عنصر الليثيوم والخصائص الكيميائية و الفيزيائية له

تعرف على عنصر الليثيوم والخصائص الكيميائية و الفيزيائية له. وكذلك تفاعلات و استخدامات و تطبيقات الليثيوم. بالإضافة مركبات و نظائر هذا العنصر.

عنصر الليثيوم

الليثيوم (Li) هو عنصر كيميائي يوجد ضمن المجموعة الأولى (Ia) أسفل الهيدروجين في الجدول الدوري. وهو من الفلزات القلوية ويعتبر من أخف العناصر الصلبة. وهو معدن أبيض لامع لديه العديد من السبائك الصناعية.

لدى الليثيوم تفاعلات عديدة بسبب نشاطه الكيميائي الناتج من خفته والشحنة الموجبة لأيوناته. ويتفاعل بسهولة عن طريق منح الإلكترون الوحيد الموجود في غلافه الأخير ليستقر. لا شك أن هذه البنية الذرية هي التي تعطي الخصائص الفيزيائية و الكيميائية لهذا العنصر.

في هذا المنشور سنتحدث أيضا عن استخدامات و تطبيقات الليثيوم. بالإضافة إلى النظائر المشهورة لديه. من خلال قراءتك للخصائص الذرية لعنصر الليثيوم ستجد معلومات مثل عدد النيوترونات والوزن الذري وأكثر.

خصائص الليثيوم الذرية

• العدد الذري(عدد البروتونات): 3.
• الوزن الذري: 6.941 جم/مول.
• عدد النيوترونات: النظير الأكثر وفرة في الطبيعية يمتلك 4 نيوترونات.
• عدد الأغلفة: غلافين.
• مستويات الطاقة الرئيسية: K,L.
• مستويات الطاقة الفرعية: S.
• عدد الإلكترونات في المستوى الأخير: 1.
• عدد التكافؤ: +1.
• التوزيع الإلكتروني: 1s2,2s1.

الخصائص الفيزيائية لليثيوم

• الطور: صلب.
• اللون: أبيض فضي لامع.
• الذوبانية: ليس شديد الذوبان مع الماء.
• الكثافة:0.534 جم/سم3.
• الكثافة النسبية: 0.534 عند 20 درجة مئوية°.
• السعة الحرارية: 24.860 جول/مول*كلفن.
• نقطة الإنصهار: 180.54 درجة مئوية°.
• نقطة الغليان:1342 درجة مئوية°.

خصائص الليثيوم الكيميائية:

هذه بعض الخصائص الكيميائية لليثيوم:

• السمية: عند 10 مجم/لتر من الدم، يصاب الشخص بتسمم خفيف من الليثيوم.  عند 15 ملجم/لتر، يعانون من الارتباك وضعف الكلام، وعند 20 ملجم/لتر، هناك خطر الموت.  تم اقتراح كمية يومية موصى بها من 14.3 ميكروغرام/كجم من وزن الجسم من الليثيوم للبالغين.
• النشاط: نشط لكنه أقل الفلزات القلوية نشاطا.

تعرف على مخاطر المواد و قواعد السلامة في معمل الكيمياء

في العديد من خواصه ، يُظهر الليثيوم نفس الخصائص مثل المعادن القلوية الأكثر شيوعًا مثل الصوديوم والبوتاسيوم.  وبالتالي ، فإن الليثيوم ، الذي يطفو على الماء ، شديد التفاعل معه ويشكل محاليل هيدروكسيد قوية ، مما ينتج عنه هيدروكسيد الليثيوم (LiOH) وغاز الهيدروجين.  الليثيوم هو المعدن القلوي الوحيد الذي لا يشكل الأنيون ، Li− ، في المحلول أو في الحالة الصلبة.

التفاعلات الكيميائية لليثيوم.

