- història
- descobriment
- aïllament
- Estructura i configuració electrònica
- fases
- Tres electrons en lloc d'un
- Nombre d'oxidació
- propietats
- aparença física
- massa molar
- Punt de fusió
- Punt d'ebullició
- densitat
- solubilitat
- Pressió de vapor
- electronegativitat
- Energies d'ionització
- Temperatura d'autoignició
- tensió superficial
- viscositat
- Calor de fusió
- Calor de vaporització
- Capacitat calorífica molar
- Duresa de Mohs
- isòtops
- reactivitat
- Nomenclatura
- exemples
- paper biològic
- Regulador dels nivells de seratonina
- deficiència
- On es troba i producció
- minerals
- aigües marines
- Estrelles
- Producció de liti metàl·lic mitjançant electròlisi
- reaccions
- Riscos
- metall pur
- compostos
- usos
- metal·lúrgia
- organometàl·lica
- Lubricants
- Additiu de ceràmiques i vidres
- aliatges
- refrigerant
- bateries
- referències
El liti és un element metàl·lic el símbol químic és Li i el seu nombre atòmic és 3. És el tercer element de la taula periòdica i encapçala el grup 1 dels metalls alcalins. De tots els metalls és el que posseeix menor densitat i major calor específica. Resulta tan lleuger que pot surar en l'aigua.
El seu nom deriva de la paraula grega 'lithos' que significa pedra. Li van atorgar aquest nom perquè precisament va ser descobert com a part d'alguns minerals en roques ígnies. A més, va manifestar propietats característiques semblants a la dels metalls sodi i calci, els quals es trobaven en les cendres vegetals.
Peces de liti metàl·lic recobertes d'una capa de nitrur emmagatzemades en argó. Font: Hi-Res Images ofChemical Elements
Té un sol electró de valència, perdent-ho per convertir-se en el catió Li + en la majoria de les seves reaccions; o compartint-en un enllaç covalent amb el carboni, Li-C en els compostos organolitios (com els alquillitios).
El seu aspecte, a l'igual que d'altres metalls, és el d'un sòlid platejat que pot tornar-se grisenc si està exposat a la humitat. Pot arribar a exhibir capes negroses (imatge superior), a l'reaccionar amb el nitrogen de l'aire per formar un nitrur.
Químicament és idèntic als seus congèneres (Na, K, Rb, Cs, Fr), però menys reactiu ja que el seu únic electró experimenta una força d'atracció molt més gran per estar més a prop seu, així com pel pobre efecte apantallante de les seves dues electrons interns. Al seu torn, reacciona com ho fa el magnesi causa de l'efecte diagonal.
Al laboratori pot identificar-les sals de liti si s'escalfen en un encenedor; l'aparició d'una intensa flama color carmesí certificarà la seva presència. De fet, sol utilitzar-se en laboratoris de docència per a marxes analítiques.
Les seves aplicacions varien des de ser utilitzat com a additiu per a ceràmiques, vidres, aliatges o barreges de fosa, fins com a mitjà refrigerant i disseny de bateries altament eficaços i petites; encara que explosives, atès el caràcter reactiu de el liti. És el metall amb major tendència a oxidar-se i, per tant, el que més cedeix el seu electró amb més facilitat.
història
descobriment
La primera aparició de l'liti en l'univers es remunta molt enrere, pocs minuts després del Big Bang, quan els nuclis d'hidrogen i heli es van fusionar. No obstant això, terrenalment va demorar temps perquè la humanitat pogués identificar-lo com a element químic.
Va ser en 1800, quan el científic brasiler José Bonifácio d'Andrada e Silva va descobrir els minerals espodumena i petalita a l'illa sueca de Utö. Amb això, havia donat amb les primeres fonts oficials de liti, però encara no se sabia res d'ell.
En 1817, el químic suec Johan August Arfwedson va poder aïllar d'aquests dos minerals una sal de sulfat que contenia un element diferent a l'calci o sodi. En aquells dies August Johan treballava en els laboratoris de l'cèlebre químic suec Jöns Jacob Berzelius.
Va ser Berzelius qui va cridar a aquest nou element, producte de les seves observacions i experiments, 'lithos', que significa pedra en grec. Així, el liti poder finalment ser reconegut com a nou element, però encara faltava poder aïllar-lo.
aïllament
Tot just un any després, en 1821, William Thomas Brande i Sir Humphry Davy van aconseguir aïllar el liti com a metall a l'aplicar-li l'electròlisi a l'òxid de liti. Tot i que en quantitats molt petites, van ser suficients per observar la seva reactivitat.
