen dan helium bergabung. Walau bagaimanapun, ia meluangkan masa untuk kemanusiaan untuk mengenalinya sebagai elemen kimia.

Pada tahun 1800, ketika saintis Brazil José Bonifácio de Andrada E Silva menemui mineral Espodumena dan Petalita di pulau Sweden Utö. Dengan ini, dia telah menemui sumber litium rasmi pertama, tetapi tidak ada yang diketahui mengenainya.

Pada tahun 1817, ahli kimia Sweden Johan August Arfwedson dapat mengasingkan garam sulfat dari kedua -dua mineral ini yang mengandungi elemen selain kalsium atau natrium. Pada masa itu Ogos Johan bekerja di makmal ahli kimia Sweden yang terkenal Jöns Jacob Berzelius.

Ia adalah Berzelius yang memanggil unsur baru ini, produk pemerhatian dan eksperimennya, 'lithos', yang bermaksud batu dalam bahasa Yunani. Oleh itu, litium akhirnya dapat diiktiraf sebagai elemen baru, tetapi masih hilang untuk mengasingkannya.

Pengasingan

Hanya setahun kemudian, pada tahun 1821, William Thomas Brande dan Sir Humphry Davy berjaya mengasingkan litium sebagai logam ketika memohon elektrolisis ke lithium oxide. Walaupun dalam kuantiti yang sangat kecil, mereka sudah cukup untuk memerhatikan kereaktifan mereka.

Pada tahun 1854, Robert Wilhelm Bunsen dan Augustus Matthiessen dapat menghasilkan litium logam dalam kuantiti yang lebih besar dari elektrolisis litium klorida. Dari sini pengeluaran dan perdagangannya telah dimulakan, dan permintaan akan berkembang apabila aplikasi teknologi baru ditemui berikutan sifat uniknya.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Struktur kristal litium logam adalah kubik yang berpusat di dalam badan (Badan Cenred Cubic, BCC). Dari semua struktur padu padat, ini kurang padat dan konsisten dengan ciri -cirinya sebagai logam yang lebih ringan dan kurang padat dari semua.

Di dalamnya, atom Li dikelilingi oleh lapan jiran; Iaitu, li berada di tengah kiub, dengan empat li atas dan ke bawah di sudut. Fasa BCC ini juga dipanggil α-LI (walaupun nampaknya denominasi ini tidak meluas secara meluas).

Fasa

Seperti kebanyakan logam atau sebatian pepejal, mereka boleh mengalami peralihan fasa apabila mereka mengalami perubahan suhu atau tekanan; selagi mereka tidak diasaskan. Oleh itu, litium mengkristal dengan struktur rhomboédica pada suhu yang sangat rendah (4.2 k). Atom li hampir beku dan bergetar kurang dalam kedudukan mereka.

Apabila tekanan meningkat, ia memperoleh struktur heksagon yang lebih padat; Dan dengan meningkatkan lebih banyak lagi, litium mengalami peralihan lain yang belum dapat dicirikan sepenuhnya oleh difraksi x.

Oleh itu, sifat -sifat "lithium termampat" ini tetap belajar. Begitu juga, belum difahami bagaimana tiga elektronnya, salah satunya adalah dari Valencia, campur tangan dalam tingkah laku mereka sebagai semikonduktor atau logam dalam keadaan tekanan tinggi ini.

Boleh melayani anda: asid benzoik (c6h5cooh)

Tiga elektron dan bukannya satu

Nampaknya ingin tahu bahawa lithium pada ketika ini tetap sebagai "buku legap" bagi mereka yang berdedikasi untuk analisis kristal.

Ini kerana, walaupun konfigurasi elektronik adalah 2s¹, Dengan begitu sedikit elektron, anda hampir tidak dapat berinteraksi dengan radiasi yang digunakan untuk menjelaskan kristal logam anda.

Di samping itu, ia berteori bahawa orbitals 1s dan 2s bertindih pada tekanan tinggi. Iaitu, kedua -dua elektron dalaman (1s²) seperti orang Valencia (2s¹) mengawal sifat elektronik dan optik litium dalam fasa super padat ini.

Nombor pengoksidaan

Setelah mengatakan bahawa konfigurasi litium elektronik adalah 2s¹, Anda boleh kehilangan satu elektron; dua yang lain, dari 1s orbital dalaman², memerlukan banyak tenaga untuk membuangnya.

