Lithiumgeschichte, Struktur, Eigenschaften, Risiken und Verwendung

Er Lithium Es ist ein metallisches Element, dessen chemisches Symbol Li ist und seine Atomzahl 3 ist 3. Es ist das dritte Element der Periodenkabine und der Köpfe Gruppe 1 der alkalischen Metalle. Von allen Metallen ist die mit der niedrigsten Dichte und einer größeren spezifischen Wärme. Es ist so leicht, dass es im Wasser schweben kann.

Sein Name stammt aus dem griechischen Wort "Lithos", was Stein bedeutet. Sie erteilten diesen Namen, weil er als Teil einiger Mineralien in magmatischen Felsen genau entdeckt wurde. Darüber hinaus drückte er charakteristische Eigenschaften aus, die denen von Natrium- und Calciummetallen ähnelten, die sich in Gemüseasche befanden.

Metallische Lithiumstücke, die mit einer Nitridschicht bedeckt sind, die in Argon gespeichert ist. Quelle: Hi-Res-Bilder von chemischen Elementen [CC von 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/bis/3.0)]]

Es hat ein einzelnes Elektron von Valencia, das es verliert, um das Kation zu werden⁺ in den meisten seiner Reaktionen; Oder teilen Sie es in einer kovalenten Bindung mit Kohlenstoff, Li-C in Organolitenverbindungen (wie Alcheilitios).

Sein Aussehen ist wie viele andere Metalle das eines Silbersilbers, das grau werden kann, wenn es Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Sie können schwärzliche Schichten (oberes Bild) anzeigen, wenn Sie mit Luftstickstoff reagieren, um einen Nitruro zu bilden.

Chemisch ist es identisch mit seinen Kollegen (Na, K, RB, CS, FR), aber weniger reaktiv, da seine einzige Elektron Interne Elektronen. Wiederum reagiert es als Magnesium aufgrund des diagonalen Effekts.

Im Labor können Lithiumsalze identifiziert werden, wenn sie sich in einem Feuerzeug erhitzen. Das Erscheinen einer intensiven purpurroten Farbflamme zertifizieren ihre Präsenz. Tatsächlich wird es normalerweise zum Unterrichten von Labors für analytische Märsche verwendet.

Ihre Anwendungen variieren von als Additiv für Keramik, Glas, Legierungen oder Schmelzmischungen bis hin zur Kältemittel und als hochwirksame und kleine Batterien. Obwohl explosiv, angesichts des reaktiven Charakters von Lithium. Es ist das Metall mit der größten Tendenz, zu oxidieren und daher die am meisten leichte.

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Geschichte

Entdeckung

Das erste Auftritt von Lithium im Universum stammt weit, einige Minuten nach dem Urknall, als die Wasserstoff- und Heliumkerne verschmolzen sind. Es dauerte jedoch Zeit für die Menschheit, es als chemisches Element zu identifizieren.

Es war 1800, als der brasilianische Wissenschaftler José Bonifácio de Andrada E Silva die Mineralien von Espodumena und Petalita auf der schwedischen Insel Utö entdeckte. Damit hatte er die ersten offiziellen Lithiumquellen gefunden, aber über ihn war nichts bekannt.

1817 konnte der schwedische Chemiker Johan August Arfwedson ein Sulfatsalz von diesen beiden Mineralien isolieren, das ein anderes Element als Calcium oder Natrium enthielt. Bis dahin arbeitete August Johan in den Labors des berühmten schwedischen Chemikers Jörs Jacob Berzelius.

Es war Berzelius, der dieses neue Element nannte, Produkt seiner Beobachtungen und Experimente, "Lithos", was Stein in Griechisch bedeutet. So konnte Lithium endlich als neues Element anerkannt werden, aber es fehlte immer noch, es zu isolieren.

Isolation

Nur ein Jahr später, 1821, gelang es William Thomas Brande und Sir Humphry Davy, Lithium als Metall zu isolieren. Obwohl sie in sehr kleinen Mengen ausreichten, um ihre Reaktivität zu beobachten.