En 1854, Robert Wilhelm Bunsen i Augustus Matthiessen van poder produir liti metàl·lic en majors quantitats a partir de l'electròlisi de l'clorur de liti. A partir d'aquí la seva producció i comerç havia iniciat, i creixeria la demanda a mesura que se li trobaven noves aplicacions tecnològiques arran de les seves propietats úniques.
Estructura i configuració electrònica
L'estructura cristal·lina de el liti metàl·lic és cúbica centrada en el cos (body centered cubic, bcc). De totes les estructures cúbiques compactes, aquesta és la menys densa i va d'acord amb la seva característica com el metall més lleuger i menys dens de tots.
En ella, els àtoms Li es veuen envoltats de vuit veïns; és a dir, el Li es troba en el centre de la galleda, amb quatre Li amunt i avall en les cantonades. A aquesta fase bcc també se li denomina α-Li (tot i que a l'sembla aquesta denominació no està molt difosa).
fases
Com la gran majoria dels metalls o compostos sòlids, poden patir transicions de fase quan experimenten canvis en la temperatura o pressió; sempre que no es funden. Així, el liti cristal·litza amb una estructura romboèdrica a temperatures molt baixes (4,2 K). Els àtoms Li estan gairebé congelats i vibren menys en les seves posicions.
Quan s'incrementa la pressió, adquireix estructures hexagonals més compactes; i a l'incrementar encara més, el liti pateix altres transicions que no han pogut ser completament caracteritzades per difracció de raigs X.
Per tant, les propietats d'aquest "liti comprimit" segueixen sent objecte d'estudi. Així mateix, no es comprèn encara com els seus tres electrons, un dels quals és de valència, intervenen en el seu comportament com semiconductor o metall a aquestes condicions d'altes pressions.
Tres electrons en lloc d'un
Sembla curiós que el liti a hores d'ara romangui com un "llibre opac" per als que es dediquen a les anàlisis cristal·logràfics.
Això es deu al fet que, si bé la configuració electrònica és 2s 1, amb tan pocs electrons amb prou feines pot interactuar amb les radiacions aplicades per elucidar els seus vidres metàl·lics.
A més, es teoritza que els orbitals 1s i 2s se solapen a altes pressions. És a dir, tant els electrons interns (1s 2) com els de valència (2s 1) regeixen les propietats electròniques i òptiques de el liti en aquestes fases súper compactes.
Nombre d'oxidació
Havent dit que la configuració electrònica de l'liti és 2s 1, pot perdre un sol electró; els altres dos, de l'orbital intern 1s 2, requeririen de molta energia per treure-se'ls.
Per tant, el liti participa en gairebé tots els seus compostos (inorgànics o orgànics) amb un nombre d'oxidació de +1. Això vol dir que en els seus enllaços, Li-I, on I ve a ser qualsevol element, s'assumeix l'existència de l'catió Li + (sigui iònic o covalent en realitat aquest enllaç).
El nombre d'oxidació -1 és poc probable per al liti, ja que hauria de enllaçar-se a un element molt menys electronegatiu que ell; fet que de per si és difícil sent aquest metall molt electropositiu.
Aquest nombre d'oxidació negatiu representaria una configuració electrònica 2s 2 (per guanyar un electró), i seria més isoelectrónico a l'beril·li. Ara es assumiria l'existència de l'anió Li -, i les seves sals derivades s'anomenarien lituros.
A causa del seu gran potencial d'oxidació, els seus compostos majorment contenen a l'catió Li +, el qual per ser tan petit pot exercir un efecte polaritzant sobre anions voluminosos per formar enllaços covalents Li-E.
propietats
La flama carmesí dels compostos de liti. Font: Antti T. Nissinen (https://www.flickr.com/photos/veisto/2128261964)
aparença física
Metall blanc platejat de textura suau, la superfície es torna grisenca a l'oxidar o s'enfosqueix quan reacciona directament amb el nitrogen de l'aire per formar la seva corresponent nitrur. És tan lleuger que sura en aigua o oli.
És tan suau que inclusivament pot rebanarse utilitzant un ganivet, o fins i tot amb les ungles dels dits, cosa que no seria per res recomanable.
massa molar
6,941 g / mol.
Punt de fusió
180,50 ° C.
Punt d'ebullició
1330 ° C.
densitat
0,534 g / ml a 25 ° C.
solubilitat
Sí, flota en l'aigua, però immediatament comença a reaccionar amb la mateixa. És soluble en amoníac, on a l'dissoldre es solvatan seus electrons per originar colors blaus.
