Storia, struttura, proprietà e usi del litio

Lui litio È un elemento metallico il cui simbolo chimico è Li e il suo numero atomico è 3. È il terzo elemento della tavola periodica e il gruppo 1 dei metalli alcalini. Di tutti i metalli è quello con la densità più bassa e un calore specifico maggiore. È così leggero che può galleggiare nell'acqua.

Il suo nome deriva dalla parola greca "lithos" che significa pietra. Hanno concesso questo nome perché è stato scoperto precisamente come parte di alcuni minerali nelle rocce ignee. Inoltre, ha espresso proprietà caratteristiche simili a quelle dei metalli di sodio e calcio, che erano in cenere vegetali.

Pezzi di litio metallici coperti da uno strato di nitruro immagazzinato in argon. Fonte: immagini ad alta risoluzione degli elementi chimici [CC di 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0)]

Ha un singolo elettrone di Valencia, perderlo per diventare il cation li⁺ Nella maggior parte delle sue reazioni; o condividendolo in un legame covalente con carbonio, Li-C nei composti di organoliti (come alcheilitios).

Il suo aspetto, come molti altri metalli, è quello di un argento d'argento che può diventare grigiastro se è esposto all'umidità. È possibile visualizzare strati nerastri (immagine superiore), quando reagi con l'azoto d'aria per formare un nitruro.

Chimicamente è identico ai suoi coetanei (Na, K, Rb, CS, FR), ma meno reattivo poiché le sue uniche elettroni sperimentano una forza di attrazione molto maggiore per essere più vicini ad esso, così come dal cattivo effetto di schermatura dei suoi due elettroni interni. A sua volta, reagisce come fa il magnesio a causa dell'effetto diagonale.

In laboratorio, i sali di litio possono essere identificati se si riscaldano in un accendino; L'apparizione di un'intensa fiamma di colore cremisi certificherà la sua presenza. In effetti, di solito viene utilizzato nei laboratori di insegnamento per le marce analitiche.

Le loro applicazioni variano da essere utilizzate come additivo per ceramiche, vetro, leghe o miscele di fusione, fino a refrigerante e altamente efficace e piccole batterie; Sebbene esplosivo, dato il carattere reattivo del litio. È il metallo con la maggiore tendenza a ossidarsi e, quindi, quello che dà più facilità.

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Storia

Scoperta

La prima apparizione di litio nell'universo risale lontano, pochi minuti dopo il Big Bang, quando i nuclei di idrogeno e elio si sono uniti. Tuttavia, il terreno ha impiegato del tempo per l'umanità di identificarlo come un elemento chimico.

Era il 1800, quando lo scienziato brasiliano José Bonifácio de Andrada e Silva scoprì gli Espodumena e i minerali di Petalita sull'isola svedese di Utö. Con questo, aveva trovato le prime fonti ufficiali di litio, ma non si sapeva nulla di lui.

Nel 1817, il chimico svedese Johan August Arfwedson fu in grado di isolare un sale di solfato da questi due minerali che contenevano un elemento diverso dal calcio o dal sodio. A agosto Johan lavorava nei laboratori del famoso chimico svedese Jöns Jacob Berzelius.

Fu Berzelius a chiamare questo nuovo elemento, prodotto delle sue osservazioni ed esperimenti, "Lithos", che significa pietra in greco. Pertanto, il litio potrebbe finalmente essere riconosciuto come un nuovo elemento, ma mancava ancora per isolarlo.

Isolamento

Solo un anno dopo, nel 1821, William Thomas Brande e Sir Humphry Davy riuscirono a isolare il litio come metallo quando si applicano l'elettrolisi all'ossido di litio. Sebbene in quantità molto piccole, erano sufficienti per osservare la loro reattività.

Nel 1854, Robert Wilhelm Bunsen e Augustus Matthiessen potevano produrre litio metallico in maggiori quantità dall'elettrolisi del cloruro di litio. Da qui era iniziata la sua produzione e il suo commercio e la domanda sarebbe cresciuta man mano che le nuove applicazioni tecnologiche erano state trovate seguendo le sue proprietà uniche.

Struttura elettronica e configurazione

La struttura cristallina del litio metallico è centrata cubica nel corpo (Cubic centrato sul corpo, BCC). Di tutte le strutture cubiche compatte, questo è meno denso ed è coerente con la sua caratteristica come metallo più leggero e meno denso di tutti.