Im Jahr 1854 konnten Robert Wilhelm Bunsen und Augustus Matthiessen metallisches Lithium in größeren Mengen aus der Elektrolyse von Lithiumchlorid produzieren. Von hier aus hatte seine Produktion und sein Handel initiiert, und die Nachfrage würde wachsen, da nach seinen einzigartigen Eigenschaften neue technologische Anwendungen festgestellt wurden.

Elektronische Struktur und Konfiguration

Die kristalline Struktur von metallischem Lithium ist im Körper kubisch zentriert (Körper Cenred Cubic, BCC). Von allen kompakten kubischen Strukturen ist dies weniger dicht und stimmt mit seinem Charakter als das leichtere und weniger dichter Metall von allen überein.

Darin sind Li -Atome von acht Nachbarn umgeben; Das heißt, das Li befindet sich in der Mitte des Würfels, mit vier Li in den Ecken. Diese BCC-Phase wird auch als α-LI bezeichnet (obwohl diese Konfession offenbar nicht weit verbreitet ist).

Phasen

Wie die überwiegende Mehrheit der Metalle oder festen Verbindungen können sie Phasenübergänge erleiden, wenn sie Temperatur- oder Druckänderungen verzeichnen. Solange sie nicht gegründet sind. Somit kristallisiert Lithium mit einer Rhomboédica -Struktur bei sehr niedrigen Temperaturen (4,2 K). Li -Atome sind fast gefroren und vibrieren weniger in ihren Positionen.

Wenn der Druck erhöht wird, erhält er kompaktere hexagonale Strukturen; Und durch das Erhöhen noch mehr leiden Lithium unter anderen Übergängen, die nicht vollständig durch X -Ray -Beugung gekennzeichnet werden konnten.

Daher bleiben die Eigenschaften dieses "komprimierten Lithiums" untersucht. Ebenso ist noch nicht verstanden, wie seine drei Elektronen, von denen einer aus Valencia stammt, in ihren Verhalten als Halbleiter oder Metall unter diesen Bedingungen des hohen Drückens eingreift.

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Drei Elektronen statt eines

Es scheint merkwürdig, dass Lithium an dieser Stelle als "undurchsichtiges Buch" für diejenigen bleibt, die sich kristallografischen Analysen widmen.

Dies liegt daran, dass, obwohl die elektronische Konfiguration 2s beträgt¹, Mit so wenigen Elektronen können Sie kaum mit der Strahlung interagieren, um Ihre Metallkristalle aufzuklären.

Darüber hinaus wird theoretisiert, dass sich die Orbitale 1s und 2s bei hohen Drücken überlappen. Das heißt, beide internen Elektronen (1s²) wie die von Valencia (2s¹) Regie die elektronischen und optischen Eigenschaften von Lithium in diesen super kompakten Phasen.

Oxidationszahl

Trotzdem beträgt die elektronische Lithiumkonfiguration 2s¹, Sie können ein einzelnes Elektron verlieren; die anderen beiden des internen Orbitals 1s², würde viel Energie erfordern, um sie zu entfernen.

Daher beteiligt sich Lithium an fast allen seinen Verbindungen (anorganisch oder organisch) mit einer Oxidationszahl von +1. Dies bedeutet, dass in seinen Verbindungen Li-E, wo E zu einem Element wird, die Existenz des Kationen Li angenommen wird⁺ (ob ionisch oder kovalent tatsächlich gesagt Link).

Die Oxidationszahl -1 ist für Lithium unwahrscheinlich, da sie sich mit einem viel weniger elektronegativen Element als er verbinden müsste; Tatsache, dass es schwierig ist, dieses sehr elektropositive Metall zu sein.

Diese negative Oxidationszahl würde eine elektronische Konfiguration 2s darstellen² (zum Gewinnen eines Elektrons) und es wäre auch isoliert für Beryllium. Jetzt würde die Existenz des Anion Li angenommen^-, und seine abgeleiteten Salze würden Lituros genannt werden.

