Det lithium Det er et metalelement, hvis kemiske symbol er Li, og dets atomnummer er 3. Det er det tredje element i det periodiske system og leder gruppe 1 af alkalimetallerne. Af alle metaller er det den med den laveste densitet og højeste specifikke varme. Det er så let, at det kan flyde på vandet.
Navnet stammer fra det græske ord 'lithos', der betyder sten. De gav det dette navn, fordi det netop blev opdaget som en del af nogle mineraler i vulkanske klipper. Derudover viste det karakteristiske egenskaber svarende til metallerne natrium og calcium, som blev fundet i vegetabilsk aske..
Den har en enkelt valenselektron og mister den til at blive Li-kationen+ i de fleste af dine reaktioner; eller dele det i en kovalent binding med carbon, Li-C i organolithiumforbindelser (såsom alkyllithiumer).
Dens udseende, som mange andre metaller, er et sølvfarvet fast stof, der kan blive gråligt, hvis det udsættes for fugt. Det kan vise sorte lag (øverste billede), når det reagerer med kvælstof i luften og danner et nitrid.
Kemisk er det identisk med dets kongenere (Na, K, Rb, Cs, Fr), men mindre reaktivt, da dets enkeltelektron oplever en langt større tiltrækningskraft på grund af at være tættere på det såvel som på grund af den dårlige beskyttelseseffekt af dets to interne elektroner. Til gengæld reagerer det som magnesium på grund af den diagonale effekt.
Lithiumsalte kan identificeres i laboratoriet ved at opvarme dem i en lighter; udseendet af en intens crimson flamme bekræfter dens tilstedeværelse. Faktisk bruges det ofte i undervisningslaboratorier til analytiske kørsler..
Dets anvendelser varierer fra at blive brugt som tilsætningsstof til keramik, glas, legeringer eller støberiblandinger, til at være et kølemedium og designet til meget effektive og små batterier. selvom det er eksplosivt, givet lithiums reaktive karakter. Det er det metal, der har den største tendens til at oxidere, og derfor det, der bedst giver afstand til sin elektron.
Artikelindeks
Den første optræden af lithium i universet stammer langt tilbage, få minutter efter Big Bang, hvor kernerne af brint og helium fusionerede. Men jordisk tog det tid for menneskeheden at identificere det som et kemisk element.
Det var i 1800, da den brasilianske videnskabsmand José Bonifácio de Andrada e Silva opdagede mineralerne spodumen og petalit på den svenske ø Utö. Med dette havde han fundet de første officielle kilder til lithium, men stadig vidste man ikke noget om ham.
I 1817 var den svenske kemiker Johan August Arfwedson i stand til at isolere et sulfatsalt fra disse to mineraler, der indeholdt et andet grundstof end calcium eller natrium. På det tidspunkt arbejdede Johan på laboratorierne hos den berømte svenske kemiker Jöns Jacob Berzelius.
Det var Berzelius, der kaldte dette nye element, et produkt af hans observationer og eksperimenter, 'lithos', som betyder sten på græsk. Således kunne lithium endelig anerkendes som et nyt element, men det manglede stadig at være i stand til at isolere det..
Bare et år senere, i 1821, lykkedes det William Thomas Brande og Sir Humphry Davy at isolere lithium som et metal ved at anvende elektrolyse på lithiumoxid. Skønt de var i meget små mængder, var de tilstrækkelige til at observere dens reaktivitet.
I 1854 var Robert Wilhelm Bunsen og Augustus Matthiessen i stand til at producere lithiummetal i større mængder ved elektrolyse af lithiumchlorid. Herfra var dets produktion og handel begyndt, og efterspørgslen ville vokse, efterhånden som der blev fundet nye teknologiske applikationer som et resultat af dets unikke egenskaber..
Den krystallinske struktur af metallisk lithium er kropscentreret kubisk (krop centreret kubisk, bcc). Af alle de kompakte kubiske strukturer er dette den mindst tætte og er i overensstemmelse med dens karakteristika som det letteste og mindst tætte metal af alle..
