Litijeva zgodovina, struktura, lastnosti, tveganja in uporabe

On Litij To je kovinski element, katerega kemični simbol je Li in njeno atomsko število je 3. To je tretji element periodične tabele in glave skupine 1 alkalnih kovin. Od vseh kovin je tista z najnižjo gostoto in večjo specifično toploto. Je tako lahka, da lahko plava v vodi.

Njegovo ime izhaja iz grške besede "lithos", kar pomeni kamen. To ime so podelili, ker so ga natančno odkrili kot del nekaterih mineralov v magnetnih kamninah. Poleg tega je izrazil značilne lastnosti, podobne lastnosti natrijevega in kalcijevega kovine, ki so bile v zelenjavnem pepelu.

Kovinski litijevi kosi, pokriti z nitridnim slojem, shranjeni v argonu. Vir: Hi-res slike kemičnih elementov [cc do 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)]

Ima en sam elektron Valencia in ga izgubi, da postane kation li⁺ V večini njegovih reakcij; ali ga delite v kovalentni vezi z ogljikom, LI-C v organolitnih spojinah (na primer alchelitios).

Njegov videz je, tako kot številne druge kovine, videz srebra, ki lahko postane sivkast, če je izpostavljen vlagi. Pri reakciji z zračnim dušikom lahko prikažete črne plasti (zgornja slika), da tvorimo nitruro.

Kemično je enak svojim vrstnikom (NA, K, RB, CS, FR), vendar manj reaktiven, saj edini elektroni doživljajo veliko večjo silo privlačnosti, da se mu bliža, pa tudi s slabim zaščitnim učinkom njegovih dveh Notranji elektroni. Po drugi strani reagira kot magnezij zaradi diagonalnega učinka.

V laboratoriju je mogoče ugotoviti litijeve soli, če se segrejejo v vžigalniku; Videz intenzivnega grimiznega barvnega plamena bo potrdil njeno prisotnost. Pravzaprav se običajno uporablja pri poučevanju laboratorijev za analitične pohode.

Njihove aplikacije se razlikujejo od uporabe kot dodatek za keramiko, steklo, zlitine ali talilne mešanice, do hladilnega sredstva in zelo učinkovite in majhne baterije; Čeprav eksploziven, glede na reaktivni značaj litija. To je kovina z največjo nagnjenostjo k oksidaciji in zato tista, ki daje največ enostavnosti.

[TOC]

Zgodovina

Odkritje

Prvi videz litija v vesolju sega daleč, nekaj minut po velikem udarcu, ko sta se jedra vodika in helija združila. Vendar je zemeljsko potreboval čas, da ga je človeštvo prepoznalo kot kemični element.

Bilo je leta 1800, ko je brazilski znanstvenik José Bonifácio de Andrada E Silva odkril minerale EspoduMena in Petalita na švedskem otoku Utö. S tem je našel prve uradne vire litija, a o njem ni bilo nič znanega.

Leta 1817 je švedski kemik Johan August Arfwedson lahko izoliral sulfatno sol iz teh dveh mineralov, ki vsebujeta element, ki ni kalcij ali natrij. Do takrat avgust Johan je delal v laboratorijih slavnega švedskega kemika Jöns Jacob Berzelius.

Berzelius je ta nov element poimenoval produkt njegovih opazovanj in poskusov, "Lithos", kar pomeni kamen v grščini. Tako bi lahko litij končno prepoznali kot nov element, vendar ga še vedno manjka.

Izolacija

Le leto kasneje, leta 1821, sta William Thomas Brande in sir Humphry Davy pri uporabi elektrolize na litijev oksid uspela izolirati litij kot kovino. Čeprav so bili v zelo majhnih količinah dovolj, da so opazovali njihovo reaktivnost.

Leta 1854 sta Robert Wilhelm Bunsen in Augustus Matthiessen lahko proizvajala kovinski litij v večjih količinah iz elektrolize litijevega klorida. Od tu se je začela njegova proizvodnja in trgovina, povpraševanje pa bi naraščalo, ko so bile po njegovih edinstvenih lastnostih najdene nove tehnološke aplikacije.

Elektronska struktura in konfiguracija

Kristalna struktura kovinskega litija je kubično osredotočena v telesu (Telo Cenred kubic, BCC). Od vseh kompaktnih kubičnih struktur je to manj gosta in je skladna z njeno značilnostjo kot lažja in manj gosta kovina od vseh.