Pressió de vapor
0,818 mm Hg a 727 ° C; és a dir, ni tan sols a altes temperatures seus àtoms amb prou feines poden escapar a la fase gasosa.
electronegativitat
0,98 en l'escala de Pauling.
Energies d'ionització
Primera: 520,2 kJ / mol
Segona: 7298,1 kJ / mol
Tercera: 11815 kJ / mol
Aquests valors corresponen a les energies necessàries per obtenir els ions gasosos Li +, Li 2+ i Li 3+, respectivament.
Temperatura d'autoignició
179 ° C.
tensió superficial
398 mN / m en el seu punt de fusió.
viscositat
En estat líquid és menys viscós que l'aigua.
Calor de fusió
3,00 kJ / mol.
Calor de vaporització
136 kJ / mol.
Capacitat calorífica molar
24.860 J / mol · K. Aquest valor és extraordinàriament alt; el més alt de tots els elements.
Duresa de Mohs
0,6
isòtops
A la natura, el liti es presenta en forma de dos isòtops: 6 Li i 7 Li. La massa atòmica 6,941 o indica per si sola quin dels dos és el més abundant: el 7 Li. Aquest últim conforma prop de el 92,4% de tots els àtoms de liti; mentre que el 6 Li, al voltant de l'7,6% dels mateixos.
En els éssers vius l'organisme prefereix a l' 7 Li que el 6 Li; però, en matrius mineralògiques l'isòtop 6 Li és millor rebut i, per tant, el seu percentatge d'abundància s'incrementa per sobre de l'7,6%.
reactivitat
Tot i que és menys reactiu que els altres metalls alcalins, segueix sent un metall bastant actiu, de manera que no pot estar exposat a l'atmosfera sense patir oxidacions. Depenent de les condicions (temperatura i pressió), reacciona amb tots els elements gasosos: hidrogen, clor, oxigen, nitrogen; i amb sòlids com el fòsfor i el sofre.
Nomenclatura
No hi ha altres noms amb què trucar a l'metall liti. Respecte als seus compostos, gran part d'ells es nomenen en funció de les nomenclatures sistemàtica, tradicional o estoc. El seu estat d'oxidació de +1 és pràcticament invariable, de manera que en la nomenclatura estoc no s'escriu el (I) a la fi de el nom.
exemples
Per exemple, consideri els compostos Li 2 O i Li març N.
El Li 2 O rep els següents noms:
- Òxid de liti, segons la nomenclatura estoc
- Òxid lític, segons la nomenclatura tradicional
- Monòxid de diliti, segons la nomenclatura sistemàtica
Mentre que el Li març N es diu:
- Nitrur de liti, nomenclatura estoc
- Nitrur lític, nomenclatura tradicional
- Mononitruro de trilitio, nomenclatura sistemàtica
paper biològic
Es desconeix fins a quin punt el liti pugui ser essencial o no per al organismes. Així mateix, els mecanismes pels quals pogués metabolitzar són incerts i encara segueix sent objecte d'estudis.
Per tant, no se sap quins efectes positius pot tenir una dieta "rica" en liti; tot i que pugui trobar-se en tots els teixits de el cos; especialment en els ronyons.
Regulador dels nivells de seratonina
Sí que es coneix l'efecte farmacològic de certes sals de liti sobre l'organisme, especialment en el cervell o el sistema nerviós. Per exemple, regula els nivells de serotonina, molècula responsable dels aspectes químics de la felicitat. Dit això, no és estrany pensar que altera o modifica els estats d'ànim dels pacients que les consumeixen.
No obstant això, desaconsellen consumir liti costat de medicaments que combaten la depressió, ja que es corre el risc d'elevar massa la serotonina.
No només ajuda a combatre la depressió, sinó a més desordres bipolars i esquizofrènics, així com altres possibles desordres neurològics.
deficiència
A manera d'especulació, se sospita que individus amb dietes pobres en liti són més propensos a la depressió oa cometre suïcidi o homicidi. No obstant això, formalment els efectes de la seva deficiència segueixen sent desconeguts.
On es troba i producció
El liti no pot trobar-se en l'escorça terrestre, ni molt menys en els mars o l'atmosfera, en estat pur, com metall blanc brillant. En lloc d'això, ha sofert al llarg de milions d'anys transformacions que l'han posicionat com ió Li + (principalment) en determinats minerals i grups de roques.