I det er Li-atomerne omgivet af otte naboer; Li er i midten af terningen med fire Li øverst og nederst i hjørnerne. Denne bcc-fase kaldes også α-Li (selvom dette navn tilsyneladende ikke er meget udbredt).
Som det store flertal af metaller eller faste forbindelser kan de gennemgå faseovergange, når de oplever ændringer i temperatur eller tryk; så længe de ikke er grundlagt. Således krystalliserer lithium med en rhombohedral struktur ved meget lave temperaturer (4,2 K). Li-atomer er næsten frosne og vibrerer mindre i deres positioner.
Når trykket øges, får det mere kompakte sekskantede strukturer; og når der øges endnu mere, gennemgår lithium andre overgange, der ikke har været fuldt karakteriseret ved røntgendiffraktion.
Derfor er egenskaberne ved dette "komprimerede lithium" stadig under undersøgelse. Ligeledes er det endnu ikke forstået, hvordan dets tre elektroner, hvoraf den ene er valens, griber ind i dens opførsel som en halvleder eller metal ved disse højtryksbetingelser..
Det virker nysgerrig, at lithium på dette tidspunkt stadig er en "uigennemsigtig bog" for dem, der beskæftiger sig med krystallografisk analyse..
Dette skyldes, skønt elektronkonfigurationen er 2s1, med så få elektroner kan det næppe interagere med den anvendte stråling for at belyse dens metalliske krystaller.
Desuden teoretiseres det, at 1s og 2s orbitaler overlapper hinanden ved høje tryk. Det vil sige begge de interne elektroner (1stosom valencia (2s1) styrer de elektroniske og optiske egenskaber af lithium i disse superkompakte faser.
Når det er sagt, er elektronkonfigurationen af lithium 2s1, det kan miste en enkelt elektron; de to andre, fra 1'ers indre orbitalto, ville kræve en masse energi at fjerne.
Derfor deltager lithium i næsten alle dets forbindelser (uorganisk eller organisk) med et oxidationsnummer på +1. Dette betyder, at i dets obligationer, Li-E, hvor E bliver et hvilket som helst element, antages eksistensen af Li-kationen+ (det være sig ionisk eller kovalent faktisk nævnte binding).
Oxidationsnummeret -1 er usandsynligt for lithium, da det skulle binde til et element, der er meget mindre elektronegativt end det; det er i sig selv vanskeligt, da dette metal er meget elektropositivt.
Dette negative oxidationstal repræsenterer en 2s elektronkonfigurationto (for at få en elektron), og det ville også være isoelektronisk for beryllium. Nu antages eksistensen af Li-anionen-, og dets afledte salte ville blive kaldt lituros.
På grund af dets store oxidationspotentiale indeholder dets forbindelser hovedsageligt Li-kationen.+, som, fordi den er så lille, kan udøve en polariserende virkning på klodsede anioner til dannelse af Li-E kovalente bindinger.
Sølvhvidt metal med en glat struktur, hvis overflade bliver grå, når den oxideres eller bliver mørkere, når den reagerer direkte med nitrogen i luften for at danne dens tilsvarende nitrid. Det er så let, at det flyder i vand eller olie.
Det er så glat, at det endda kan skæres i skiver ved hjælp af en kniv eller endda med dine negle, hvilket overhovedet ikke vil blive anbefalet..
6,941 g / mol.
180,50 ° C.
1330 ° C.
0,534 g / ml ved 25 ° C.
Ja, det flyder i vand, men det begynder straks at reagere med det. Det er opløseligt i ammoniak, hvor når det opløses, opløses dets elektroner for at producere blå farver.
0,818 mm Hg ved 727 ° C; det vil sige, ikke engang ved høje temperaturer kan dets atomer næppe slippe ud i gasfasen.
0,98 på Pauling-skalaen.