لدى الليثيوم تفاعلات كيميائية كثيرة منها:

1. تفاعله مع الماء: يتفاعل الليثيوم مع الماء ليكون هيدروكيسد الليثيوم وغاز الهيدروجين.

\[2Li_{(s)} + 2H_2O → 2LiOH_{(aq)} + H_{2(g)}\]

2. الأكسدة: يتفاعل الليثيوم ببطء مع O2 في درجة حرارة الغرفة ، مكونًا Li2O.  في حالة الاحتراق ، يتم أيضًا إنتاج كمية صغيرة من بيروكسيد الليثيوم Li2O2.

\[4Li_{(s)} + O_{2(g)} → 2Li_2O_{(s)}\]

\[2Li_{(s)} + O_{2(g)} → Li_2O_{2(s)}\]

3. تفاعلات الليثيوم مع الأحماض: يذوب الليثيوم بسهولة في حامض الكبريتيك المخفف ، مكونًا أيونات Li وغاز الهيدروجين ، H2.

\[2Li_{(s)} + H_2SO_{4(aq)} → 2Li^+_{(aq)} + SO^{-2}_{4(aq)} + H_{2(g)}\]

4. تفاعلات الليثيوم مع الهالوجينات: يتفاعل الليثيوم مع الهالوجينات، مكونًا هاليدات الليثيوم المقابلة.

\[\ce{2Li_{(s)} + F_{2(g)} → 2LiF_{(s)}}\]

\[\ce{2Li_{(s)} + Cl_{2(g)} → 2LiCl_{(s)}}\]

\[\ce{2Li_{(s)} + Br_{2(g)} → 2LiBr_{(s)}}\]

\[\ce{2Li_{(s)} + I_{2(g)} → 2LiI_{(s)}}\]

5. تفاعل الليثيوم مع الهيدروجين: يتفاعل الليثيوم مع الهيدروجين مكونا هيدريد الليثيوم.

\[\ce{2Li_{(s)} + H_{2(g)} → 2LiH_{(s)}}\]

نظائر الليثيوم

يمتلك الليثيوم اثنين من النظائر المستقرة وهي:

ليثيوم-6: يحتوي نظير الليثيوم-6 على ثلاثة إلكترونات في الغلاف الخارجي للذرة. بالإضافة إلى ثلاثة نيوترونات وثلاثة بروتونات. يمثل نسبة 7.5% من وفرة عنصر الليثيوم في الطبيعية. يستخدم في تحضير التريتيوم الذي يستخدم امتصاص النيوترونات في مفاعلات الاندماج النووية.

ليثيوم-7: ذرة الليثيوم-7 هي النظير المستقر لليثيوم مع الكتلة الذرية النسبية 7.016004. و 92.5% من الوفرة الطبيعية، والنووية المغزلية له 3/2. يحتوي على أربعة نيوترونات وثلاثة بروتونات. هذا النظير يستخدم كمبرد أولي للمفاعلات النووية التي تزيد فيها درجات حرارة المبرد عن 800 درجة مئوية بسبب أدائه الضعيف في امتصاص النيوترونات.

هناك نظائر أخرى غير مستقرة لليثيوم مثل النظير ليثيوم-4. يحتوي على نفس عدد البروتونات والإلكترونات للنظائر السابقة، ولكنه يمتلك نيوترون واحد فقط. وعمر النصف له 9.1×10⁻²³ ثانية.

ومن نظائر الليثيوم أيضا؛ ليثيوم-11 الذي لديه ثمانية نيوترونات ويضمحل ليعطي \(\ce{^{11}Be}\).

أما النظير ليثيوم-12 لديه عمر نصف 10 نانو ثانية وتسعة نيوترونات ويضمحل إلى البريليوم-11.

مركبات الليثيوم

هناك عدد كبير جدا من مركبات الليثيوم منها العضوية وغير العضوية، لا نستطيع حصرها هنا لكن نأخذ بعض المركبات المهمة.

مركبات الليثيوم العضوية

من أمثلة المركبات العضوية لليثيوم:

 1. مركب ن-بوتيل الليثيوم: هذا مركب عضوي ليثيومي يستخدم في الصناعات العضوية مثل إنتاج بعض الألدهيدات والكيتونات من الأمينات ثنائية الاستبدال.

2. مركب ثلاثي بوتيل الليثيوم: صلب عديم اللون. تم تحضيره من بروميد ثلاثي البوتيل، لديه تطبيقات في الاصطناع العضوي. ويشتعل تلقائيا عند ملامسة الرطوبة.

