Lithium

Lithium
 [He]2s1
6,7Li
3
 
        
        
                  
                  
                                
                                
↓ Periodická tabulka ↓
Lithium v parafínu

Lithium v parafínu

Obecné
Název, značka, čísloLithium, Li, 3
Cizojazyčné názvylat. Lithium
Skupina, perioda, blok1. skupina, 2. perioda, blok s
Chemická skupinaAlkalické kovy
Koncentrace v zemské kůře20 až 65 ppm
Koncentrace v mořské vodě0,18 mg/l
Koncentrace ve vzduchu0,000524%
VzhledStříbřitě kovová látka
Identifikace
Registrační číslo CAS
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost6.941
Atomový poloměr152 pm
Kovalentní poloměr128 pm
Van der Waalsův poloměr182 pm
Elektronová konfigurace[He]2s1
Oxidační čísla+I
Elektronegativita (Paulingova stupnice)0,98
Ionizační energie
První520,2 KJ/mol
Druhá7298,1 KJ/mol
Třetí11815,0 KJ/mol
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustavaKrychlová
Molární objem13,02×10−6 m3/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota534 kg/m3
SkupenstvíPevné
Tvrdost0,6
Tlak syté páry100 Pa při 99K
Rychlost zvuku6000 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost84,8 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání180,54 °C (453,69 K)
Teplota varu1342 °C (1 615,15 K)
Skupenské teplo tání3,00 kJ/mol
Skupenské teplo varu147,1 kJ/mol
Měrná tepelná kapacita3582 Jkg−1K−1
Elektromagnetické vlastnosti
Elektrická vodivost1,17×107 S/m
Měrný elektrický odpor92,8 nΩ·m−1 (20 °C)
Standardní elektrodový potenciál3,04 V
Magnetické chováníParamagnetický
Lithium spectrum visible.png
Bezpečnost
GHS02 – hořlavé látky
GHS02
GHS05 – korozivní a žíravé látky
GHS05
[1]
Nebezpečí[1]
R-větyR14/15,R34
S-větyS1/2,S8,S43,S45
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
3
2
W
Izotopy
IV (%)ST1/2ZE (MeV)P
6Li7,5%je stabilní s 3 neutrony
7Li92,5%je stabilní s 4 neutrony
8Liumělý839,9 msβ16,0048Be
9Liumělý178,3 msβ13,6069Be
11Liumělý8,75 msβ20,55111Be
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
H
LiBeryllium

Na

Lithium (chemická značka Li) je nejlehčí z řady alkalických kovů, značně reaktivní, stříbřitě lesklého vzhledu.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Plamenová zkouška lithné soli

Jedná se o velmi lehký a měkký kov (ještě měkčí než mastek), který lze krájet nožem. Dobře vede elektrický proud a teplo. Lithium má nejmenší hustotu ze všech pevných prvků, je lehčí než voda a petrolej a plave na nich. Ve srovnání s ostatními kovy má lithium poměrně nízké teploty tání a varu. V plynném lithiu se vyskytují vedle jednoatomových částic i dvouatomové molekuly lithia. Páry lithia mají hnědou barvu. Roztok vzniklý rozpuštěním lithia v kapalném amoniaku má temně modrou barvu.

Přírodní lithium obsahuje cca 7,5 % izotopu 6Li a 92,5 % 7Li. Poměr izotopů není stálý a závisí na geologických poměrech původního zdroje. Lehčí izotop 6Li dobře zachycuje neutrony za vzniku tritia a hélia. Tato reakce 6Li je k produkci těžkého vodíkového izotopu využívána, ať už pro civilní potřeby a nebo jako lithiumdeuterid v termonukleární zbrani, kde z lithia v 6LiD vznikne tritium a to následně zreaguje s deuteriem za uvolnění velké energie. Těžší izotop 7Li má naopak účinný průřez záchytu neutronu malý a soli 7Li proto mohou sloužit jako inertní médium v jaderné technologii. 7LiOH slouží k alkalizaci chladicí vody v některých typech jaderných reaktorů. Známé jsou např. taveninové palivové kompozice fluoridů uranu, plutonia či nejmoderněji thoria, ve kterých 7LiF účinně snižuje bod tání takové směsi, aniž by ze systému vychytával neutrony. Vzhledem k tomu, že rozdíl hmotností obou lithiových izotopů je procentně významný, obohacování lithia vcelku není obtížné. Používají se dvě hlavní metody:

  1. využití rozdílné afinity 6Li a 7Li ke rtuti, kdy se lithný amalgám v protiproudu k vodnému roztoku LiOH obohacuje lehčím izotopem a vodná fáze těžším
  2. díky relativně vysoké tenzi par lithia a nízkému bodu varu lze izotopy separovat i modifikovanou destilací, kdy těkající páry jsou obohaceny lehčím izotopem a v tavenině zůstává 7Li.