Først: 520,2 kJ / mol
Andet: 7298,1 kJ / mol
Tredje: 11815 kJ / mol
Disse værdier svarer til de energier, der er nødvendige for at opnå de luftformige ioner Li+, Lito+ og Li3+, henholdsvis.
179 ° C.
398 mN / m ved sit smeltepunkt.
I flydende tilstand er det mindre tyktflydende end vand.
3,00 kJ / mol.
136 kJ / mol.
24.860 J / mol · K. Denne værdi er ekstraordinær høj; den højeste af alle elementer.
0,6
I naturen forekommer lithium i form af to isotoper: 6Li og 7Li. Atommassen 6.941 u alene angiver, hvilken af de to der er mest udbredt: 7Li. Sidstnævnte udgør ca. 92,4% af alle lithiumatomer; I mellemtiden han 6Li, omkring 7,6% af dem.
I levende væsener foretrækker organismen det 7Li at den 6Li; i mineralogiske matricer er isotopen imidlertid 6Li er bedre modtaget, og derfor stiger hans procentdel af overflod over 7,6%.
Selvom det er mindre reaktivt end de andre alkalimetaller, er det stadig et ret aktivt metal, så det kan ikke udsættes for atmosfæren uden at blive gennemgået oxidation. Afhængig af forholdene (temperatur og tryk) reagerer det med alle luftformige elementer: brint, klor, ilt, nitrogen; og med faste stoffer som fosfor og svovl.
Der er ingen andre navne på lithiummetal. Med hensyn til dets forbindelser er en stor del af dem navngivet i henhold til de systematiske, traditionelle eller stamnomenklaturer. Dens oxidationstilstand på +1 er praktisk talt uændret, så i lagernomenklaturen er (I) ikke skrevet i slutningen af navnet.
Overvej for eksempel forbindelserne LitoO og Li3N.
LitoEller den modtager følgende navne:
- Lithiumoxid i henhold til lagernomenklaturen
- Lithisk oxid ifølge traditionel nomenklatur
- Dilithiummonoxid ifølge den systematiske nomenklatur
Mens Li3N kaldes:
- Lithiumnitrid, stamnomenklatur
- Litisk nitrid, traditionel nomenklatur
- Trilithium mononitrid, systematisk nomenklatur
Det er ukendt, i hvilket omfang lithium måske eller ikke er essentielt for organismer. Ligeledes er de mekanismer, hvormed det kunne metaboliseres, usikre, og det undersøges stadig..
Derfor vides det ikke, hvilke positive virkninger en diæt “rig” på lithium kan have; selvom det kan findes i alle kroppens væv; især i nyrerne.
Den farmakologiske virkning af visse lithiumsalte på kroppen er kendt, især på hjernen eller nervesystemet. For eksempel regulerer det niveauerne af serotonin, et molekyle, der er ansvarligt for de kemiske aspekter af lykke. Når det er sagt, er det ikke ualmindeligt at tro, at det ændrer eller ændrer stemningen hos de patienter, der spiser dem..
De fraråder dog at indtage lithium sammen med medicin, der bekæmper depression, da der er risiko for at øge serotonin for meget.
Det hjælper ikke kun med at bekæmpe depression, men også bipolare og skizofrene lidelser såvel som andre mulige neurologiske lidelser.
Som spekulation mistænkes det, at personer med diæt fattige i lithium er mere tilbøjelige til depression eller at begå selvmord eller drab. Imidlertid forbliver formelt virkningerne af dens mangel ukendt..
Lithium kan ikke findes i jordskorpen, langt mindre i havene eller atmosfæren, i sin rene tilstand, som et skinnende hvidt metal. I stedet har det gennemgået transformationer gennem millioner af år, der har positioneret det som en Li-ion.+ (hovedsageligt) i visse mineraler og stengrupper.
Det anslås, at dets koncentration i jordskorpen ligger mellem 20 og 70 ppm (del pr. Million), hvilket svarer til ca. 0,0004% af det. Mens det er i marine farvande, er dets koncentration i størrelsesordenen 0,14 og 0,25 ppm; det vil sige, lithium findes mere i sten og mineraler end i saltlage eller havbund.