Oleh itu, litium mengambil bahagian dalam hampir semua sebatiannya (bukan organik atau organik) dengan bilangan pengoksidaan +1. Ini bermakna bahawa dalam pautannya, li-e, di mana e menjadi unsur, kewujudan kation li diandaikan⁺ (Sama ada ionik atau kovalen sebenarnya mengatakan pautan).

Nombor pengoksidaan -1 tidak mungkin untuk litium, kerana ia perlu menghubungkan ke elemen elektronegatif yang jauh lebih rendah daripada dia; fakta yang sukar untuk menjadi logam elektropositif ini.

Nombor pengoksidaan negatif ini akan mewakili 2s konfigurasi elektronik² (untuk memenangi elektron), dan ia juga akan menjadi isolektronik kepada berilium. Sekarang kewujudan anion li akan diandaikan^-, dan garamnya yang diperolehi akan dipanggil lituros.

Oleh kerana potensi pengoksidaan yang hebat, sebatian mereka kebanyakannya mengandungi kation li⁺, yang kerana ia sangat kecil boleh memberi kesan polarisasi pada anion besar untuk membentuk ikatan kovalen li-e.

Sifat

Api litium sebatian litium. Sumber: Anti T. Nissinen (https: // www.Flickr.com/foto/veisto/2128261964)

Penampilan fizikal

Logam putih perak dengan tekstur lembut, permukaannya menjadi kelabu apabila teroksida atau gelap apabila ia bertindak balas secara langsung dengan nitrogen udara untuk membentuk nitrida yang sepadan. Sangat ringan sehingga terapung di dalam air atau minyak.

Ia sangat lembut sehingga ia boleh mengiris menggunakan pisau, atau bahkan dengan jari, yang tidak akan disyorkan sama sekali.

Jisim molar

6,941 g/mol.

Takat lebur

180.50 ° C.

Takat didih

1330 ° C.

Ketumpatan

0.534 g/ml pada 25 ° C.

Kelarutan

Ya, terapung di dalam air, tetapi segera mula bertindak balas dengan perkara yang sama. Ia larut dalam ammonia, di mana apabila elektron mereka dibubarkan menyebabkan warna biru.

Tekanan wap

0.818 mm Hg pada 727 ° C; iaitu, bahkan pada suhu tinggi atom mereka hampir tidak dapat melarikan diri dari fasa soda.

Elektronegativiti

0.98 pada skala Pauling.

Tenaga pengionan

Pertama: 520.2 kJ/mol

Kedua: 7298.1 kJ/mol

Ketiga: 11815 kJ/mol

Nilai -nilai ini sesuai dengan tenaga yang diperlukan untuk mendapatkan ion gas li⁺, Li²⁺ dan li³⁺, masing -masing.

Suhu sendiri

179 ° C.

Ketegangan permukaan

398 mn/m pada titik leburnya.

Goo

Dalam keadaan cair kurang likat daripada air.

Haba Fusion

3.00 kJ/mol.

Haba pengewapan

136 kJ/mol.

Kapasiti haba molar

24.860 J/mol · k. Nilai ini sangat tinggi; Tertinggi dari semua elemen.

Kekerasan mohs

0.6

Isotop

Secara semula jadi, litium dibentangkan dalam bentuk dua isotop: ⁶Li dan ⁷Li. Jisim atom 6,941 atau menunjukkan dengan sendirinya yang mana kedua adalah yang paling banyak: ⁷Li. Yang terakhir membentuk kira -kira 92.4% daripada semua atom litium; Sementara itu dia ⁶Li, kira -kira 7.6% daripadanya.

Dalam makhluk hidup, organisma lebih suka ⁷Li bahawa ⁶Li; Walau bagaimanapun, dalam matriks mineralogi isotop ⁶Li lebih baik diterima dan oleh itu, peratusan kelimpahannya meningkat melebihi 7.6%.

Reaktiviti

Walaupun ia kurang reaktif daripada logam alkali lain, ia masih merupakan logam yang agak aktif, jadi ia tidak boleh didedahkan kepada atmosfera tanpa pengoksidaan penderitaan. Bergantung pada keadaan (suhu dan tekanan), ia bertindak balas dengan semua elemen gas: hidrogen, klorin, oksigen, nitrogen; dan dengan pepejal seperti fosforus dan sulfur.