V njem je Atomi LI obkroženi z osem sosedov; To pomeni, da je Li v središču kocke, s štirimi li navzgor in navzdol v vogalih. Ta faza BCC se imenuje tudi α-LI (čeprav očitno ta poimenovanje ni široko razširjeno).

Faze

Tako kot velika večina kovin ali trdnih spojin, lahko tudi utrpijo fazne prehode, ko doživijo spremembe temperature ali tlaka; Dokler niso ustanovljeni. Tako se litij kristalizira s strukturo Rhomboédice pri zelo nizkih temperaturah (4,2 K). Atomi Li so v svojih položajih skoraj zamrznjeni in vibrirajo manj.

Ko se tlak poveča, pridobi bolj kompaktne šesterokotne strukture; In s povečanjem še več, litij trpi druge prehode, za katere ni bilo mogoče popolnoma značilno za X -Ray difrakcijo.

Zato lastnosti tega "stisnjenega litija" ostanejo študije. Prav tako še ni razumljivo, kako njegovi trije elektroni, od katerih je eden iz Valencije, posega v njihovo vedenje kot polprevodnik ali kovina v teh pogojih visokih pritisk.

Vam lahko služi: benzoijska kislina (C6H5COOH)

Tri elektrone namesto enega

Zdi se radovedno, da litij na tej točki ostaja "neprozorna knjiga" za tiste, ki so namenjeni kristalografskim analizam.

To je zato, ker je elektronska konfiguracija 2s¹, S tako malo elektroni komaj komunicirate s sevanjem, ki se uporablja za razjasnitev kovinskih kristalov.

Poleg tega je teoretično, da se orbitale 1s in 2s prekrivajo pri visokih tlakih. To je tako notranja elektrona (1s²) kot tisti iz Valencije (2s¹) V teh super kompaktnih fazah urejajte elektronske in optične lastnosti litija.

Številka oksidacije

Ko sem rekel, da je konfiguracija elektronske litija 2s¹, Lahko izgubite en sam elektron; druga dva, notranjega orbitala 1s², bi potrebovali veliko energije, da jih odstrani.

Zato litij sodeluje v skoraj vseh njegovih spojinah (anorganskih ali organskih) z oksidacijskim številom +1. To pomeni, da se v svojih povezavah Li-e, kjer E postane kateri koli element, predpostavlja obstoj kationa⁺ (ali je ionska ali kovalentna dejansko omenjena povezava).

Številka oksidacije -1 je za litij malo verjetna, saj bi se morala povezati z veliko manj elektronegativnim elementom kot on; dejstvo, ki je težko biti ta zelo elektropozitivna kovina.

Ta negativna oksidacijska številka bi predstavljala elektronsko konfiguracijo 2S² (za zmago v elektronu), poleg tega pa bi bil izolektronski do berilskega. Zdaj bi domnevali obstoj aniona^-, in njegove izpeljane soli bi se imenovale lituros.

Zaradi velikega oksidacijskega potenciala njihove spojine večinoma vsebujejo kation⁺, kar zato, ker je tako majhen, lahko polarizirajo vpliv na obsežne anione, da tvori kovalentne vezi li-e.

Lastnosti

Crimson plamen litijevih spojin. Vir: Anti T. Nissinen (https: // www.Flickr.com/fotografije/veisto/2128261964)

Fizični videz

Srebrna bela kovina z mehko teksturo, katere površina postane sivkasta, ko oksidira ali zatemni, ko reagira neposredno z zračnim dušikom, da tvori ustrezen nitrid. Tako rahlo je, da lebdi v vodi ali olju.

Je tako mehka, da je lahko celo rezanje z nožem ali celo s prsti, ki jih sploh ne bi priporočali.

Molarna masa

6.941 g/mol.

Tališče

180,50 ° C.

Vrelišče

1330 ° C.

Gostota

0,534 g/ml pri 25 ° C.

Topnost

Da, lebdi v vodi, vendar takoj začne reagirati z istim. Topno je v amoniaku, kjer se njihovi elektroni raztopijo, da povzročajo modre barve.

Parni tlak

0,818 mm Hg pri 727 ° C; Se pravi, tudi pri visokih temperaturah njihovi atomi komaj uidejo fazi sode.

Elektronegativnost

0,98 na lestvici Pauling.

Ionizacijske energije

Najprej: 520,2 kJ/mol

Drugič: 7298,1 kJ/mol

Tretjič: 11815 kJ/mol

Te vrednosti ustrezajo potrebnim energijam za pridobitev plinastih ionov Li⁺, Li²⁺ in li³⁺, oziroma.

Temperatura samostojnosti

179 ° C.

Površinska napetost

398 mn/m na svojem tališču.