Obě technologie mají pochopitelně původ v poválečném vojenském výzkumu s cílem připravit 6LiD pro zbraně a neutrony neabsorbující soli 7Li jsou vlastně odpadem.

Lithium se výrazně liší svými vlastnostmi od vlastností ostatních alkalických kovů, ale v mnohém se podobá vlastnostem kovů alkalických zemin. Rychle reaguje s kyslíkemvodou a v přírodě se s ním proto setkáváme pouze ve formě sloučenin, za vyšší teploty slučuje přímo s dusíkem na nitrid lithný Li3N. Ze skupiny alkalických kovů je lithium nejméně reaktivní, avšak jako jediný alkalický kov se slučuje za vyšší teploty přímo s uhlíkem na karbid Li2C2křemíkem na silicid Li6Si2. Elementární kovové lithium lze dlouhodobě uchovávat např. překryté vrstvou alifatických uhlovodíků jako petrolej nebo nafta. Lithium se stejně jako i ostatní alkalické kovy vyskytuje pouze v oxidačním stavu Li+. Soli lithia barví plamen karmínově červeně.

Historický vývoj

Bylo objeveno roku 1817 švédským chemikem Johannem Arfvedsonem v nerostu petalitu. Brzy na to bylo lithium dokázáno a objeveno i ve spodumenu a lepidolitu. Podobnost lithia s dalšími již objevenými alkalickými kovy zpozoroval již Johann Arfvedson. Lithium dostalo název z řeckého lithos – kámen. Červené zbarvení plamene lithia pozoroval poprvé Leopold Gmelin roku 1818. Čisté lithium bylo poprvé připraveno Robertem Wilhelmem Bunsenem a Michaelem Matthiessenem v roce 1855 elektrolýzou roztaveného chloridu lithného.

Výskyt v přírodě

(c) Eurico Zimbres, CC BY-SA 2.5
Petalit – (Li,Na)AlSi4O10
Takzvaný lithiový trojúhelník v suchém pásu v Jižní Americe.

Ve vesmíru patří lithium přes svoji velmi nízkou atomovou hmotnost mezi poměrně vzácné prvky – na jeden jeho atom připadá přibližně 1 miliarda atomů vodíku. Při termonukleárních reakcích horkých hvězd vzniká totiž jen přechodně a brzy se zpětně štěpí na lehčí prvky. Lithium na Zemi tudíž nepochází z protoplanetárního disku (na rozdíl od většiny prvků), ale vznikalo až jaderným rozpadem těžších kovů.

V zemské kůře je lithium obsaženo v množství 20–60 mg/kg, mořská voda vykazuje průměrný obsah lithia 0,18 mg/l v podobě rozpuštěných solí. Kvůli velké elektropozitivitě se Lithium vyskytuje jen ve sloučeninách jako příměs různých hornin (rudy lithia obsahují okolo 1–6 % lithia). Nejznámější minerály obsahující lithium jsou aluminosilikáty lepidolit KLi2[AlSi3O6(OH,F)4](OH,F)2, spodumen LiAl[Si2O6], trifylin LiFe[PO4], petalit (Li,Na)AlSi4O10, amblygonit: (Li,Na)Al(PO4)(F,OH) a cinvaldit: KLiFeAl[AlSi3O10(F,OH)2].

Největší rezervy lithia v roce 2017 (podle The United States Geological Survey):[2] 1. Argentina 9,8 mil. t, 2. Bolívie 9 mil. t, 3. Chile 8,4 mil. t, 4. Čína 8,4 mil. t, 5. Austrálie 5 mil. t. Polovina známých zásob lithia leží v Bolívii na dně solných pánví – největší z nich je Salar de Uyuni. Těžba tzv. „bílého zlata“ v Jižní Americe vyžaduje mnoho vody a ohrožuje tak místní obyvatele.[3] Extraktivismus má pak koloniální podobu.[4]