Mineralerne, hvor dette metal findes, er følgende:
- Spodumene, LiAl (SiO3)to
- Petalite, LiAlSi4ELLER10
- Lepidolit, K (Li, Al, Rb)to(Al, ja)4ELLER10(F, OH)to
Disse tre mineraler har det til fælles, at de er lithiumaluminiumsilicater. Der er andre mineraler, hvor metallet også kan ekstraheres, såsom ambligonit-, elbait-, tripillit-, eukriptit- eller hectoritler. Spodumen er dog det mineral, hvorfra den største mængde lithium produceres. Disse mineraler udgør nogle vulkanske klipper som granit eller pegmatit.
I forhold til havet ekstraheres det fra saltvand som lithiumchlorid, hydroxid eller carbonat, LiCl, LiOH og LitoCO3, henholdsvis. På samme måde kan det fås fra søer eller laguner eller i forskellige saltlageaflejringer.
I alt er lithium rangeret som 25. i overflod af elementerne på jorden, hvilket korrelerer godt med dets lave koncentration i både land og vand, og betragtes derfor som et relativt sjældent element..
Lithium findes i unge stjerner, i større overflod end i ældre stjerner.
For at opnå eller producere dette metal i sin rene tilstand er der to muligheder (ignorering af økonomiske aspekter eller rentabilitet): ekstraher det ved minedrift eller saml det i saltlage. Sidstnævnte er den dominerende kilde i produktionen af metallisk lithium..
En saltformet LiCl-blanding opnås fra saltvand, som derefter kan underkastes elektrolyse for at adskille saltet i dets grundlæggende komponenter:
LiCl (l) → Li (s) + 1/2 Clto(g)
Mens mineraler fordøjes i sure medier for at opnå deres Li-ioner+ efter separations- og oprensningsprocesser.
Chile er positioneret som den største lithiumproducent i verden og får det fra saltfladen Atacama. På det samme kontinent følger Argentina, et land der udvinder LiCl fra Salar del Hombre Muerto og endelig Bolivia. Australien er dog den største lithiumproducent gennem udnyttelse af spodumen.
Den mest kendte reaktion af lithium er den, der opstår, når den kommer i kontakt med vand:
2Li (s) + 2HtoO (l) → 2LiOH (aq) + Hto(g)
LiOH er lithiumhydroxid og producerer som det fremgår hydrogengas.
Reagerer med gasformigt ilt og nitrogen for at danne følgende produkter:
4Li (s) + Oto(g) → 2LitoDu)
2Li (s) + Oto(g) → 2LitoELLERto(s)
LitoEller er det lithiumoxid, der har tendens til at dannes oven på LitoELLERto, peroxid.
6Li (s) + Nto(g) → 2Li3N (er)
Lithium er det eneste alkalimetal, der er i stand til at reagere med nitrogen og forårsage dette nitrid. I alle disse forbindelser kan eksistensen af Li-kationen antages+ deltager i ionbindinger med kovalent karakter (eller omvendt).
Det kan også reagere direkte og kraftigt med halogener:
2Li (s) + Fto(g) → LiF (s)
Reagerer også med syrer:
2Li (s) + 2HCl (konc) → 2LiCl (aq) + Hto(g)
3Li (s) + 4HNO3(fortyndet) → 3LiNO3(aq) + NO (g) + 2HtoO (l)
Forbindelserne LiF, LiCl og LiNO3 er henholdsvis lithiumfluorid, chlorid og nitrat.
Og med hensyn til dets organiske forbindelser er den mest kendte lithiumbutyl:
2 Li + C4H9X → C4H9Li + LiX
Hvor X er et halogenatom og C4H9X er et alkylhalogenid.
Lithium reagerer voldsomt med vand og kan reagere med fugt på huden. Derfor, hvis nogen håndterede det med bare hænder, ville de lide forbrændinger. Og hvis det er granuleret eller i pulverform, antager det ild ved stuetemperatur, hvilket repræsenterer brandrisici.