In esso, gli atomi di Li sono circondati da otto vicini; Cioè, la Li è al centro del cubo, con quattro LI su e giù negli angoli. Questa fase BCC è anche chiamata α-li (sebbene apparentemente questa denominazione non sia ampiamente diffusa).

Fasi

Come la stragrande maggioranza di metalli o composti solidi, possono subire transizioni di fase quando sperimentano cambiamenti di temperatura o pressione; Finché non sono fondati. Pertanto, il litio cristallizza con una struttura romboédica a temperature molto basse (4,2 K). Gli atomi di Li sono quasi congelati e vibrano meno nelle loro posizioni.

Quando la pressione è aumentata, acquisisce strutture esagonali più compatte; E aumentando ancora di più, il litio subisce altre transizioni che non sono state in grado di essere completamente caratterizzate dalla diffrazione di raggi X.

Pertanto, le proprietà di questo "litio compresso" rimangono studio. Allo stesso modo, non è ancora compreso come i suoi tre elettroni, uno dei quali provenga da Valencia, interviene nel loro comportamento come semiconduttore o metallo in queste condizioni di alta pressione.

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Tre elettroni anziché uno

Sembra curioso che il litio a questo punto rimanga come un "libro opaco" per coloro che sono dedicati alle analisi cristallografiche.

Questo perché, sebbene la configurazione elettronica sia 2s¹, Con così pochi elettroni puoi a malapena interagire con le radiazioni applicate per chiarire i cristalli di metallo.

Inoltre, è teorizzato che gli orbitali 1s e 2s si sovrappongono ad alte pressioni. Cioè entrambi gli elettroni interni (1s²) come quelli di Valencia (2s¹) governare le proprietà elettroniche e ottiche del litio in queste fasi super compatte.

Numero di ossidazione

Detto detto che la configurazione elettronica di litio è 2s¹, Puoi perdere un singolo elettrone; gli altri due, dell'orbitale interno², richiederebbe molta energia per rimuoverli.

Pertanto, il litio partecipa a quasi tutti i suoi composti (inorganici o organici) con un numero di ossidazione di +1. Ciò significa che nei suoi collegamenti, li-e, dove e diventa qualsiasi elemento, si assume l'esistenza del cation⁺ (sia ionico che covalente effettivamente detto link).

Il numero di ossidazione -1 è improbabile per il litio, poiché dovrebbe collegarsi a un elemento molto meno elettronegativo di lui; Fatto è difficile essere questo metallo molto elettropositivo.

Questo numero di ossidazione negativa rappresenterebbe una configurazione elettronica 2s² (per vincere un elettrone) e sarebbe anche isolectronico per il berillio. Ora sarebbe assunta l'esistenza dell'anione Li^-, e i suoi sali derivati ​​sarebbero chiamati Lituros.

A causa del loro grande potenziale di ossidazione, i loro composti contengono principalmente la litigiosa⁺, che perché è così piccolo può esercitare un effetto polarizzante su anioni voluminosi per formare legami covalenti Li-e.

Proprietà

La fiamma cremisi dei composti di litio. Fonte: Anti t. Nissinen (https: // www.Flickr.com/foto/veisto/2128261964)

Aspetto fisico

Metallo bianco argento con consistenza morbida, la cui superficie diventa grigiastra quando ossidata o scurisce quando reagisce direttamente con l'azoto dell'aria per formare il suo nitride corrispondente. È così leggero che galleggia in acqua o olio.

È così morbido che può persino tagliare usando un coltello o anche con le dita, che non sarebbe affatto raccomandato.

Massa molare

6.941 g/mol.

Punto di fusione

180,50 ° C.

Punto di ebollizione

1330 ° C.

Densità

0,534 g/ml a 25 ° C.

Solubilità

Sì, galleggia nell'acqua, ma inizia immediatamente a reagire con lo stesso. È solubile in ammoniaca, dove quando i loro elettroni vengono sciolti per causare colori blu.

Pressione del vapore

0,818 mm Hg a 727 ° C; Cioè, nemmeno ad alte temperature i loro atomi possono appena sfuggire alla fase di soda.

Elettronegatività

0.98 sulla scala Pauling.