S'estima que en l'escorça terrestre la seva concentració oscil·li entre els 20 i 70 ppm (part per milió), la qual cosa equival aproximadament a un 0,0004% la mateixa. Mentre que a les aigües marines, la seva concentració està en l'ordre dels 0,14 i 0,25 ppm; és a dir, el liti abunda més en les pedres i minerals que en les salmorres o llits marins.
minerals
Quars de espodumena, una de les fonts naturals de el liti. Font: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0
Els minerals on es troba aquest metall són els següents:
- espodumena, filial (SiO 3) febrer
- petalita, LiAlSi 4 O 10
- lepidolita, K (Li, A l', Rb) 2 (A l', Si) 4 O 10 (F, OH) 2
Aquests tres minerals tenen en comú que són aluminosilicats de liti. Hi ha altres minerals on també es pot extreure el metall, com la ambligonita, elbaita, tripilita, eucriptita, o argiles de hectoritas. No obstant això, el espodumena és el mineral de el qual es produeix la major quantitat de liti. Aquests minerals conformen algunes roques ígnies com el granit o la pegmatita.
aigües marines
En relació a la mar s'extreu de les salmorres com clorur, hidròxid o carbonat de liti, LiCl, LiOH i Li 2 CO 3, respectivament. De la mateixa manera es pot obtenir de llacs o llacunes, o en diferents dipòsits de salmorres.
En total el liti es troba en el lloc 25 en abundància dels elements a la Terra, la qual cosa es correlaciona bé amb la seva baixa concentració tant a la terra com a l'aigua, i per tant es considera com un element relativament rar.
Estrelles
El liti es troba en les estrelles joves, en major abundància que en les estrelles més velles.
Per obtenir o produir aquest metall en el seu estat pur es tenen dues opcions (ignorant els aspectes econòmics o rendibilitat): extreure mitjançant acció minera o recol·lectar en les salmorres. L'última és la font predominant en la producció de el liti metàl·lic.
Producció de liti metàl·lic mitjançant electròlisi
De la salmorra s'obté una barreja fosa de LiCl, la qual pot sotmetre seguidament a una electròlisi per separar la sal en els seus components elementals:
LiCl (l) → Li (s) + 1/2 Cl 2 (g)
Mentre que els minerals es digereixen en mitjans àcids per obtenir els seus ions Li + després de processos de separació i purificació.
Xile es posiciona com el major productor de liti al món, obtenint-de el salar d'Atacama. En el mateix continent, el segueix l'Argentina, país que extreu el LiCl de l'salar d'l'Home Mort i, finalment, Bolívia. Ara bé, Austràlia és el major productor de liti mitjançant l'explotació de l'espodumena.
reaccions
La reacció més coneguda de l'liti és la que passa quan entra en contacte amb l'aigua:
2Li (s) + 2H 2 O (l) → 2LiOH (ac) + H 2 (g)
El LiOH és l'hidròxid de liti i, com es pot observar, produeix gas hidrogen.
Reacciona amb l'oxigen i el nitrogen gasosos per formar els següents productes:
4Li (s) + O 2 (g) → 2Li 2 O (s)
2Li (s) + O 2 (g) → 2Li 2 O 2 (s)
El Li 2 O és l'òxid de liti, el qual tendeix a formar-se per sobre de l'Li 2 O 2, el peròxid.
6Li (s) + N 2 (g) → 2Li 3 N (s)
El liti és l'únic metall alcalí capaç de reaccionar amb el nitrogen i originar aquest nitrur. En tots aquests compostos pot assumir-se l'existència d'el catió Li + participant en enllaços iònics amb caràcter covalent (o viceversa).
Així mateix, pot reaccionar directament i vigorosament amb els halògens:
2Li (s) + F 2 (g) → LiF (s)
Reacciona també amb els àcids:
2Li (s) + 2HCl (conc) → 2LiCl (ac) + H 2 (g)
3Li (s) + 4HNO 3 (dilute) → 3LiNO 3 (ac) + NO (g) + 2H 2 O (l)
Els compostos LiF, LiCl i lli 3 són el fluorur, clorur i nitrat de liti, respectivament.
I respecte als seus compostos orgànics, el més conegut és el butil de liti:
2 Li + C 4 H 9 X → C 4 H 9 Li + LIX
On X és un àtom d'halogen i C 4 H 9 X és un halogenur d'alquil.
Riscos
metall pur
El liti reacciona violentament amb l'aigua, i pot reaccionar amb la humitat de la pell. És per això que si algú ho manipulés amb les mans nues patiria cremades. I si es troba granulat o en forma de pols, s'incendia a temperatura ambient, pel que representa riscos d'incendi.
Per manipular aquest metall s'ha de comptar amb guants i lents de seguretat, ja que el mínim contacte amb els ulls podria ocasionar severes irritacions.
Si s'inhala els efectes poden ser encara pitjors, cremant les vies respiratòries i ocasionant edema pulmonar per la formació interna de LiOH, una substància càustica.