Goo

V tekočem stanju je manj viskozen kot voda.

Fuzijska toplota

3,00 kJ/mol.

Toplota za uparjanje

136 kJ/mol.

Molarna toplotna sposobnost

24. 24.860 j/mol · k. Ta vrednost je izredno visoka; Najvišji od vseh elementov.

Mohs trdota

0,6

Izotopi

V naravi je litij predstavljen v obliki dveh izotopov: ⁶Li in ⁷Li. Atomska masa 6,941 ali sama po sebi označuje, katera od obeh je najpogostejša: ⁷Li. Slednje tvori približno 92,4% vseh litijevih atomov; Medtem je ⁶Li, približno 7,6%.

Pri živih bitjih je organizem raje ⁷Li, da ⁶Li; Vendar pa v mineraloških matricah izotop ⁶Li je bolje prejeti in se zato njen odstotek številčnosti poveča nad 7,6%.

Reaktivnost

Čeprav je manj reaktiven kot druge alkalne kovine, je še vedno precej aktivna kovina, zato je ni mogoče izpostaviti atmosferi, ne da bi trpeli oksidacije. Odvisno od pogojev (temperature in tlaka) reagira z vsemi plinastimi elementi: vodik, klor, kisik, dušik; in s trdnimi snovmi, kot sta fosfor in žveplo.

Nomenklatura

Ni drugih imen s tem, kako bi imenovali litijevo kovino. Kar zadeva njihove spojine, jih je veliko imenovanih po sistematičnih, tradicionalnih ali zalogah. Njegovo oksidacijsko stanje +1 je praktično nespremenljiv, zato v nomenklaturi zalog (i) ni napisan na koncu imena.

Primeri

Na primer razmislite o spojinah li₂Ali in li₃N.

Li₂Ali prejmite naslednja imena:

- Litijev oksid, glede na nomenklaturo zalog

- Litični oksid, po tradicionalni nomenklaturi

- DiLitio monoksid, glede na sistematično nomenklaturo

Medtem ko li₃N se imenuje:

- Litijev nitrid, nomenklatura zalog

- Litični nitruro, tradicionalna nomenklatura

Lahko vam služi: kalijev dihromro: formula, lastnosti, tveganja in uporabe

- TRILTIO mononiti, sistematična nomenklatura

Biološki papir

Ni znano, v kolikšni meri je lahko litij bistvenega pomena ali ne za organizme. Prav tako so mehanizmi, s katerimi bi lahko presnovili, negotovi in ​​še vedno študirajo.

Zato ni znano, kakšne pozitivne učinke lahko ima "bogata" prehrana v litiju; Tudi kadar ga lahko najdemo v vseh telesnih tkivih; Še posebej v ledvicah.

Regulator ravni seratonina

Če je znan farmakološki učinek nekaterih litijevih soli na telo, zlasti v možganih ali živčnem sistemu. Na primer, uravnava raven serotonina, molekulo, odgovorne za kemične vidike sreče. Glede na to ni redko, da mislite, da spreminja ali spreminja razpoloženja bolnikov, ki jih uživajo.

Vendar pa svetujejo proti litiju z zdravili, ki se borijo proti depresiji, saj obstaja tveganje za preveč dvigovanja serotonina.

Ne samo, da pomaga pri boju proti depresiji, ampak tudi bipolarne in shizofrenske motnje, pa tudi druge možne nevrološke motnje.

Pomanjkanje

Kot špekulacije sumijo, da so posamezniki s slabo litijevo dieto bolj nagnjeni k depresiji ali storijo samomor ali umor. Vendar pa formalno učinki njihovega pomanjkanja še vedno niso znani.

Kje je in proizvodnja

Litija ni mogoče najti v zemeljski skorji, še manj v morjih ali atmosferi, v najčistejši obliki, kot svetlo belo kovino. Namesto tega transformacije, ki so ga postavile kot ion li⁺ (predvsem) v nekaterih mineralih in skalnih skupinah.

Ocenjujejo, da se v zemeljski skorji koncentracija giblje med 20 in 70 ppm (del na milijon), kar je enakovredno približno 0,0004% istega. Medtem ko je v morskih vodah, je njegova koncentracija v vrstnem redu 0,14 in 0,25 ppm; To pomeni, da litij obiluje več v kamnih in mineralih kot v salmuelasu ali morskih posteljah.