Handsker og sikkerhedsbriller skal bruges til at håndtere dette metal, da minimal kontakt med øjnene kan forårsage alvorlig irritation..
Ved indånding kan virkningerne være endnu værre ved at brænde luftvejene og forårsage lungeødem på grund af den indre dannelse af LiOH, et kaustisk stof..
Dette metal skal opbevares nedsænket i olie eller i tørre atmosfærer og mere inaktivt end kvælstof; for eksempel i argon, som vist på det første billede.
Forbindelser afledt af lithium, især dets salte, såsom carbonat eller citrat, er meget sikrere. At så længe de mennesker, der indtager dem, respekterer de indikationer, som deres læger har ordineret..
Nogle af de mange uønskede effekter, som det kan generere hos patienter, er: diarré, kvalme, træthed, svimmelhed, svimmelhed, rysten, overdreven vandladning, tørst og vægtøgning.
Virkningerne kan være endnu mere alvorlige hos gravide kvinder, der påvirker fostrets sundhed eller øger fosterskader. Ligeledes anbefales dets indtagelse ikke hos ammende mødre, da lithium kan passere fra mælk til barnet og derfra udvikle alle former for anomalier eller negative virkninger..
De mest kendte anvendelser af dette metal på et populært niveau findes inden for medicin. Det har dog anvendelse i andre områder, især i energilagring gennem brug af batterier..
Lithiumsalte, specifikt LitoCO3, fungerer som et additiv i støberiprocesser til forskellige formål:
-Degass
-Afsvovler
-Forfiner korn af ikke-jernholdige metaller
-Øger fluiditeten af slaggene i støbeformene
-Reducerer smeltetemperaturen i aluminiumsstøbninger takket være dens høje specifikke varme.
Alkyllithiumforbindelser anvendes til at alkylere (tilføje R-sidekæder) eller arylar (tilføje Ar-aromatiske grupper) molekylære strukturer. De skiller sig ud for deres gode opløselighed i organiske opløsningsmidler og for ikke at være så reaktive i reaktionsmediet; derfor tjener det som reagenser eller katalysatorer til flere organiske synteser.
Lithiumstearat (produkt fra reaktionen mellem et fedt og LiOH) tilsættes til olien for at skabe en smørende blanding.
Dette lithiumsmøremiddel er modstandsdygtigt over for høje temperaturer, hærder ikke, når det afkøles, og er inaktivt over for ilt og vand. Derfor finder den anvendelse i militær, rumfart, industri, bilindustri osv..
Briller eller keramik, der er behandlet med LitoEller de får lavere viskositeter, når de smelter og større modstandsdygtighed over for termisk ekspansion. For eksempel er køkkenredskaber lavet af disse materialer, og Pyrex-glas har også denne forbindelse i sin sammensætning..
Fordi det er sådan et let metal, så er dets legeringer også; blandt dem af aluminium-lithium. Når det tilsættes som tilsætningsstof, giver det ikke kun mindre vægt, men også større modstandsdygtighed over for høje temperaturer..
Den høje specifikke varme gør den ideel til at blive brugt som kølemiddel i processer, hvor der frigøres meget varme; for eksempel i atomreaktorer. Dette skyldes, at det "koster" at hæve temperaturen og derfor forhindrer, at varmen let udstråles udefra.
Og den mest lovende anvendelse af alle er på lithium-ion-batterimarkedet. Disse udnytter den lethed, hvormed lithium oxideres til Li+ at bruge den frigivne elektron og aktivere et eksternt kredsløb. Således er elektroderne enten lavet af metallisk lithium eller af legeringer deraf, hvor Li+ kan interkalere og bevæge sig gennem elektrolytmateriale.
Som en sidste nysgerrighed dedikerede den musikalske gruppe Evanescense en sang med titlen "Lithium" til dette mineral.
Endnu ingen kommentarer