Energie di ionizzazione

Primo: 520.2 kJ/mol

Secondo: 7298.1 KJ/mol

Terzo: 11815 kJ/mol

Questi valori corrispondono alle energie necessarie per ottenere gli ioni gassosi li⁺, Li²⁺ e li³⁺, rispettivamente.

Temperatura di autorezione

179 ° C.

Tensione superficiale

398 mn/m al suo punto di fusione.

Sostanza vischiosa

In liquido è meno viscoso dell'acqua.

Calore di fusione

3,00 kJ/mol.

Calore di vaporizzazione

136 kJ/mol.

Capacità termica molare

24.860 J/mol · K. Questo valore è straordinariamente alto; Il più alto di tutti gli elementi.

Durezza MOHS

0.6

Isotopi

In natura, il litio è presentato sotto forma di due isotopi: ⁶Li e ⁷Li. Massa atomica 6.941 o indica da solo quale dei due è il più abbondante: il ⁷Li. Quest'ultimo costituisce circa il 92,4% di tutti gli atomi di litio; Nel frattempo lui ⁶Li, circa il 7,6% di loro.

Negli esseri viventi l'organismo preferisce ⁷Li che il ⁶Li; Tuttavia, nelle matrici mineralogiche l'isotopo ⁶Li è meglio accolto e, quindi, la sua percentuale di abbondanza aumenta superiore al 7,6%.

Reattività

Sebbene sia meno reattivo rispetto ad altri metalli alcalini, è ancora un metallo piuttosto attivo, quindi non può essere esposto all'atmosfera senza soffrire ossidazioni. A seconda delle condizioni (temperatura e pressione), reagisce con tutti gli elementi gassosi: idrogeno, cloro, ossigeno, azoto; e con solidi come fosforo e zolfo.

Nomenclatura

Non ci sono altri nomi con ciò che chiamare il metallo al litio. Per quanto riguarda i loro composti, molti di essi sono nominati secondo nomenclature sistematiche, tradizionali o di scorta. Il suo stato di ossidazione di +1 è praticamente invariabile, quindi nella nomenclatura azionaria il (i) non è scritto alla fine del nome.

Esempi

Ad esempio, considera i composti li₂O e li₃N.

Il li₂O ricevere i seguenti nomi:

- Ossido di litio, secondo la nomenclatura delle scorte

- Ossido litico, secondo la nomenclatura tradizionale

- Dilitio monossido, secondo la nomenclatura sistematica

Mentre il li₃N è chiamato:

- Nitruro di litio, nomenclatura

- Nitruro litico, nomenclatura tradizionale

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- Trilitio Mononitar, nomenclatura sistematica

Carta biologica

Non è noto in che misura il litio può essere essenziale o no per gli organismi. Allo stesso modo, i meccanismi con cui potrebbero metabolizzare sono incerti e ancora studiano ancora.

Pertanto, non è noto quali effetti positivi può avere una dieta "ricca" nel litio; Anche quando può essere trovato in tutti i tessuti del corpo; Soprattutto nei reni.

Regolatore dei livelli di seratonina

Se è noto l'effetto farmacologico di alcuni sali di litio sul corpo, specialmente nel cervello o nel sistema nervoso. Ad esempio, regola i livelli di serotonina, una molecola responsabile degli aspetti chimici della felicità. Detto questo, non è raro pensare che altera o modifichi gli stati d'animo dei pazienti che li consumano.

Tuttavia, consigliano contro il litio con farmaci che combattono la depressione, poiché esiste un rischio di sollevare troppo la serotonina.

Non solo aiuta a combattere la depressione, ma anche disturbi bipolari e schizofrenici, nonché altri possibili disturbi neurologici.

Carenza

Come speculazione, si sospetta che gli individui con cattive diete al litio siano più inclini alla depressione o si suicidano o si suicidano. Tuttavia, formalmente gli effetti della loro carenza sono ancora sconosciuti.

Dov'è e produzione

Il litio non può essere trovato nella crosta terrestre, tanto meno nei mari o nell'atmosfera, nella sua forma più pura, come un metallo bianco brillante. Invece, trasformazioni che lo hanno posizionato come ioni li⁺ (principalmente) in alcuni minerali e gruppi rocciosi.

