3.4: Літій, перший метал

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18609

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Елемент з атомним номером 3 - літій (Li), атомна маса 6,941. Найпоширеніший ізотоп літію має 4 нейтрони в ядрі. Кілька відсотків атомів гелію є ізотопом, який має всього 3 нейтрони. Третій електрон в літію не може поміститися в самій низькій енергетичній оболонці, яка, як зазначалося вище, заповнена всього 2 електронами. Тому третій електрон в літію переходить в другу оболонку, тобто зовнішню оболонку.

Як наслідок своєї електронної структури, літій є найнижчим елементом атомного номера, який є металом. У загальному сенсі метали - це елементи, які зазвичай мають лише 1-3 електрони у своїх зовнішніх оболонках. Ці електрони можуть бути втрачені з металів для отримання позитивно заряджених катіонів із зарядами +1, +2 або +3. У чистому елементарному стані метали часто мають характерний блиск (блиск), вони податливі (можуть сплющуватися або штовхатися в різні форми, не порушуючи) і вони проводять електрику. Хоча деякі метали, зокрема свинець і ртуть, дуже щільні, літій є найменш щільним металом лише 0,531 г/см3.

Два електрони літію 3 є внутрішніми електронами, що містяться у внутрішній оболонці, як у безпосередньо попередньому гелії благородного газу. Електрони внутрішньої оболонки, такі як ці, залишаються в середньому відносно близько до ядра, дуже міцно утримуються і не обмінюються і не діляться хімічними зв'язками. Як уже згадувалося вище, третій електрон в літію - це зовнішній електрон, що знаходиться далі від ядра і менш сильно притягується до нього. Зовнішній електрон, як кажуть, знаходиться у зовнішній оболонці атома. Ці поняття проілюстровані на малюнку 3.4.

Рис. 3 — Малюнок 3.4. Атом літію, Li, має 2 внутрішніх електрона і 1 зовнішній електрон. Останній може бути втрачений іншому атому для отримання\(\ce{Li^{+}}\) іона, який присутній в іонних сполуках (див. Розділ 2.12).

Символ Льюїса для атомів, таких як літій, які мають як внутрішню оболонку, так і зовнішні електрони оболонки, зазвичай показує тільки останній. (Електрони внутрішньої оболонки можуть бути показані на символах, щоб проілюструвати точку, але зазвичай це займає занадто багато місця і може заплутати.) Оскільки літій має лише одну зовнішню оболонку електрона, його символом Льюїса є

Літій-Лью SYMB

Вважайте, що атом літію має внутрішню оболонку з 2 електронів, точно так само, як і гелій. Будучи лише 1 електроном від структури благородного газу гелію, літій має тенденцію втрачати свій додатковий електрон, тому він може бути схожим на гелій, як показано наступним:

(3.4.1)

Відзначимо, що продукт цієї реакції вже не є нейтральним атомом, а є позитивно зарядженим\(\ce{Li^{+}}\) катіоном. Втрачаючи електрон, щоб стати катіоном, атом літію, як кажуть, окислюється. Коли літій утворює хімічні сполуки з іншими елементами, він робить це, втрачаючи електрон від кожного атома літію, щоб стати\(\ce{Li^{+}}\) катіонами. Потім їх приваблюють негативно заряджені аніони в іонних сполуках.

Сполуки літію мають різноманітне застосування. Карбонат літію, Li2CO3, широко призначається як фармацевтичний засіб для полегшення симптомів манії при маніакально-депресивних та шизо-афективних психічних розладах. Карбонат літію є найпоширенішим вихідним матеріалом для приготування інших сполук літію і є інгредієнтом спеціальних склянок та емалей та керамічного посуду, який розширюється лише мінімально при нагріванні. \(\ce{LiOH}\)Гідроксид літію використовується для формування деяких видів мастильних мастил. У поєднанні з йодом літій використовувався для виготовлення клітин, які є джерелами електроенергії для кардіостимуляторів серця. Імплантовані в грудну клітку пацієнта, деякі з цих кардіостимуляторів та їх акумуляторів проіснували протягом 10 років, перш ніж їх потрібно було замінити.

Довгий елемент з обмеженим використанням, літій став досить «захоплюючим» металом у нещодавно розвивається економіці стійкості, оскільки акумуляторні батареї на основі літію, в яких\(\ce{Li^{+}}\) іон є носієм заряду, стали акумуляторними батареями вибору для комп'ютерів, портативних електричних пристроїв і, особливо, електричні та гібридні автомобілі. Літієві акумуляторні батареї демонструють чудові якості щодо заряду, що утримується на одиницю маси, стабільності та довговічності. Крім того, літієві сухі клітини, в яких метал Li необоротно перетворюється на\(\ce{Li^{+}}\) іон під час розряду, стали привабливими (хоча і дорогими) варіантами на ринку сухих клітин, оскільки вони дуже довго живуть і несуть набагато більше заряду на одиницю маси, ніж стандартні лужні сухі клітини.

Найпоширенішим джерелом літію є розсоли літію, де літій концентрується шляхом вилуговування гірських порід та випаровування води з високогірних соляних квартир у Південній Америці та західному Китаї. Солі літію збираються для переробки від випаровування води з розсолів в випарних ставках. Болівія є найбільшим виробником літію і є значний потенціал виробництва з Чилі, Аргентини, Австралії, Китаю і, можливо, навіть штату Невада. У міру збільшення використання літію в акумуляторах, перероблений літій з відпрацьованих батарей стане важливим джерелом елемента.