Nomenclature

Tidak ada nama lain dengan apa yang hendak memanggil logam lithium. Mengenai sebatian mereka, kebanyakannya dinamakan mengikut nomenclatures sistematik, tradisional atau saham. Keadaan pengoksidaannya +1 praktikal tidak dapat dipertahankan, jadi dalam tatanama saham (i) tidak ditulis pada akhir nama.

Contoh

Contohnya, pertimbangkan sebatian li₂Atau dan li₃N.

Li₂Atau terima nama berikut:

- Lithium Oxide, mengikut tatanama stok

- Lithic Oxide, menurut tatanama tradisional

- Dilitio monoksida, mengikut tatanama sistematik

Sementara li₃N dipanggil:

- Lithium nitride, tatanama saham

- Nitruro lithic, tatanama tradisional

Ia boleh melayani anda: kalium dikromat: formula, sifat, risiko dan kegunaan

- Trilitio mononitar, tatanama sistematik

Kertas Biologi

Tidak diketahui sejauh mana lithium boleh menjadi penting atau tidak untuk organisma. Begitu juga, mekanisme yang mereka dapat metabolisme tidak pasti dan masih masih belajar.

Oleh itu, tidak diketahui apa kesan positif diet "kaya" dalam litium; walaupun ia boleh didapati di semua tisu badan; Terutama di buah pinggang.

Pengawal selia tahap seratonin

Sekiranya kesan farmakologi garam lithium tertentu pada badan diketahui, terutamanya di dalam otak atau sistem saraf. Sebagai contoh, ia mengawal tahap serotonin, molekul yang bertanggungjawab untuk aspek kimia kebahagiaan. Yang mengatakan, tidak biasa untuk berfikir bahawa ia mengubah atau mengubah mood pesakit yang memakannya.

Walau bagaimanapun, mereka menasihatkan terhadap litium dengan ubat -ubatan yang melawan kemurungan, kerana terdapat risiko menaikkan serotonin terlalu banyak.

Bukan sahaja ia membantu memerangi kemurungan, tetapi juga gangguan bipolar dan skizofrenia, serta gangguan neurologi yang lain.

Kekurangan

Sebagai spekulasi, disyaki bahawa individu yang mempunyai diet litium yang lemah lebih cenderung kepada kemurungan atau membunuh diri atau pembunuhan. Walau bagaimanapun, secara rasmi kesan kekurangan mereka masih belum diketahui.

Di mana dan pengeluaran

Lithium tidak dapat dijumpai di kerak bumi, jauh di lautan atau atmosfera, dalam bentuk yang paling murni, sebagai logam putih yang cerah. Sebaliknya, transformasi yang meletakkannya sebagai ion li⁺ (terutamanya) dalam kumpulan mineral dan batu tertentu.

Dianggarkan bahawa dalam korteks bumi kepekatannya berkisar antara 20 dan 70 ppm (bahagian per juta), yang bersamaan dengan kira -kira 0.0004% dari yang sama. Semasa di perairan laut, kepekatannya adalah dalam urutan 0.14 dan 0.25 ppm; Ia.

Mineral

Espodumeno Quartz, salah satu sumber semula jadi litium. Sumber: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)]

Mineral di mana logam ini terletak seperti berikut:

- Espodumena, Lial (Sio₃)₂

- Petalita, Lialsi₄Sama ada₁₀

- Lepidolita, K (Li, Al, RB)₂(Al, ya)₄Sama ada₁₀(F, oh)₂

Ketiga -tiga mineral ini mempunyai persamaan bahawa mereka adalah lithium alumino. Terdapat mineral lain di mana logam juga boleh diekstrak, seperti ambigonit, elbaíta, tripilita, eucriptite, atau lempung hector. Walau bagaimanapun, Espodumena adalah mineral dari mana jumlah litium terbesar. Galian ini membentuk beberapa batu igneus seperti granit atau pegmatite.

Perairan laut

Berhubung dengan laut, ia diekstrak dari salmueras seperti klorida, hidroksida atau litium karbonat, LiCl, lioh dan li₂Co₃, masing -masing. Dengan cara yang sama ia boleh didapati dari tasik atau lagun, atau dalam deposit Salmueras yang berbeza.

Dalam jumlah litium berada di kedudukan ke -25 yang banyak unsur.

Bintang

Lithium ditemui di bintang muda, lebih banyak daripada bintang -bintang yang lebih tua.