Si stima che nella corteccia terrestre la sua concentrazione varia tra 20 e 70 ppm (parte per milione), che equivale a circa 0,0004% dello stesso. Mentre nelle acque marine, la sua concentrazione è nell'ordine di 0,14 e 0,25 ppm; Cioè, il litio abbonda di più in pietre e minerali che nei salmuelas o nei letti marini.

Minerali

Espodumeno Quartz, una delle fonti naturali di litio. Fonte: Rob Lavinsky, Irocks.Com-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

I minerali in cui si trova questo metallo sono i seguenti:

- ESPODUMENA, LIAL (SIO₃)₂

- Petalita, Lialsi₄O₁₀

- Lepidolita, K (Li, AL, RB)₂(Al, sì)₄O₁₀(F, oh)₂

Questi tre minerali hanno in comune che sono aluminolio alumino. Ci sono altri minerali in cui il metallo può anche essere estratto, come l'ambigonite, Elbaíta, Tripilita, Eucriptite o Hector Clays. Tuttavia, Espodumena è il minerale da cui si verifica la più grande quantità di litio. Questi minerali costituiscono alcune rocce ignee come granito o pegmatite.

Acque marine

In relazione al mare viene estratto dai salmueras come cloruro, idrossido o carbonato di litio, LICL, lioh e li₂Co₃, rispettivamente. Allo stesso modo può essere ottenuto da laghi o lagune o in diversi depositi di salmueras.

In totale il litio è nella 25a posizione in abbondanza degli elementi sulla Terra, che si correla bene con la sua bassa concentrazione sia sulla terra che in acqua, e quindi è considerata un elemento relativamente raro.

Stelle

Il litio si trova in giovani stelle, in maggiore abbondanza rispetto alle stelle più vecchie.

Per ottenere o produrre questo metallo nel suo stato puro ci sono due opzioni (ignorando gli aspetti economici o la redditività): estrailo per mining o raccogliendolo nei Salmuelas. L'ultimo è la fonte predominante nella produzione di litio metallico.

Produzione di litio metallico per elettrolisi

Dalla salamoia si ottiene una miscela fusa di LICL, che può quindi subire elettrolisi per separare il sale nei suoi componenti elementari:

LICL (L) → Li (S) + 1/2 CL₂(G)

Mentre i minerali vengono digeriti in mezzi acidi per ottenere i loro ioni⁺ Dopo i processi di separazione e purificazione.

Il Cile è posizionato come il più grande produttore di litio al mondo, ottenendolo da Atacama Salar. Nello stesso continente, l'Argentina segue, un paese che estrae il LICL dal salar dal morto e, infine, la Bolivia. Ora, l'Australia è il più grande produttore di litio attraverso lo sfruttamento degli spodumen.

Reazioni

La reazione al litio più conosciuta è ciò che accade quando entra in contatto con l'acqua:

2li (s) +2h₂O (l) → 2LIOH (AC) +H₂(G)

Lioh è idrossido di litio e, come si può vedere, produce idrogeno gas.

Reagisce con ossigeno gassoso e azoto per formare i seguenti prodotti:

4li (s) + o₂(g) → 2li₂Voi)

2li (s) + o₂(g) → 2li₂O₂(S)

Il li₂O è l'ossido di litio, che tende a formarsi sopra il li₂O₂, Perossido.

  6li (s)+n₂(g) → 2li₃N (s)

Il litio è l'unico metallo alcalino in grado di reagire con azoto e originare questo nitruro. In tutti questi composti si può assumere l'esistenza del cation⁺ Partecipando a collegamenti ionici con carattere covalente (o viceversa).

Può servirti: ibridazione chimica

Puoi anche reagire direttamente e vigorosamente con gli alogeni:

2li (s)+f₂(g) → LIF (S)

Reagisce anche con gli acidi:

2Li (s) +2HCl (conc) → 2licl (AC) +H₂(G)

3li (s)+4hno₃(diluire) → 3lino₃(AC) +NO (G) +2H₂O (l)

Composti LIF, LICL e LINO₃ Sono rispettivamente fluoruro, cloruro e nitrato di litio.

E per quanto riguarda i suoi composti organici, il più noto è il butil al litio:

2 li + c₄H₉X → C₄H₉Li + Lix

Dove x è un atomo alogeno e c₄H₉X è un alogenide a noleggio.