Aufgrund ihres großartigen Oxidationspotentials enthalten ihre Verbindungen hauptsächlich das Liquor⁺, was, weil es so klein ist, einen polarisierenden Effekt auf sperrige Anionen ausüben kann.

Eigenschaften

Die purpurrote Flamme von Lithiumverbindungen. Quelle: Anti t. Nissinen (https: // www.Flickr.com/fotos/veisto/2128261964)

Aussehen

Silber weißes Metall mit weicher Textur, dessen Oberfläche bei oxidiertem oxidieren oder verdunkelt, wenn es direkt mit Luftstickstoff reagiert, um sein entsprechendes Nitrid zu bilden. Es ist so leicht, dass in Wasser oder Öl schwimmt.

Es ist so weich, dass es sogar mit einem Messer oder sogar mit Fingern schneiden kann, was überhaupt nicht empfohlen wird.

Molmasse

6,941 g/mol.

Schmelzpunkt

180,50 ° C.

Siedepunkt

1330 ° C.

Dichte

0,534 g/ml bei 25 ° C.

Löslichkeit

Ja, schwimmt im Wasser, beginnt aber sofort mit demselben zu reagieren. Es ist in Ammoniak löslich, wo sich ihre Elektronen aufgelöst haben, um blaue Farben zu verursachen.

Dampfdruck

0,818 mm Hg bei 727 ° C; Das heißt, nicht einmal bei hohen Temperaturen können ihre Atome der Soda -Phase kaum entkommen.

Elektronegativität

0,98 auf der Paulingskala.

Ionisationsenergien

Erstens: 520,2 kJ/mol

Zweitens: 7298.1 kJ/mol

Dritter: 11815 kJ/mol

Diese Werte entsprechen den notwendigen Energien, um die gasförmigen Ionen li zu erhalten⁺, Li²⁺ und li³⁺, bzw.

Selbstdirektionstemperatur

179 ° C.

Oberflächenspannung

398 mn/m an seinem Schmelzpunkt.

Schmiere

Im flüssigen Zustand ist weniger viskoös als Wasser.

Fusionshitze

3.00 kJ/mol.

Verdampfungswärme

136 kJ/mol.

Molarenwärmekapazität

24.860 j/mol · k. Dieser Wert ist außerordentlich hoch; Das höchste aller Elemente.

Mohs Härte

0,6

Isotope

In der Natur wird Lithium in Form von zwei Isotopen vorgestellt: ⁶Li und ⁷Li. Atommasse 6.941 oder zeigt an sich an, welche der beiden am häufigsten vorkommt: die ⁷Li. Letztere bilden etwa 92,4% aller Lithiumatome; Inzwischen er ⁶Li, ungefähr 7,6% von ihnen.

In Lebewesen bevorzugt der Organismus ⁷Li das die ⁶Li; In mineralogischen Matrizen ist das Isotop jedoch ⁶Li wird besser aufgenommen und daher steigt sein Prozentsatz der Häufigkeit über 7,6% über 7,6%.

Reaktivität

Obwohl es weniger reaktiv ist als andere alkalische Metalle, ist es immer noch ein ziemlich aktives Metall, sodass es nicht der Atmosphäre ausgesetzt werden kann, ohne Oxidationen zu leiden. Abhängig von den Bedingungen (Temperatur und Druck) reagiert es mit allen gasförmigen Elementen: Wasserstoff, Chlor, Sauerstoff, Stickstoff; und mit Feststoffen wie Phosphor und Schwefel.

Nomenklatur

Es gibt keine anderen Namen mit dem, was man das Lithium -Metall nennt. In Bezug auf ihre Verbindungen werden viele von ihnen nach systematischen, traditionellen oder Stock -Nomenklaturen benannt. Sein Oxidationszustand von +1 ist praktisch unveränderlich, so.