Minerali

Espodumeno Quartz, eden od naravnih virov litija. Vir: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Minerali, kjer se nahaja ta kovina, so naslednji:

- Espodumena, lial (sio₃)₂

- Petalita, Lialsi₄Tudi₁₀

- Lepidolita, K (Li, AL, RB)₂(Al, da)₄Tudi₁₀(F, OH)₂

Ti trije minerali imajo skupno, da so litij alumino. Obstajajo tudi drugi minerali, kjer lahko izvlečete kovino, kot so ambigonit, Elbaíta, Tripilita, Eucriptit ali Hector Glina. Vendar je espodumena mineral, iz katerega se pojavi največja količina litija. Ti minerali sestavljajo nekaj magnetnih kamnin, kot sta granit ali pegmatit.

Morske vode

V zvezi z morje se pridobiva iz salmuere, kot so klorid, hidroksid ali litijev karbonat, LICL, LIOH in LI₂Co₃, oziroma. Na enak način ga je mogoče dobiti iz jezer ali lagun ali v različnih salmuerah.

V celoti je litij v 25. položaju v obilici elementov na Zemlji, kar je dobro povezano z njegovo nizko koncentracijo tako na Zemlji kot v vodi, zato velja za razmeroma redek element.

Zvezde

Litij najdemo pri mladih zvezdah, v večjem številčnosti kot pri starejših zvezdah.

Če želite pridobiti ali izdelati to kovino v svojem čistem stanju, obstajata dve možnosti (ignoriranje ekonomskih vidikov ali dobičkonosnosti): izvlecite jo tako, da jo rudarite ali poberete v Salmuelasu. Zadnji je prevladujoči vir pri proizvodnji kovinskega litija.

Proizvodnja kovinskega litija z elektrolizo

Iz slanice dobimo molten mešanica LICL, ki se lahko nato podvrže elektrolizi, da loči sol v svoje osnovne komponente:

Licl (l) → li (s) + 1/2 cl₂(g)

Medtem ko se minerali prebavljajo v kislih medijih, da dobijo svoje ione⁺ Po postopkih ločevanja in čiščenja.

Čile je postavljen kot največji proizvajalec litija na svetu in ga pridobiva iz Atacama Salar. Na isti celini sledi Argentina, država, ki iz mrtvega človeka izvleče LICL in končno Bolivija. Zdaj je Avstralija največji proizvajalec litija z izkoriščanjem Spodumenov.

Reakcije

Najbolj znana litijeva reakcija je, kaj se zgodi, ko pride v stik z vodo:

2li (s) +2h₂Ali (l) → 2lioH (ac) +h₂(g)

Lioh je litijev hidroksid in, kot je razvidno, proizvaja vodikov plin.

Reagira z plinastim kisikom in dušikom, da tvori naslednje produkte:

4li (s) + o₂(g) → 2li₂Ti)

2li (s) + o₂(g) → 2li₂Tudi₂(S)

Li₂Ali pa je litijev oksid, ki se ponavadi tvori nad li₂Tudi₂, Peroksid.

  6li (s)+n₂(g) → 2li₃N (s)

Litij je edina alkalna kovina, ki lahko reagira z dušikom in izvira. V vseh teh spojinah je mogoče domnevati obstoj kationa Li⁺ Sodelovanje v ionskih povezavah s kovalentnim znakom (ali obratno).

Vam lahko služi: kemična hibridizacija

Prav tako lahko neposredno in odločno reagirate s halogeni:

2li (s)+f₂(g) → lif (s)

Reagira tudi s kislinami:

2li (s) +2HCl (CONC) → 2Licl (AC) +H₂(g)

3li (s)+4hno₃(razredčeno) → 3lino₃(ac) +ne (g) +2h₂Ali (l)

Spojine LIF, LICL in LINO₃ So fluorid, klorid in litijev nitrat.

Glede njegovih organskih spojin je najbolj znan litijev butil:

2 Li + C₄H₉X → c₄H₉Li + lix

Kjer je x halogenski atom in c₄H₉X je halogenid najema.

Tveganja

Čista kovina

Litij silovito reagira z vodo, saj lahko reagira s kožno vlago. Zato bi, če bi ga kdo manipuliral z golimi rokami. In če je granulirana ali v obliki prahu, je nastavljena pri sobni temperaturi, zato predstavlja požarna tveganja.

Za manipulacijo s to kovino morajo biti na voljo rokavice in varnostne leče, saj lahko minimalni stik z očmi povzroči hude draženja.

Če se učinki vdihavajo, so še vedno lahko slabši, prigovarjajo na dihalni trakt in povzročijo pljučni edem z notranjo tvorbo LIOH, kavstično snov.