Aquest metall s'ha d'emmagatzemar submergit en oli, o en atmosferes seques i més inerts que el nitrogen; per exemple, en argó, tal com es va mostrar en la primera imatge.
compostos
Els compostos derivats de l'liti, especialment les seves sals, com el carbonat o el citrat, són molts més segurs. Això sempre que les persones que els ingereixin respectin les indicacions pautades pels seus metges.
Alguns dels tants efectes indesitjables que pot generar en els pacients són: diarrea, nàusees, fatiga, marejos, atordiments, tremolors, miccions excessives, set i augment de pes.
Els efectes poden ser encara més greus en les dones embarassades, afectant la salut de l'fetus, o incrementant els defectes de naixement. Així mateix, no es recomana la seva ingesta en mares lactants, ja que el liti pot passar de la llet a el nadó, i d'allí desenvolupar tot tipus d'anomalies o efectes negatius.
usos
Els usos més coneguts per aquest metall a nivell popular resideixen a l'àrea de la medicina. Això no obstant, té aplicació en altres àrees, especialment en l'emmagatzematge d'energia mitjançant l'ús de bateries.
metal·lúrgia
Les sals de liti, específicament el Li 2 CO 3, serveix com a additiu en processos de fosa per a diferents propòsits:
-Desgasifica
-Desulfuriza
-Refina els grans dels metalls no fèrrics
-Incrementa la fluïdesa de les escòries dels motlles de colada
-Redueix la temperatura de fusió en les foses d'alumini gràcies al seu alt calor específica.
organometàl·lica
Els compostos de alquillitio s'utilitzen per llogar (afegir cadenes laterals R) o arilar (afegir grups aromàtics Ar) estructures moleculars. Destaquen per la seva bona solubilitat en solvents orgànics i per no ser tan reactius en els medi de reacció; per tant, serveix com a reactius o catalitzadors per a múltiples síntesis orgàniques.
Lubricants
El estearat de liti (producte de la reacció entre un greix i el LiOH) s'addiciona a l'petroli per crear una barreja lubricant.
Aquest lubricant de liti és resistent a les altes temperatures, no s'endureix quan es refreda i és inert davant l'oxigen i l'aigua. Per tant, troba ús en aplicacions militars, aeroespacials, industrials, automobilístiques, etc.
Additiu de ceràmiques i vidres
Els vidres o ceràmiques que són tractats amb Li 2 O adquireixen menors viscositats quan es fonen i major resistència a l'expansió tèrmica. Per exemple, els estris de cuina estan fets d'aquests materials i el vidre Pyrex també compta amb aquest compost en la seva composició.
aliatges
Per ser un metall tan lleuger, de la mateixa manera són els seus aliatges; entre elles, les d'alumini-liti. A l'agregar com a additiu, no només els confereix menys pes, sinó major resistència a les altes temperatures.
refrigerant
El seu alt calor específica ho fa ideal per ser usat com a refrigerant en processos on es desprèn molta calor; per exemple, en els reactors nuclears. Això es deu al fet que "costa" que pugi la seva temperatura, i per tant evita que la calor s'irradiï fàcilment a l'exterior.
bateries
I l'ús més prometedor de tots és en el mercat de les bateries de ions de liti. Aquestes aprofiten la facilitat amb la qual el liti s'oxida a Li + per utilitzar l'electró alliberat i activar un circuit extern. Així, els elèctrodes o són de liti metàl·lic, o d'aliatges d'ell mateix, on els Li + poden intercalar i viatgen a través de l'material electrolític.
Com a curiositat final, el grup musical Evanescence, va dedicar una cançó amb el títol «Lithium» a aquest mineral.
referències
- Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgànica. (Quarta edició). Mc Graw Hill.
- Lawrence Livermore National Laboratory. (23 de juny del 2017). Peering at the crystal structure of lithium. Recuperat de: phys.org
- F. Degtyareva. (Sf). Complex structures of-americà lithium: electronic origin. Institute of Solid State Physics Russian Academy of Sciences, Txernogolovka, Russia.
- Advameg, Inc (2019). Lithium. Recuperat de: chemistryexplained.com
- National Center for Biotechnology Information. (2019). Lithium. PubChem Database. CID = 3.028.194. Recuperat de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Eric Eason. (30 de novembre de 2010). World Lithium Supply. Recuperat de: large.stanford.edu
- Wietelmann, U., & Klett, J. (2018). 200 Years of Lithium and 100 Years of Organolithium Chemistry. Zeitschrift fur anorganische und allgemeine Chemie, 644 (4), 194-204. doi: 10.1002 / zaac.201700394