Untuk mendapatkan atau menghasilkan logam ini dalam keadaan murni terdapat dua pilihan (mengabaikan aspek ekonomi atau keuntungan): mengeluarkannya dengan perlombongan atau mengumpulkannya di Salmuelas. Yang terakhir adalah sumber utama dalam pengeluaran litium logam.

Pengeluaran litium logam oleh elektrolisis

Dari air garam campuran cair LICL diperoleh, yang kemudiannya dapat menjalani elektrolisis untuk memisahkan garam ke dalam komponen asasnya:

LiCl (l) → Li (s) + 1/2 Cl₂(g)

Walaupun mineral dicerna dalam media berasid untuk mendapatkan ion li mereka⁺ Selepas proses pemisahan dan pemurnian.

Chile diposisikan sebagai pengeluar lithium terbesar di dunia, memperolehnya dari Atacama Salar. Di benua yang sama, Argentina mengikuti, sebuah negara yang mengekstrak LiCl dari Salar dari The Dead Man dan, akhirnya, Bolivia. Sekarang, Australia adalah pengeluar litium terbesar melalui eksploitasi spodumens.

Reaksi

Reaksi litium yang paling terkenal adalah apa yang berlaku ketika bersentuhan dengan air:

2Li (s) +2H₂Atau (l) → 2lioh (ac) +h₂(g)

Lioh adalah lithium hidroksida dan, seperti yang dapat dilihat, menghasilkan gas hidrogen.

Bertindak balas dengan oksigen gas dan nitrogen untuk membentuk produk berikut:

4Li (s) + o₂(g) → 2li₂Anda)

2Li (s) + o₂(g) → 2li₂Sama ada₂(S)

Li₂Atau ia adalah litium oksida, yang cenderung terbentuk di atas li₂Sama ada₂, Peroksida.

  6Li (s)+n₂(g) → 2li₃NS)

Lithium adalah satu -satunya logam alkali yang mampu bertindak balas dengan nitrogen dan berasal dari nitrida ini. Dalam semua sebatian ini kewujudan kation li dapat diandaikan⁺ Mengambil bahagian dalam pautan ionik dengan watak kovalen (atau sebaliknya).

Boleh melayani anda: hibrida kimia

Anda juga boleh bertindak secara langsung dan bersungguh -sungguh dengan halogen:

2Li (s)+f₂(g) → Lif (s)

Ia juga bertindak balas dengan asid:

2Li (s) +2Hcl (conc) → 2licl (ac) +h₂(g)

3Li (s)+4hno₃(cair) → 3lino₃(ac) +tidak (g) +2h₂Atau (l)

Sebatian Lif, Licl dan Lino₃ Mereka masing -masing fluorida, klorida dan litium nitrat.

Dan mengenai sebatian organiknya, yang paling terkenal ialah lithium butyl:

2 li + c₄H₉X → c₄H₉Li + lix

Di mana x adalah atom halogen dan c₄H₉X adalah halogenida sewa.

Risiko

Logam tulen

Litium bertindak balas dengan ganas dengan air, dapat bertindak balas dengan kelembapan kulit. Itulah sebabnya jika seseorang memanipulasinya dengan tangan kosong akan mengalami luka bakar. Dan jika ia granulasi atau dalam bentuk habuk, ia ditetapkan pada suhu bilik, jadi ia mewakili risiko kebakaran.

Untuk memanipulasi logam, sarung tangan dan kanta keselamatan ini mesti disediakan, kerana sentuhan mata minimum boleh menyebabkan kerengsaan yang teruk.

Sekiranya kesannya dihirup, mereka masih boleh menjadi lebih teruk, membakar saluran pernafasan dan menyebabkan edema pulmonari oleh pembentukan lioh dalaman, bahan kaustik.

Logam ini mesti disimpan tenggelam dalam minyak, atau di atmosfera kering dan lebih lengai daripada nitrogen; Contohnya, dalam argon, seperti yang ditunjukkan dalam gambar pertama.

Sebatian

Sebatian yang diperoleh dari litium, terutama garam mereka, seperti karbonat atau sitrat, banyak lebih selamat. Itu selagi orang yang menelan mereka menghormati petunjuk yang dijadualkan oleh doktor mereka.

Beberapa kesan yang tidak diingini yang boleh dihasilkan pada pesakit adalah: cirit -birit, loya, keletihan, pening, stunnings, gegaran, kencing yang berlebihan, dahaga dan kenaikan berat badan.