Biologický význam

Lithium je přítomné v tělech rostlin, živočichů a dalších organismů jen ve stopovém (extrémně nízkém) množství a pravděpodobně tam chemicky vystupuje podobně, jako jiné alkalické kovy přítomné v těle. V lidské krvi je přítomno lithium v koncentraci pouhých cca 70 nmol/litr.[5] Je sporné, zda má pro funkci organizmu nějaký význam; koncentrace lithia, které se používají k léčbě maniodepresivity, jsou o 3–4 řády vyšší, než je jeho přirozená koncentrace v krvi. Při experimentálním krmení zvířat potravou s nízkým obsahem lithia byly pozorovány některé vývojové poruchy a snížený věk dožití.[5][6] Lithium také v nízkých koncentracích stimuluje růst rostlin, některé druhy ho však pravděpodobně aktivně zakoncentrovávají ve svých pletivech až do hladiny 1 mg/g váhy.[7] Rozbor izotopů lithia ve fosilizovaných kostech pravěkých obratlovců i v kostech recentních obratlovců může být významnou metodou pro jejich výzkum, a to z hlediska ekologie i potravních návyků.[8]

Výroba

Při výrobě se vychází z rudy spodumenu, který se zahřívá na 1 100 °C, aby došlo ke změně modifikace, která má menší hustotu. Ta se promývá kyselinou sírovou při 250 °C a z výluhu se získává síran lithný. Ten reaguje s uhličitanem sodným za vzniku nerozpustného uhličitanu lithného, který je následně rozpuštěn v kyselině chlorovodíkové za vzniku chloridu lithného.

Kovové lithium lze průmyslově nejsnáze připravit elektrolýzou roztaveného chloridu lithného, protože je čistý chlorid nejlépe získatelný a má relativně nízkou teplotu tání. K přípravě lithia je možno použít i snadněji tavitelnou směs chloridu lithnéhochloridu draselného.

Železná katoda 2 Li+ + 2 e → 2 Li
Grafitová anoda 2 Cl → Cl2 + 2 e

V laboratoři lze k přípravě lithia použít i elektrolýzu chloridu lithného rozpuštěného v pyridinu.

Využití

Elementární lithium – peletky
Lithiová baterie
  • Organické soli lithia se používají ve farmaceutickém průmyslu jako součásti uklidňujících léků tlumících afekt.
  • Lithium je přísadou pro výrobu speciálních skel a keramik, především pro účely jaderné energetiky, ale i pro konstrukci hvězdářských teleskopů.
  • Citronan lithný – použití v medicíně podobně jako uhličitan lithný
  • Síran lithný – použití v medicíně podobně jako uhličitan lithný
  • Orotát lithný – použití v medicíně podobně jako uhličitan lithný
  • Jantaran lithný – použití v medicíně jako dermatologikum při léčbě seboroické dermatitidy
  • Stearát lithný se používá jako zahušťovadlo a želatinová látka k převádění olejů na plastická maziva. Tato maziva mají velkou odolnost vůči vodě, mají dobré nízkoteplotní vlastnosti (−20 °C) a velmi dobrou stálost při vyšších teplotách (> 150 °C). Tato zahušťovadla se připravují z hydroxidu lithného a přírodních tuků.

Sloučeniny

Anorganické sloučeniny

Uhličitan lithný
Chlorid lithný
Dusičnan lithný
  • Hydroxid lithný LiOH je bílá krystalická látka, středně silně zásaditá, která se na rozdíl od ostatních alkalických hydroxidů rozpouští ve vodě a lihu o poznání hůře. Vzniká reakcí oxidu lithnéhovodou nebo reakcí kovového lithia s vodou, která je poměrně bouřlivá a exotermní, kromě uvedeného hydroxidu lithného při ní dochází ve vývoji plynného vodíku.

Soli

Lithné soli jsou ze solí alkalických kovů obecně nejméně rozpustné ve vodě (paradox u lithných solí tvoří chlorečnan lithný, který je nejrozpustnější anorganickou látkou ve vodě – 313,5 g ve 100 ml při 18 °C). Naproti tomu se však lithné soli velmi dobře rozpouští v jiných polárních rozpouštědlech než voda (například kapalný amoniak nebo etanol).

Organické sloučeniny

Mezi organické sloučeniny lithia patří zejména lithné soli organických kyselin a lithné alkoholáty. K dalším lithným sloučeninám patří organické komplexy lithných sloučenin – komplexy s crown ethery (koronandy), a kryptáty. Zcela zvláštní skupinu organických lithných sloučenin tvoří organokovové sloučeniny.