To kovino je treba shranjeno v olju ali v suhi atmosferi in bolj inerten kot dušik; Na primer v argonu, kot je prikazano na prvi sliki.

Spojine

Spojine, pridobljene iz litija, zlasti njihovih soli, kot sta karbonat ali citrat, so številne varnejše. Da dokler ljudje, ki jih zaužijejo, spoštujejo indikacije, ki jih načrtujejo njihovi zdravniki.

Nekateri od številnih neželenih učinkov, ki jih lahko ustvarijo pri bolnikih.

Učinki so lahko še resnejši pri nosečnicah, ki vplivajo na zdravje ploda ali povečujejo napake v rojstvu. Prav tako ni priporočljiv vnos pri dojenčkih mater, ker lahko litij prehaja iz mleka do otroka in od tam razvije vse vrste anomalij ali negativnih učinkov.

Prijave

Najbolj znane uporabe te kovine na priljubljeni ravni prebivajo na območju medicine. Vendar ima uporabo na drugih področjih, zlasti pri shranjevanju energije z uporabo baterij.

Metalurgija

Litijeve soli, natančneje li₂Co₃, Služi kot dodatek v procesih livarne za različne namene:

-Nositi

-Desulfuriza

-Izboljšajte zrna nefarroznih kovin

-Povečajte tekočnost zakola kalupov

-Zniža temperaturo taljenja v aluminijastih vlivah zahvaljujoč visoki specifični vročini.

Organometalno

Alquilitio spojine se uporabljajo za najem (dodajte verige RID R) ali arilar (dodajajo aromatične skupine AR) molekularne strukture. Izstopajo za svojo dobro topnost v organskih topilih in niso tako reaktivni v mediju reakcije; Zato služi kot reagenti ali katalizatorji za več organske sinteze.

Maziva

Litijevi stearat (produkt reakcije med maščobo in LIOH) doda olju, da ustvari mazivo mešanico.

Ta litijeva maziva je odporna na visoke temperature, se ne strdi, ko se ohladi in je inerten pred kisikom in vodo. Zato najde uporabo v vojaških, vesoljskih, industrijskih, avtomobilih itd.

Keramika in stekleni dodatek

Kozarec ali keramika, ki se zdravi z Li₂Ali pridobiti nižje viskoznosti pri taljenju in večjo odpornost na toplotno ekspanzijo. Na primer, kuhinjski pripomočki so narejeni iz teh materialov, Pyrex steklo pa ima tudi to spojino v svoji sestavi.

Zlitine

Ker so tako lahka kovina, so tudi njene zlitine; Med njimi, tisti iz aluminijaste-litija. Z dodajanjem kot dodatek ne samo daje manj teže, ampak večjo odpornost na visoke temperature.

Hladilno sredstvo

Njegova visoka specifična toplota je idealna, da se uporablja kot hladilno sredstvo v procesih, kjer je zelo toplota jasna; Na primer v jedrskih reaktorjih. To je zato, ker "stane", da dvigne temperaturo in zato preprečuje, da bi toplota zlahka prišla v tujino.

Baterije

In najbolj obetavna uporaba vseh je na trgu litij -ionskih baterij. Ti izkoristijo lahkotnost, s katero se litij oksidira⁺ Za uporabo sproščenega elektrona in aktiviranje zunanjega vezja. Tako so elektrode ali so kovinske litij ali zlitine, kjer li⁺ Lahko interkala in potujejo skozi elektrolitski material.

Kot končno radovednost je glasbena skupina Evanescense posvetila pesem z naslovom "Litij".

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). MC Graw Hill.
2. Nacionalni laboratorij Lawrence Livermore. (23. junij 2017). Pokuka na kristalno strukturo litija. Okrevano od: Phys.org
3. F. Degtyareva. (s.F.). Kompleksne strukture gostega litija: elektronski izvor. Inštitut za trdno državno fiziko Ruska akademija znanosti, Černogolovka, Rusija.
4. ADVAMEG, INC. (2019). Litij. Okrevano od: Kemiji.com
5. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Litij. Baza podatkov Pubchem. Cid = 3028194. Okrevano od: pubchem.NCBI.NLM.ameriški nacionalni inštitut za zdravje.Gov
6. Eric Eason. (30. november 2010). Svetovna dobava litija. Okrevano od: velikega.Stanford.Edu
7. Wietelmann, u., & Klett, J. (2018). 200 let litija in 100 let organolitske kemije. Zeitschrift Fur Anorganische und Allgemeine Chemie, 644 (4), 194–204. Doi: 10.1002/ZAAC.201700394