Kesannya lebih serius pada wanita hamil, yang mempengaruhi kesihatan janin, atau meningkatkan kecacatan kelahiran. Begitu juga, pengambilannya pada ibu bayi tidak disyorkan, kerana litium dapat lulus dari susu ke bayi, dan dari sana mengembangkan semua jenis anomali atau kesan negatif.

Aplikasi

Kegunaan yang paling terkenal untuk logam ini di peringkat popular yang tinggal di kawasan perubatan. Walau bagaimanapun, ia mempunyai aplikasi di kawasan lain, terutamanya dalam penyimpanan tenaga melalui penggunaan bateri.

Metalurgi

Garam litium, khususnya li₂Co₃, Ia berfungsi sebagai bahan tambahan dalam proses faundri untuk tujuan yang berbeza:

-Pakai

-Desulfuriza

-Menapis bijirin logam bukan ferum

-Meningkatkan kelancaran penyembelihan acuan pemutus

-Mengurangkan suhu lebur dalam casting aluminium terima kasih kepada haba tertentu yang tinggi.

Organometallic

Sebatian alquilitio digunakan untuk menyewa (tambah rid rids r) atau arilar (tambah kumpulan aromatik AR) struktur molekul. Mereka menonjolkan kelarutan mereka yang baik dalam pelarut organik dan tidak begitu reaktif dalam medium tindak balas; Oleh itu, ia berfungsi sebagai reagen atau pemangkin untuk pelbagai sintesis organik.

Pelincir

Lithium stearate (produk tindak balas antara lemak dan lioh) ditambah kepada minyak untuk menghasilkan campuran pelincir.

Pelincir litium ini tahan terhadap suhu tinggi, tidak mengeras apabila ia sejuk dan tidak aktif dalam menghadapi oksigen dan air. Oleh itu, ia dapat digunakan dalam tentera, aeroangkasa, perindustrian, kereta, dll.

Seramik dan aditif kaca

Kaca atau seramik yang dirawat dengan li₂Atau memperoleh kelikatan yang lebih rendah apabila lebur dan rintangan yang lebih besar terhadap pengembangan terma. Sebagai contoh, peralatan dapur diperbuat daripada bahan -bahan ini dan kaca Pyrex juga mempunyai sebatian ini dalam komposisinya.

Aloi

Kerana menjadi logam ringan, mereka juga aloi; Antaranya, orang-orang aluminium-litium. Dengan menambah sebagai bahan tambahan, bukan sahaja memberi berat badan, tetapi rintangan yang lebih besar kepada suhu tinggi.

Penyejuk

Haba spesifik yang tinggi menjadikannya ideal untuk digunakan sebagai penyejuk dalam proses di mana haba sangat jelas; Contohnya, dalam reaktor nuklear. Ini kerana "kosnya" bahawa ia meningkat suhu, dan oleh itu menghalang haba daripada mudah di luar negara.

Bateri

Dan penggunaan yang paling menjanjikan adalah di pasaran bateri lithium -ion. Ini memanfaatkan kemudahan yang mana litium dioksidakan ke li⁺ Untuk menggunakan elektron yang dikeluarkan dan mengaktifkan litar luaran. Oleh itu, elektrod atau litium logam, atau aloi, di mana li⁺ Mereka boleh intercala dan mengembara melalui bahan elektrolisis.

Sebagai rasa ingin tahu terakhir, kumpulan muzik Evanescense mendedikasikan lagu dengan tajuk "Lithium" ke mineral ini.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi Keempat). MC Graw Hill.
2. Makmal Kebangsaan Lawrence Livermore. (23 Jun, 2017). Mengintip struktur kristal litium. Pulih dari: Phys.org
3. F. Degtyareva. (s.F.). Struktur kompleks litium padat: asal elektronik. Institut Fizik Negeri Pepejal Akademi Sains Rusia, Chernogolovka, Rusia.
4. Advameg, Inc. (2019). Lithium. Pulih dari: kimiaExplaed.com
5. Pusat Kebangsaan Maklumat Bioteknologi. (2019). Lithium. Pangkalan data PUBCHEM. CID = 3028194. Pulih dari: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov
6. Eric Eason. (30 November 2010). Bekalan litium dunia. Pulih dari: besar.Stanford.Edu
7. Wietelmann, u., & Klett, J. (2018). 200 tahun litium dan 100 tahun kimia organolithium. Zeitschrift fur anorganische und allgemeine chemie, 644 (4), 194-204. Doi: 10.1002/ZAAC.201700394