Beispiele

Betrachten Sie zum Beispiel die Verbindungen li₂Oder und li₃N.

Das li₂Oder empfangen Sie die folgenden Namen:

- Lithiumoxid gemäß Aktiennomenklatur

- Lithikoxid nach der traditionellen Nomenklatur

- Dilitio Monoxid nach systematischer Nomenklatur

Während der Li₃N heißt:

- Lithiumnitrid, Aktiennomenklatur

- Lithic Nitruro, traditionelle Nomenklatur

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- Trilitio Mononitar, systematische Nomenklatur

Biologisches Papier

Es ist nicht bekannt, inwieweit das Lithium für die Organismen wesentlich sein kann oder nicht. Ebenso sind die Mechanismen, mit denen sie metabolisieren konnten.

Daher ist nicht bekannt, welche positiven Auswirkungen eine "reichhaltige" Diät in Lithium haben kann. Auch wenn es in allen Körpergeweben gefunden werden kann; Besonders in den Nieren.

Regulator der Seratoninspiegel

Wenn die pharmakologische Wirkung bestimmter Lithiumsalze auf den Körper bekannt ist, insbesondere im Gehirn oder im Nervensystem. Zum Beispiel reguliert es die Serotoninspiegel, ein Molekül, das für die chemischen Aspekte des Glücks verantwortlich ist. Trotzdem ist es nicht ungewöhnlich zu glauben, dass es die Stimmungen der Patienten verändert oder verändert, die sie konsumieren.

Sie raten jedoch gegen Lithium mit Medikamenten, die gegen Depressionen kämpfen, da das Risiko besteht, Serotonin zu viel zu erhöhen.

Es hilft nicht nur bei der Bekämpfung von Depressionen, sondern auch bipolare und schizophrene Störungen sowie andere mögliche neurologische Störungen.

Mangel

Als Spekulation wird vermutet, dass Personen mit schlechten Lithium -Diäten anfälliger für Depressionen sind oder Selbstmord oder Mord begehen. Formell sind die Auswirkungen ihres Mangels jedoch noch unbekannt.

Wo ist und Produktion

Lithium kann nicht in der Erdkruste gefunden werden, viel weniger in den Meeren oder in der Atmosphäre, in ihrer reinsten Form, als helles weißes Metall. Stattdessen haben Transformationen, die es als Ion li positioniert haben⁺ (hauptsächlich) in bestimmten Mineralien und Felsgruppen.

Es wird geschätzt, dass im Kortex der Erde seine Konzentration zwischen 20 und 70 ppm (Teil pro Million) liegt, was ungefähr 0,0004% derselben entspricht. Während des marinen Gewässers liegt seine Konzentration in der Größenordnung von 0,14 und 0,25 ppm; Das heißt, Lithium gibt es in Steinen und Mineralien mehr als in Salmuelas oder Meeresbetten.

Mineralien

Espodumeno Quartz, eine der natürlichen Quellen von Lithium. Quelle: Rob Lavinsky, Irocks.com-c-by-sa-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]

Die Mineralien, in denen sich dieses Metall befindet, sind Folgendes:

- Espodumenena, Lial (SiO₃)₂

- Petalita, lialsi₄ENTWEDER₁₀

- Lepidolita, K (Li, Al, RB)₂(Al, ja)₄ENTWEDER₁₀(F, OH)₂

Diese drei Mineralien haben gemeinsam, dass sie Lithiumalumino sind. Es gibt andere Mineralien, in denen auch Metall extrahiert werden kann, wie z. Espodumena ist jedoch das Mineral, aus dem die größte Menge an Lithium auftritt. Diese Mineralien bilden einige magmatische Gesteine ​​wie Granit oder Pegmatit.

Meeresgewässer

In Bezug auf das Meer wird es aus den Salmueras wie Chlorid, Hydroxid oder Lithiumcarbonat, LiCl, Lioh und Li extrahiert₂CO₃, bzw. Ebenso kann es aus Seen oder Lagunen oder in verschiedenen Salmueras -Einlagen erhalten werden.

