Litium (Li) – kemiallinen alkuaine: ominaisuudet, isotoopit ja käyttö

Litium (Li) — kevyt, reaktiivinen alkalimetalli: ominaisuudet, yleisimmät isotoopit (6Li, 7Li) ja käyttö energiavarastoinnissa sekä lääketieteessä.

Tekijä: Leandro Alegsa

Litium (kreikan kielen sanasta lithos 'kivi') on pehmeä, hopeanvalkoinen metalli, jonka symboli on Li. Se on jaksollisen järjestelmän kolmas kemiallinen alkuaine. Tämä tarkoittaa, että sen ytimessä on 3 protonia ja sen ympärillä 3 elektronia. Sen järjestysluku on 3 ja massaluku 6,94. Litiumilla on kaksi yleistä isotooppia, 6 Li ja 7 Li; 7Li on yleisempi ja litiumista noin 92,5 % on 7Li. Litium on pehmeä, kevyt ja hyvin reaktiivinen alkuaine, jota käytetään laajasti muun muassa paristoissa ja tietyissä lääkkeissä.

Fyysiset ja kemialliset ominaisuudet

Litium on jaksollisen järjestelmän alkuaineista kevyin metalli. Sen tiheys on noin 0,53–0,55 g/cm³ (huomattavasti pienempi kuin veden), sulamispiste noin 180,5 °C ja kiehumispiste noin 1 342 °C. Elektronikonfiguraatio on 1s2 2s1, ja yleisin hapetusluku on +1. Litium reagoi helposti hapen kanssa muodostaen oksideja ja hydroksideja sekä reagoi voimakkaasti veden kanssa muodostamalla litiumhydroksidia ja vetykaasua; reagoidessaan vapautuu runsaasti lämpöä.

Isotoopit ja niiden merkitys

Luonnollinen litium koostuu pääasiassa kahdesta stabiilista isotoopista: 6Li (noin 7,5 %) ja 7Li (noin 92,5 %). 6Li:llä on merkitystä ydintekniikassa ja fuusiotutkimuksessa, koska se voi absorboida neutroneja muodostaen tritiumia. 7Li:tä käytetään ydinreaktoreissa ja koeliuoksissa, sillä sen neutroneja absorboiva ominaisuus on pienempi ja se on hyödyllinen korvaamaan 6Li:n vaikutukset tietyissä sovelluksissa.

Esiintyminen ja tuotanto

Litiumia esiintyy luonnossa pääasiassa mineraaleissa kuten spodumeenissa, lepidoliitissa ja petaliitissa sekä suolaliuoksissa (suolat) suolajärvissä (brineissä). Taloudellisesti tärkeät lähteet ovat erityisesti suolajärvien suolat ja kivilähteet. Litiumin tuotanto sisältää kaivostoimintaa sekä suolaliuosten haihduttamista ja eristämistä, minkä lisäksi litiumin erottelu ja puhdistus vaativat kemiallisia prosesseja. Nykyään litiumin kysyntä on kasvanut voimakkaasti akkuteknologian (erityisesti Litium-ion -akut) vuoksi.

Käyttö

  • Akkuteollisuus: Litium on avainraaka-aine litiumioniakuissa ja litiummetalliparistoissa, joita käytetään kannettavissa laitteissa, sähköajoneuvoissa ja energiavarastoinnissa.
  • Kemia ja materiaalit: Litiumsuolat (esim. litiumkarbonaatti, litiumhydroksidi) ovat tärkeitä kemikaaleja lasi- ja keramiikkateollisuudessa, voiteluaineissa ja ilmailualan alumiini- ja magnesiumseoksissa.
  • Lääketiede: Litiumsuoloja (esim. litiumkarbonaattia) käytetään kaksisuuntaisen mielialahäiriön (maaninen–masennus) hoidossa vakauttamaan mielialaa.
  • Ydin- ja avaruustekniikka: Erityiset isotooppien käyttötavat, neutronien hallinta ja korkeaenergiakemialliset sovellukset.