3. يعد فينيل الليثيوم أيضا من المركبات العضوية لليثيوم له الصيغة الكيميائية العامة \(\ce{C6H5Li}\). يتم الحصول عليه عن طريق تفاعل الليثيوم مع برومو البنزين أو كلورو البنزين. يستخدم في بعض الصناعات كبديل لكاشف غرينيار وفي الاصطناع العضوي.

أمثلة على مركبات الليثيوم غير العضوية

1. كربونات الليثيوم

مسحوق أبيض اللون وصيغته الكيميائي \(\ce{Li2CO3}\)، يذوب في الماء لكنه لا يذوب في الإيثانول. الكتلة المولية له 73.891 جم/مول. يمكن تحضير كربونات الليثيوم عن طريق تفاعل كربونات الصوديوم مع أحد أملاح الليثيوم.

\[\ce{2Li^+ + Na2CO3 → Li2CO3 + 2Na^+}\]

2. كلوريد الليثيوم

هو أيضا مسحوق أبيض له الصيغة الكيميائية LiCl. والوزن الجزيئي 42.39 جم/مول. ينصهر عند 605 درجة مئوية، له طعم ملحي حاد. قابل للذوبان في الماء ، والكحول ، الأثير ، البيريدين ، النيتروبنزين. وبعتبر ملح لحمض الهيدروكلوريك. بروميد الليثيوم أو الليثيوم رباعي البورات.

3. نترات الليثيوم

\(\ce{LiNo3}\) مركب غير عضوي يوجد في الحالة العادية على شكل ثلاثي هيدرات \(\ce{LiNo3.3H2O}\). شكله بودر أبيض اللون. والوزن الجزيئي له 68.946 جم/مول. يمكن تحضيره عن طريق كربونات الليثيوم وحمض النيتريك.

\[\ce{Li2CO3 + 2HNO3 → 2LiNO3 + H2O + CO2}\]

4. هيدروكسيد الليثيوم أحادي الهيدروجين

مركب يحمل الصيغة الجزيئية \(\ce{LiOH.H2O}\). ووزنه الجزيئي 42.00 جم/مول. ويوجد هيدروكسيد لامائي لليثيوم.

5. فوسفات الليثيوم ثنائي الهيدروجين

\(\ce{H2LiPO4}\) مادة صلبة بيضاء، وزنه الجزيئي 103.93 جم/مول.

استخدامات وتطبيقات الليثيوم

لدى الليثيوم تطبيقات صناعية عديدة أبرزها:

1. أهم استخدامات الليثيوم في البطاريات القابلة لإعادة الشحن للهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والكاميرات الرقمية والمركبات الكهربائية.
2.   يستخدم الليثيوم أيضًا في بعض البطاريات غير القابلة لإعادة الشحن لأشياء مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب ولعب الأطفال والساعات.
3.  يتكون معدن الليثيوم في سبائك من الألمنيوم والمغنيسيوم ، مما يحسن قوتها ويجعلها أخف.
4.   يتم استخدام سبائك المغنيسيوم والليثيوم لطلاء الدروع.
5.   تُستخدم سبائك الألومنيوم والليثيوم في الطائرات وإطارات الدراجات والقطارات عالية السرعة.
6.  يستخدم أكسيد الليثيوم في الزجاج الخاص والسيراميك الزجاجي.
7.   يعتبر كلوريد الليثيوم من أكثر المواد المعروفة استرطابية ، ويستخدم في تكييف الهواء وأنظمة التجفيف الصناعي (مثل بروميد الليثيوم).
8.   يتم استخدام ستيرات الليثيوم كمواد تشحيم لجميع الأغراض وذات درجات حرارة عالية.
9.   تُستخدم كربونات الليثيوم في الأدوية لعلاج الاكتئاب الهوسي ، على الرغم من أن تأثيرها على الدماغ لا يزال غير مفهوم تمامًا.
10.   يستخدم هيدريد الليثيوم كوسيلة لتخزين الهيدروجين لاستخدامه كوقود.