Insgesamt befindet sich Lithium in der 25. Position in Angemeld.

Sterne

Lithium kommt in jungen Sternen in größerer Fülle als in älteren Sternen vor.

Um dieses Metall in seinem reinen Zustand zu erhalten oder zu produzieren, gibt es zwei Optionen (ignorieren Sie die wirtschaftlichen Aspekte oder die Rentabilität): extrahieren Sie es, indem Sie es in Salmuelas abbauen oder sammeln. Das letzte ist die vorherrschende Quelle bei der Herstellung von metallischem Lithium.

Metallische Lithiumproduktion durch Elektrolyse

Aus der Salzlösung wird eine geschmolzene Mischung aus Lizenz erhalten, die dann eine Elektrolyse unterziehen kann, um Salz in seine Elementarkomponenten zu trennen:

Licl (l) → li (s) + 1/2 cl₂(G)

Während Mineralien in sauren Medien verdaut werden, um ihre Li -Ionen zu erhalten⁺ Nach Trennungs- und Reinigungsprozessen.

Chile gilt als größter Lithiumproduzent der Welt und erhält ihn aus Atacama Salar. Auf demselben Kontinent folgt Argentinien, einem Land, das die LiCl aus dem Salar aus dem Toten und schließlich Bolivien auszieht. Jetzt ist Australien der größte Lithiumproduzent durch die Ausbeutung von Spodumens.

Reaktionen

Die bekannteste Lithiumreaktion ist das, was passiert, wenn es mit Wasser in Kontakt kommt:

2li (s) +2h₂Oder (l) → 2lioh (ac) +h₂(G)

Lioh ist Lithiumhydroxid und produziert, wie er gesehen werden kann, Wasserstoffgas.

Reagiert mit gasförmigem Sauerstoff und Stickstoff, um die folgenden Produkte zu bilden:

4li (s) + o₂(g) → 2LI₂Du)

2li (s) + o₂(g) → 2LI₂ENTWEDER₂(S)

Das li₂Oder es ist Lithiumoxid, das sich tendenziell über dem Li bilden₂ENTWEDER₂, Peroxid.

  6li (s)+n₂(g) → 2LI₃N (s)

Lithium ist das einzige alkalische Metall, das mit Stickstoff reagieren kann und dieses Nitrid entsteht. In all diesen Verbindungen kann die Existenz des Kation Li angenommen werden⁺ Teilnahme an ionischen Verbindungen mit dem kovalenten Charakter (oder umgekehrt).

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Sie können auch direkt und energisch mit Halogenen reagieren:

2li (s)+f₂(g) → LIF (s)

Es reagiert auch mit Säuren:

2li (s) +2HCl (conc) → 2licl (ac) +h₂(G)

3LI (S)+4HNO₃(verdünnt) → 3lino₃(ac) +nein (g) +2h₂Oder (l)

LIF-, LICL- und Lino -Verbindungen₃ Sie sind Fluorid-, Chlorid- und Lithiumnitrat.

Und in Bezug auf seine organischen Verbindungen ist das Lithium -Butyl am bekanntesten:

2 li + c₄H₉X → c₄H₉Li + lix

Wobei x ein Halogenatom und C ist₄H₉X ist ein Miet -Halogenid.

Risiken

Reines Metall

Lithium reagiert heftig mit Wasser und kann mit Hautfeuchtigkeit reagieren. Deshalb würde jemand, der es mit nackten Händen manipuliert, Verbrennungen leiden würde. Und wenn es granuliert oder in Form von Staub ist, ist es auf Raumtemperatur eingestellt, so dass es Brandrisiken darstellt.

Um dieses Metall zu manipulieren.

Wenn die Effekte eingeatmet werden, können sie immer noch schlechter sein, den Atemweg verbrennen und Lungenödeme durch die interne LiOH -Formation, eine ätzende Substanz, verursachen.