Terveys, turvallisuus ja ympäristö

Litiummetalli on erittäin reaktiivinen ja sitä on säilytettävä öljyssä tai inertissä ympäristössä, jotta se ei syövy ilmankosteuden tai hapen vaikutuksesta. Kosketus metallin kanssa voi aiheuttaa palovammoja, ja sen reagoidessa veden kanssa syntyy syövyttävää litiumhydroksidia ja vetykaasua (ipalovaara). Litiumsuolat lääketieteellisissä pitoisuuksissa ovat tehokkaita mutta vaativat annostuksen seurantaa, sillä liialliset pitoisuudet voivat aiheuttaa toksisia vaikutuksia; lääkitystä seurataan veriarvojen ja munuaistoiminnan perusteella.

Akkutuotannon ja -hävityksen lisääntyessä litiumin kierrätys ja vastuullinen louhinta ovat tärkeitä ympäristösyistä ja raaka-aineiden saatavuuden turvaamiseksi. Akkukierrätys vähentää ympäristökuormitusta ja talteenottaa arvokkaita materiaaleja.

Lyhyt historia

Litiumin havaitsemisesta vastaa ruotsalainen kemisti Johan August Arfwedson vuonna 1817, joka löysi uusia aineita mineraalista petaliitista. Litiumin metallin eristivät myöhemmin useat kemistit, mukaan lukien William Thomas Brande ja Sir Humphry Davy, kun elektrolyysimenetelmät yleistyivät.

Yhteenvetona: litium on kevyt, erittäin reaktiivinen metalli, jolla on suuri merkitys moderneissa akuissa, teollisuuskemikaaleissa ja lääketieteessä. Sen kysyntä on kasvanut nopeasti, mikä on lisännyt kiinnostusta tehokkaaseen tuotantoon ja kierrätykseen sekä turvallisiin käsittelykäytäntöihin.

Ominaisuudet

Fysikaaliset ominaisuudet

Litium on yksi alkalimetalleista. Litium on hopeanhohtoinen kiinteä metalli (tuoreena). Se on hyvin pehmeää. Siksi sitä voidaan leikata helposti veitsellä. Se sulaa alhaisessa lämpötilassa. Se on hyvin kevyttä, samanlaista kuin puu. Se on vähiten tiheä metalli ja vähiten tiheä alkuaine kiinteässä tai nestemäisessä tilassa. Se pystyy sitomaan enemmän lämpöä kuin mikään muu kiinteä alkuaine. Se johtaa helposti lämpöä ja sähköä.

Kemialliset ominaisuudet

Se reagoi veden kanssa ja luovuttaa vetyä muodostaen emäksisen liuoksen (litiumhydroksidi). Tämän vuoksi litium on säilytettävä vaseliinissa. Natriumia ja kaliumia voidaan säilyttää öljyssä, mutta litiumia ei, koska se on niin kevyt. Se vain kelluu öljyn päällä eikä se suojaa sitä.

Litium reagoi myös halogeenien kanssa. Se voi reagoida typpikaasun kanssa muodostaen litiumnitridiä. Se reagoi ilman kanssa muodostaen mustaa himmentymää ja sitten valkoista jauhetta, joka koostuu litiumhydroksidista ja litiumkarbonaatista.

Kemialliset yhdisteet

Katso myös: Luokka:Litiumyhdisteet

Litium muodostaa kemiallisia yhdisteitä, joilla on vain yksi hapetusaste: +1. Useimmat niistä ovat valkoisia ja reagoimattomia. Ne saavat kirkkaan punaisen värin, kun niitä kuumennetaan liekissä. Ne ovat hieman myrkyllisiä. Useimmat niistä liukenevat veteen. Litiumkarbonaatti liukenee veteen huonommin kuin muut alkalimetallikarbonaatit, kuten natriumkarbonaatti.