Rischi

Metal puro

Il litio reagisce violentemente con l'acqua, essendo in grado di reagire con l'umidità della pelle. Ecco perché se qualcuno lo manipolasse a mani nude subirebbero ustioni. E se è granulato o sotto forma di polvere, è impostato a temperatura ambiente, quindi rappresenta i rischi del fuoco.

Per manipolare questo metallo, devono essere disponibili guanti e lenti di sicurezza, poiché il contatto visivo minimo potrebbe causare gravi irritazioni.

Se gli effetti vengono inalati, possono ancora essere peggiori, bruciando il tratto respiratorio e causando edema polmonare da parte della formazione di Lioh interna, una sostanza caustica.

Questo metallo deve essere immagazzinato immerso nell'olio o in atmosfere secche e più inerte rispetto all'azoto; Ad esempio, in Argon, come mostrato nella prima immagine.

Composti

I composti derivati ​​dal litio, in particolare i loro sali, come il carbonato o il citrato, sono molti più sicuri. Che fintanto che le persone che li ingeriscono rispettano le indicazioni programmate dai loro medici.

Alcuni dei tanti effetti indesiderati che possono generare nei pazienti sono: diarrea, nausea, affaticamento, vertigini, stordizioni, tremori, minzione eccessiva, sete e aumento di peso.

Gli effetti possono essere ancora più gravi nelle donne in gravidanza, che influenzano la salute del feto o aumentano difetti alla nascita. Allo stesso modo, la sua assunzione nelle madri infantili non è raccomandata, perché il litio può passare dal latte al bambino e da lì sviluppa tutti i tipi di anomalie o effetti negativi.

Applicazioni

Gli usi più noti per questo metallo a livello popolare risiedono nell'area di medicina. Tuttavia, ha applicazione in altre aree, in particolare nello stoccaggio di energia attraverso l'uso di batterie.

Metallurgia

Sali di litio, in particolare Li₂Co₃, Serve come additivo nei processi di fonderia per scopi diversi:

-Indossare

-Desulfuriza

-Perfezionare i cereali di metalli non ferrosi

-Aumenta la fluidità del massacro degli stampi di fusione

-Riduce la temperatura di fusione nei getti in alluminio grazie al suo alto calore specifico.

Organometallico

I composti alquilitio sono usati per noleggiare (aggiungi catene Rid) o arilar (aggiungi gruppi aromatici AR) Strutture molecolari. Si distinguono per la loro buona solubilità nei solventi organici e per non essere così reattivi nel mezzo di reazione; Pertanto, funge da reagenti o catalizzatori per la sintesi organica multipla.

Lubrificanti

Il litio stearato (prodotto della reazione tra un grasso e il lioh) viene aggiunto all'olio per creare una miscela di lubrificante.

Questo lubrificante al litio è resistente alle alte temperature, non si indurisce quando si raffredda ed è inerte di fronte all'ossigeno e all'acqua. Pertanto, trova l'uso in militare, aerospaziale, industriale, auto, ecc.

Ceramica e additivo di vetro

Il vetro o le ceramiche che sono trattate con Li₂O acquisire viscosità più basse durante lo scioglimento e una maggiore resistenza all'espansione termica. Ad esempio, gli utensili da cucina sono realizzati con questi materiali e il vetro Pyrex ha anche questo composto nella sua composizione.

Leghe

Per essere un metallo così leggero, sono anche le sue leghe; Tra questi, quelli di alluminio-litio. Aggiungendo come additivo, non solo conferisce meno peso, ma una maggiore resistenza alle alte temperature.

Refrigerante

Il suo calore elevato specifico lo rende ideale da utilizzare come refrigerante nei processi in cui è chiaro molto calore; Ad esempio, nei reattori nucleari. Questo perché "costa" che aumenta la sua temperatura e quindi impedisce al calore di diventare facilmente all'estero.

Batterie

E l'uso più promettente di tutti è nel mercato delle batterie al litio. Questi traggono vantaggio dalla facilità con cui il litio è ossidato a li⁺ Per utilizzare l'elettrone rilasciato e attivare un circuito esterno. Pertanto, elettrodi o litio metallici, o leghe di esso, dove li⁺ Possono intercala e viaggiare attraverso il materiale elettrolitico.

Come ultima curiosità, il gruppo musicale Evanescense ha dedicato una canzone con il titolo "Litio" a questo minerale.

Riferimenti

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