Dieses Metall muss in Öl oder in trockenen Atmosphären und inerter als Stickstoff gelagert werden. Zum Beispiel in Argon, wie im ersten Bild gezeigt.

Verbindungen

Die von Lithium stammenden Verbindungen, insbesondere der Salze wie Carbonat oder Citrat, sind viele sicherer. Das respektieren die Menschen, die sie einnehmen, die von ihren Ärzten geplanten Angaben.

Einige der vielen unerwünschten Effekte, die bei Patienten erzeugen können.

Die Auswirkungen können bei schwangeren Frauen noch schwerwiegender sein, die Gesundheit des Fötus beeinflussen oder Geburtsfehler erhöhen. Ebenso wird seine Aufnahme bei müttern.

Anwendungen

Die bekanntesten Verwendungszwecke für dieses Metall auf der beliebten Ebene wohnen im Medizinbereich. Es wird jedoch in anderen Bereichen angewendet, insbesondere in der Energiespeicherung durch die Verwendung von Batterien.

Metallurgie

Lithiumsalze, insbesondere li₂CO₃, Es dient als Additiv in Foundry -Prozessen für verschiedene Zwecke:

-Tragen

-Desulfuriza

-Verfeinern Sie die Körner von nicht fleischigen Metallen

-Erhöhen

-Reduziert die Schmelztemperatur in Aluminiumguss dank seiner hohen spezifischen Wärme.

Organometallisch

Alquilitio -Verbindungen werden verwendet, um molekulare Strukturen zu mieten (Rid -Ketten R) oder Arilien (aromatische Gruppen AR -Gruppen hinzufügen). Sie stechen nach ihrer guten Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln und weil sie im Reaktionsmedium nicht so reaktiv sind; Daher dient es als Reagenzien oder Katalysatoren für mehrere organische Synthese.

Schmiermittel

Das Lithiumstearat (Produkt der Reaktion zwischen einem Fett und dem Lioh) wird zu Öl zugesetzt, um eine Schmiermittelmischung zu erzeugen.

Dieses Lithiumschmiermittel ist gegen hohe Temperaturen resistent, verhärtet nicht, wenn es abkühlt. Daher wird in Militär, Luft- und Raumfahrt, Industrie, Auto usw. verwendet.

Keramik und Glaszusatz

Das Glas oder die Keramik, die mit Li behandelt werden₂Oder beim Schmelzen und einer stärkeren Resistenz gegen thermische Expansion niedrigere Viskositäten erwerben. Zum Beispiel werden Küchenutensilien aus diesen Materialien hergestellt, und Pyrex -Glas hat auch diese Verbindung in seiner Zusammensetzung.

Legierungen

Da sie ein solches Leichtmetall sind, sind sie auch seine Legierungen; Unter ihnen die von Aluminium-Lithium. Durch das Hinzufügen als Additiv verleiht nicht nur weniger Gewicht, sondern auch einen größeren Widerstand gegen hohe Temperaturen.

Kältemittel

Seine hohe spezifische Wärme macht es ideal, als Kältemittel in Prozessen verwendet zu werden, bei denen sehr Wärme klar ist. Zum Beispiel bei Kernreaktoren. Dies liegt daran, dass "es kostet", dass es seine Temperatur steigt und verhindert,.

Batterien

Und die vielversprechendste Verwendung von allen ist der Markt für Lithium -Ion -Batterien. Diese nutzen die Leichtigkeit, mit der Lithium auf Li oxidiert wird⁺ Um das freigegebene Elektron zu verwenden und einen externen Stromkreis zu aktivieren. So sind Elektroden oder sind metallische Lithiums oder Legierungen davon, wo Li⁺ Sie können interkala und durch elektrolytisches Material fahren.

Als letzte Neugier hat die Evanescense -Musikgruppe diesem Mineral einen Song mit dem Titel "Lithium" gewidmet.

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