  • Litiumkarbonaatti, jota käytetään lääketieteessä
  • Litiumkloridi, väritön kiteinen kiinteä aine, punainen liekki kuumennettaessa.
  • Litiumhydroksidi, vahva emäs, jota käytetään hiilidioksidin poistamiseen avaruusaluksissa.
  • Litiumnitraatti, hapettava aine
  • Litiumnitridi, vahva emäs
  • Litiumoksidi, liukenee veteen ja muodostaa litiumhydroksidia.
  • Litiumperoksidi, reagoi veden kanssa hapen muodostamiseksi.
  • LiHe
  • Litium 12-hydroksistearaatti
  • Litiumasetaatti
  • Litiumaluminaatti
  • Litium-alumiinihydridi
  • Litiumamidi
  • Litiumaspartaatti
  • Litiumatsidi
  • Litiumberyllidi
  • Litiumbis(trifluorimetaanisulfonyyli)imidi
  • Litiumbis(trimetyylisilyyli)amidi
  • Litiumboraatti
  • Litiumbromidi
  • Litiumkarbidi
  • Litiumkloraatti
  • Litiumsitraatti
  • Litiumkobolttioksidi
  • Litiumsyanidi
  • Litiumdiisopropyyliamidi
  • Litiumdisilikaatti

·         Lithium nitrate

Litiumnitraatti

·         Lithium hydroxide

Litiumhydroksidi

·         Lithium carbonate

Litiumkarbonaatti

·         Lithium chloride

Litiumkloridi



 Litiumin liekkitesti  Zoom
Litiumin liekkitesti  

Esiintyminen

Sitä ei esiinny luonnossa elementtinä. Se esiintyy vain litiumyhdisteiden muodossa. Meressä on paljon litiumia. Tietyissä graniiteissa on suuria määriä litiumia. Useimmissa elävissä olennoissa on litiumia. Joissakin paikoissa on paljon litiumia suolassa. Joissakin silikaateissa on litiumia.


 

Historia

Litiumin (kreikaksi lithos, "kivi") löysi Johann Arfvedson vuonna 1817. Vuonna 1818 Christian Gmelin havaitsi, että litiumsuolat antavat liekissä kirkkaan punaisen värin. W.T. Brande ja Sir Humphrey Davy käyttivät myöhemmin litiumoksidin elektrolyysiä alkuaineen eristämiseksi. Litiumia käytettiin ensin rasvoissa. Sitten litiumia käytettiin paljon ydinaseissa. Litiumia käytettiin myös lasin sulattamiseen ja alumiinioksidin sulattamiseen alumiinin valmistuksessa. Nyt litiumia käytetään pääasiassa akuissa.

Se sai ilmeisesti nimen "litium", koska se löydettiin mineraalista, kun taas muut yleiset alkalimetallit löydettiin ensin kasvien kudoksesta.


 

Valmistelu

Sitä valmistetaan saamalla litiumkloridia altaista ja lähteistä. Litiumkloridi sulatetaan ja elektrolysoidaan. Näin saadaan nestemäistä litiumia ja klooria.


 

Käyttää

Elementtinä

Sitä käytetään pääasiassa akuissa. Litiumia käytetään anodina litiumparistossa. Siinä on enemmän tehoa kuin sinkkiä sisältävissä paristoissa, kuten alkaliparistoissa. Litiumioniakkujen sisältämä litium on myös litiumia, mutta ei elementtinä. Sitä käytetään myös lämmönsiirtoseoksissa. Litiumista valmistetaan orgaanisia litiumyhdisteitä. Niitä käytetään erittäin vahvoihin emäksiin.