Bezpečnost

Kovové lithium je hodně reaktivní, a oxiduje i na vzduchu. Aby se tomuto jevu zabránilo, uchovává se obvykle v petroleji. Při manipulaci s lithiem se musejí používat ochranné rukavice, aby lithium nezreagovalo na povrchu kůže s vodou na hydroxid lithný, který je velice nebezpečný.

Při vdechování prachu kovového lithia dochází k podráždění či až k bolesti nosu a dýchacích cest, dále taky může vzniknout plicní edém.

Odkazy

Reference

  1. a b Lithium. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov [online]. PubChem [cit. 2021-05-24]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/lithium/mcs-2018-lithi.pdf [online]. U.S. Geological Survey, 2018-01 [cit. 2018-03-11]. [U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2018 Dostupné online]. 
  3. https://www.reutersevents.com/sustainability/indigenous-peoples-livelihoods-risk-scramble-lithium-new-white-gold - ‘Indigenous people’s livelihoods at risk in scramble for lithium, the new white gold’
  4. https://media.business-humanrights.org/media/documents/Lithium_extractivism_and_water_injustices_in_the_Salar_de_Atacama_Chile.pdf - Lithium extractivism and water injustices in the Salar de Atacama, Chile: The colonial shadow of green electromobility
  5. a b ANDERSON, Charles E. Lithium in Plants. Příprava vydání Ricardo O. Bach Ph D, Vincent S. Gallicchio Ph D. MT (ASCP). [s.l.]: Springer New York Dostupné online. ISBN 9781461279679, ISBN 9781461233244. DOI 10.1007/978-1-4612-3324-4_3. S. 25–46. (anglicky) DOI: 10.1007/978-1-4612-3324-4_3. 
  6. DEMLING, J.H.; EGLAU, M.C.; AUTENRIETH, T. On the physiological function oflithium from a psychiatric view point. Medical Hypotheses. Roč. 57, čís. 4, s. 506–509. Dostupné online. DOI 10.1054/mehy.2001.1375. 
  7. ARAL, Hal; VECCHIO-SADUS, Angelica. Toxicity of lithium to humans and the environment—A literature review. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2008-07-01, roč. 70, čís. 3, s. 349–356. Dostupné online [cit. 2016-03-26]. DOI 10.1016/j.ecoenv.2008.02.026. 
  8. Fanny Thibon, Jean Goedert, Nicolas Séon, Lucas Weppe, Jeremy E. Martin, Romain Amiot, Sylvain Adnet, Olivier Lambert, Paco Bustamante, Christophe Lécuyer & Nathalie Vigier (2022). The ecology of modern and fossil vertebrates revisited by lithium isotopes. Earth and Planetary Science Letters. 599: 117840. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117840

Literatura

  • Cotton F. A., Wilkinson J.: Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
  • Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
  • Jursík F.: Anorganická chemie nekovů. 1. vyd. 2002. ISBN 80-7080-504-8
  • Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
  • N. N. Greenwood – A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

Petalite.jpg
(c) Eurico Zimbres, CC BY-SA 2.5
A 3 x 4 cm fragment of Petalite (LiAlSi4O10)from Minas Gerais State, Brazil.
NASA Lithium Ion Polymer Battery.jpg
NASA Prototype Lithium-Ion Polymer Battery
  • 30 volts, 50 AH Battery
  • 8 Cells
  • 1500 Wh – 20 kg total mass – 75 Whr/kg
  • 7.8 liter vol – 190 Wh/l
Lithium spectrum visible.png
Autor: McZusatz (talk), Licence: CC0
Lithium spectrum; 400 nm - 700 nm
GHS-pictogram-acid.svg
Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS) pictogram for corrosive substances
Lithium paraffin.jpg
* Bildbeschreibung: Lithium unter Paraffinöl
  • Quelle: eigenes Foto
  • Fotograf: Tomihahndorf
Triangulo del lito.png
Autor: Mamayuco, Licence: CC BY-SA 4.0
Mapa del Triángulo del Litio en la Diagonal Arreica. Se observa el triangulo como un area contigua en el norte de Chile, noreste de Argentina y el suroeste de Bolivia.
GHS-pictogram-flamme.svg
Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS) pictogram for flammable substances
NFPA 704.svg
The "fire diamond" as defined by NFPA 704. It is a blank template, so as to facilitate populating it using CSS.