Liitium — keemiline element (aatomiarv 3): omadused, isotoobid ja kasutus

Liitium (Li, aatomiarv 3): omadused, isotoobid ja kasutus — reaktiivne hõbevalge metall, levinuim 7Li, rakendused patareides, ravimitööstuses ja kõrgtehnoloogias.

Liitium (kreeka keelest lithos 'kivi') on pehme, hõbevalge metall, mille sümboliks on Li. See on kolmas keemiline element perioodilisustabelis. See tähendab, et tema tuumas on 3 prootonit ja selle ümber 3 elektroni. Tema aatomiarv on 3. Massiarv on 6,94. Sellel on kaks tavalist isotoopi:⁶ Li ja⁷ Li. ⁷Li on levinum. 92,5% liitiumist on⁷ Li. Liitium on pehme hõbedane metall, mis on väga reaktiivne. Seda kasutatakse liitiumpatareides ja teatavates ravimites.

Füüsikalised ja aatomilised omadused

Liitiumi elektronkonstruktsioon on 1s² 2s¹, mis seletab selle tugevat kalduvust anda ühe elektroni ja moodustada +1 oksüdatsiooniastmes ioone (Li⁺). Peamised füüsikalised andmed on ligikaudu järgmised:

• Atommass: 6,94
• Tihedus: ~0,534 g/cm³ (20 °C) — kõige kergem metall
• Sulamispunkt: ~180,5 °C
• Keemispunkt: ~1342 °C
• Esimene ionisatsioonienergia: ~520 kJ/mol
• Pauling'i elektronegatiivsus: ~0,98

Keemilised omadused ja reaktsioonid

Liitium on tugev reduktant ja väga reaktiivne, eriti õhu ja vee kohalolekul. Õhus pind omab kiiresti oksiidikihti, mistõttu metall säilib sageli õli all või inertgaasis. Vee või niiskusega reageerides tekib liitiumhüdroksiid ja vesinikgaas:

2 Li + 2 H₂O → 2 LiOH + H₂

Tänu oma suurele redutseerivale võimele kasutatakse liitiumi ja selle ühendeid mitmes keemilises protsessis.

Isotoobid

Luonnollises liitiumis on kaks stabiilset isotoopi: ⁶Li (~7,5%) ja ⁷Li (~92,5%). ⁶Li on tähtis neutronite püüdmisel ja tritiumi tootmisel (näiteks reaktiivides nukleersetes protsessides), samas kui ⁷Li leiab kasutust näiteks reaktorites ja soodustab teatud keemilisi rakendusi. Isotoopide suhteline osakaal mõjutab teatud tehnilisi ja teaduslikke rakendusi.

Levik ja kaevandamine

Liitiumit esineb peamiselt kahes vormis: magnesiumpiirit (spodumeen) ja soola-alustest veest (brines). Suured maavaravarud ja tootjad paiknevad Austraalias, Tšiilis, Argentinas ja Hiinas. Kaevandamine ja töötlemine hõlmab nii kivimite (näiteks spodumeen) riket kui ka lahustest (brine) soola eraldamist ja rafineerimist.

Kasutusalad

Liitium ja selle ühendid on laialt kasutusel mitmes sektoris. Peamised rakendused:

• Patareid: liitium-ioon- ja liitium-metallpatareid on hinnatud kõrge energiatiheduse ja kerguse tõttu (elektriautod, mobiiltelefonid, sülearvutid).
• Meditsiin: liitiumsoolad (näiteks liitiumkarbonaat) on tõhusad meeleolustabilisaatorid bipolaarse häire ravis.
• Allumid ja metallurgia: liitium vähendab sulamistemperatuuri ja parandab teatud sulamite omadusi.
• Glasuurid ja keraamika: liitiumoksiidid parandavad klaaside ja keraamika termilist stabiilsust ja sulamisomadusi.
• Keemia- ja tööstusprotsessid: eraldus- ja sünteetilised rakendused, lisandina spetsiaalsetes orgaanilistes reaktsioonides ja ühendite valmistamisel.
• Nukleareraktsioonid: ⁶Li kasutatakse neutronite püüdmisel ja tritiumi tootmisel; sellel on olnud ka ajaloolisi rakendusi tuumarelvade arenduses.