Sitä käytetään erikoislasien ja keramiikan valmistukseen, kuten Mount Palomar -teleskoopin 200 tuuman peilin valmistukseen. Litium on kevyin tunnettu metalli, ja sitä voidaan seostaa alumiinin, kuparin, mangaanin ja kadmiumin kanssa, jolloin siitä saadaan vahvoja ja kevyitä metalleja lentokoneisiin.

Kemiallisissa yhdisteissä

Litiumyhdisteitä käytetään joissakin mielialan vakauttajiksi kutsutuissa lääkkeissä. Litiumniobaattia käytetään matkapuhelinten radiolähettimissä. Joitakin litiumyhdisteitä käytetään myös keramiikassa. Litiumkloridi voi imeä vettä muista esineistä. Joitakin litiumyhdisteitä käytetään saippuan ja rasvan valmistukseen. Litiumkarbonaattia käytetään lääkkeenä maanisen masennushäiriön hoitoon. Litiumkarbonaattia käytetään kaksisuuntaisen mielialahäiriön ja muiden mielenterveysongelmien hoitoon.

Orgaaninen kemia

Organolithiumyhdisteitä käytetään polymeerien ja hienokemikaalien valmistukseen. Monia litiumyhdisteitä käytetään reagensseina orgaanisten yhdisteiden valmistuksessa. Joitakin litiumyhdisteitä, kuten litiumalumiinihydridiä, litiumtrietyyliborohydridiä, n-butyylitiumia ja tert-butyylitiumia, käytetään yleisesti erittäin vahvoina emäksinä, joita kutsutaan superaaseiksi.

Muut käyttötarkoitukset

Litiumyhdisteitä käytetään pyroteknisinä väriaineina ja hapettimina punaisissa ilotulitteissa ja soihtuissa. Litiumkloridia ja litiumbromidia käytetään kaasuvirtojen kuivausaineina. Litiumhydroksidia ja litiumperoksidia käytetään hiilidioksidin poistamiseen ja ilman puhdistamiseen avaruusaluksissa ja sukellusveneissä. Litiumhydroksidia, litiumperoksidia ja litiumperkloraattia käytetään happikynttilöissä, jotka toimittavat sukellusveneille happea.

Litiumalumiinihydridiä voidaan käyttää myös itse kiinteänä polttoaineena. Litium-6:ta sisältävää litiumhydridiä käytetään lämpöydinaseissa.



 

Turvallisuus

Litium reagoi veden kanssa, jolloin syntyy ärsyttävää savua ja kuumuutta. Se ei ole yhtä vaarallinen kuin muut alkalimetallit. Litiumhydroksidi on hyvin syövyttävää.


 

Isotoopit

Litiumia on 5 isotooppia, joiden ytimessä on 2, 3, 4, 5 ja 6 neutronia. Luonnossa yleisin isotooppi on3 Li7 , jonka osuus on 92,58 % kaikista isotoopeista. Toinen isotooppi, jota on laajalti saatavilla, on3 Li6 , jonka osuus on 7,42 %. Kolmea muuta isotooppia esiintyy hyvin pieniä määriä. Litiumin atomimassa on 6,939.


 

Aiheeseen liittyvät sivut

  • Emäksinen maametalli
  • Beryllium
 

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on litiumin symboli?


V: Litiumin symboli on Li.

K: Mikä on litiumin järjestysluku?


V: Litiumin järjestysluku on 3.

K: Kuinka monta protonia litiumatomin ytimessä on?


V: Litiumatomin ytimessä on 3 protonia.

K: Mitkä ovat litiumin kaksi yleistä isotooppia?


V: Litiumin kaksi yleistä isotooppia ovat 6Li ja 7Li.

K: Kumpi isotooppi on yleisempi?


V: 7Li on yleisempi, sillä se muodostaa 92,5 prosenttia kaikista luonnossa esiintyvistä litiumatomeista.

K: Mitä ominaisuuksia litiumilla on?



V: Litiumilla on pehmeä, hopeanvalkoinen väri ja se on hyvin reaktiivinen.


Etsiä
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3