Keskkonna- ja ohutusaspektid

Kuigi metall ise on suhteliselt kergesti manipuleeritav, on liitium väga reaktiivne: see põleb kergesti ja reageerib veega, seega tuleb seda hoida õliga immutatud või inertse gaasi all. Liitiumühendite käitlemisel tuleb järgida tavapäraseid keemilise ohutuse nõudeid (kaitsekindad, prillid, sobiv ventilatsioon).

Liitiumi kaevandamine ja töötlemine võib põhjustada keskkonnamõjusid, eriti veeressursside koormust soolvee töötlemisel. Seetõttu on oluline jätkusuutlikkus, vastutustundlik kaevandamine ja patareide ringlussevõtt.

Ringlussevõtt ja tulevik

Kiire kasv elektrisõidukite ja elektroonika turul suurendab nõudlust liitiumi järele. Ringlussevõtt ja alternatiivsed allikad (näiteks mereveest eraldamine või liitiumi taaskasutus vanadest patareidest) muutuvad üha olulisemaks, et tagada varustuskindlus ja vähendada keskkonnakoormust.

Liitium on seega väike aatomiarvuga element, mille omadused — kerge mass, tugev keemiline reaktiivsus ning võime moodustada +1 iooni — teevad temast asendamatu materjali nii kaasaegses elektroonikas, meditsiinis kui ka erinevates tööstuslikes rakendustes.

Omadused

Füüsikalised omadused

Liitium on üks leelismetallidest. Liitium on hõbedane tahke metall (värskelt lõigatuna). See on väga pehme. Seega saab seda kergesti noaga lõigata. Ta sulab madalal temperatuuril. See on väga kerge, sarnaneb puidule. Ta on kõige väiksema tihedusega metall ja kõige väiksema tihedusega element tahkes või vedelas olekus. See suudab hoida rohkem soojust kui ükski teine tahke element. See juhib kergesti soojust ja elektrit.

Keemilised omadused

See reageerib veega, eraldades vesinikku ja moodustades aluselise lahuse (liitiumhüdroksiid). Seetõttu tuleb liitiumi säilitada vaseliinis. Naatriumi ja kaaliumi saab säilitada õlis, kuid liitiumi ei saa, sest see on nii kerge. See lihtsalt hõljub õlil ja ei ole sellega kaitstud.

Liitium reageerib ka halogeenidega. Ta võib reageerida lämmastikgaasiga, et saada liitiumnitriidi. Ta reageerib õhuga, tekitades musta tuhka ja seejärel valget pulbrit, mis koosneb liitiumhüdroksiidist ja liitiumkarbonaadist.

Keemilised ühendid

Vt ka: Kategooria:Liitiumiühendid

Liitium moodustab ainult ühe oksüdatsiooniastmega keemilisi ühendeid: +1. Enamik neist on valged ja mitteaktiivsed. Leegis kuumutamisel annavad nad ereda punase värvi. Nad on veidi mürgised. Enamik neist lahustub vees. Liitiumkarbonaat lahustub vees vähem kui teised leelismetallide karbonaadid, näiteks naatriumkarbonaat.

• Liitiumkarbonaat, mida kasutatakse meditsiinis
• Liitiumkloriid, värvitu kristalne tahke aine, kuumutamisel punane leek
• Liitiumhüdroksiid, tugev alus, mida kasutatakse süsinikdioksiidi eemaldamiseks kosmoselaevadel.
• Liitiumnitraat, oksüdeeriv aine
• Liitiumnitriid, tugev alus
• Liitiumoksiid, lahustub vees liitiumhüdroksiidiks
• Liitiumperoksiid, reageerib veega hapniku saamiseks.

·        

Liitiumnitraat

·        

Liitiumhüdroksiid

·        

Liitiumkarbonaat

·        

Liitiumkloriid

Leegikatse liitiumi jaoks

Küsimused ja vastused

K: Mis on liitiumi sümbol?

K: Mis on liitiumi aatomiarv?

K: Mitu prootonit on liitiumi aatomi tuumas?

K: Millised on kaks tavalist liitiumi isotoopi?

K: Milline isotoop on levinum?

K: Millised omadused on liitiumil?

Otsing