Метален модел част 1 - най-лесният

Предишната статия завърши с преглед на опита с литиеви клетки, които получиха Нобелова награда по химия миналата година. Поредицата от три епизода, която започва с представянето на лития, ще бъде продължение на халогенната поредица, която приключи през декември. Елементите от 17-та група са моделни неметали, а литият е стандартът за металност.

Читателите, запознати с физическите свойства литиеви металиможе да бъде изненадан от подобно твърдение. Веществата, които обикновено се топят при температура не по-висока от 100 ° C, са достатъчно меки, за да се режат с нож, и освен това реагират бързо с кислород и вода, трябва ли да бъдат стандарти за метали? И какво може да се изгради от тях?

Литиевите сплави наистина не са подходящи за конструктивни материали, но това не променя факта, че те са пълни метали. Причината за несъответствието е различното разбиране на това понятие в ежедневния и научен език. Следователно не всеки метал е твърдо и незапалимо вещество - живакът е пример.

Лек корен...

След газообразния водород и хелий в периодичната таблица се появява първият метал – литият. Цялото семейство получи името си от неговото име (водородът, въпреки че също принадлежи към група 1, беше в нея малко по необходимост - просто трябваше да поставите този друг елемент някъде). Връщайки се към лития, името не е случайно за вещество с плътност 0,54 g/cm³същото е като борова гора.

Парче литий плува във вода, но не за дълго, защото бързо реагира с него. Поради и двете причини той се съхранява в втвърден парафин, тъй като се стича върху повърхността на керосина, използван за защита на останалите алкални метали от кислород и влага. Литият се топи при около 180°C (най-високата от всички алкални метали), но кипи при почти 1200° по-висока. Рядко виждате толкова голяма разлика. Освен това това е сребристо-сив метал, който може да се реже с нож, но площта на напречното сечение потъмнява бързо (макар и по-бавно от другите елементи от тази група) (1).

През 1800 г. на шведски остров е открит минерал, наречен на негово име. венчелистчетоно само седемнадесет години по-късно неговият химичен състав е изследван. Младият мъж се зае с работата Йохан Август Арфведсон, 25-годишна студентка на известния Берцелиус (на което дължим, наред с други неща, обозначенията на елементите, използвани в момента). Арфведсън заключи, че минералът принадлежи към групата на алумосиликатите, голямо семейство от съединения, съставени от алуминий, силиций и кислород, последвани от метал, обикновено натрий, калий или калций. Въпреки че анализите показват наличието на натрий-подобен метал в петалита, неговата маса не съвпада. Беше около три пъти по-малко, отколкото би трябвало да бъде, ако натрият наистина беше част от минерала (атомната маса на натрия е 23 единици, лития е 7 единици).

Берцелиус, безспорният авторитет на онова време, обяви, че е открит нов елемент, който той нарече на гръцката дума lithos, което означава камък (2). Беше подчертано, че въпреки че пийнал подобен е на вече познатите натрий и калий, изолирани от минерали, а не от растителни и животински вещества (все пак е и микроелемент, присъстващ в метаболитните пътища на живите организми). Арфведсън също така откри нов метал в редица други минерали, което потвърди правилността на името. Само чист метален литий може да бъде изолиран (чрез електролиза на неговия хлорид). Робърт Бунзен i Август Матисен, през 1855 г. Името на първия е свързано с историята на откриването на други два лития.

2. Важни фигури в историята на лития. Вляво: неговият откривател Йохан Август Арфведсон (1792-1841). Вдясно: Йенс Якоб Берцелиус (1779–1848).

Колко литий има на земята? Доста много, около 0,0065% от масата на повърхността на слоя, което го прави 26-ти по съдържание на елемент. Въпреки че процентът не изглежда особено висок, има почти толкова литий, колкото азот, и повече от цинк и калай. А във Вселената? Литият се образува малко след Големия взрив заедно с водород, хелий, берилий и бор и все още се произвежда в звездите. Той обаче реагира доста лесно с протони, така че в космоса има само следи от литий.

...за упорита работа

Въпреки филигранната си маса, литият не се плаши от работа. Сред съединенията на този елемент в масата най-голям дял има използването на литиев оксид и карбонат като компоненти на термоустойчиви стъкла и покрития за керамика. Следващото е използването на литий за създаване на енергийни източници. Това е сравнително ново приложение, но широко присъстващо в света днес, от малки литиеви клетки до захранващи часовници или електронни системи на компютри, през батерии за мобилни телефони, лаптопи и електрически инструменти и завършвайки с батерии в електрически превозни средства, например в електрически превозни средства. известният Tesla Roadster (3).

3. Акумулаторна литиево-йонна батерия. Миналата година беше присъдена Нобелова награда по химия за работата по изграждането му.

и - поради ниското тегло на метала - те акумулират много повече енергия на единица маса, отколкото в случая на структури, базирани на други елементи. Солите на литиевите мастни киселини (литиеви сапуни, напр. литиев стеарат) са ценен компонент в лубрикантите, работещи в широк температурен диапазон (включително минусови температури). Литиевият карбонат е най-старото лекарство, използвано днес за лечение на психични разстройства, стабилизиращо функционирането на нервната система.

Металният литий за първи път е използван като добавка за якост за алуминий, олово и магнезиеви сплави. Литият лесно се комбинира с водород, за да образува хидрид. Тъй като това съединение отделя водород, когато взаимодейства с вода, то може да се използва като съхранение на водород. По време на последната война литиевият хидрид беше използван за бързо пълнене на спасителните жилетки. Изотопът на литий-6, когато е бомбардиран с неутрони, създава да пробвам (водород-3), необходим за синтеза на термоядрени.

Под въздействието на милиони градуси температура и огромно налягане, тритият се комбинира с деутерий (водород-2), освобождавайки огромно количество енергия. Досега този процес се осъществяваше само неконтролируемо, с експлозията на термоядрена бомба (детонаторът, доставящ неутрони и създаващ подходящи условия за реакция, беше експлозията на обикновена атомна бомба) (4).

4. Силата на литиевия деутерид - експлозията на термоядрената бомба Castle Bravo на атола Бикини през 1954 г.

литий под ръка

За разлика от други литиеви метали, литиевият метал е наистина на една ръка разстояние. Вашият източник ще бъде литиева батерия. Не вземайте батерии само за захранване на вашия телефон или лаптоп, защото разглобяването им е опасно (не забравяйте да предадете използваното оборудване на пункт за събиране). За провеждане на експерименти се нуждаете само от маркирана връзка CR2032. Често се използва за захранване на определени видове калкулатори и чипове на дънната платка на компютъра.

5. Отляво - елементът CR2032 с последващите резултати от неговото "изрязване": корпус със слой от метален литий; сепаратор, импрегниран с неводен електролит; пластмасов пръстен (изолация); слой манганов диоксид; втората част на тялото.

6. Литий в пламък на горелка.

Стиснете връзката с клещи (тя ще се разпадне) и подредете фрагментите от конструкцията върху тавата. Клетката се състои от метални части, образуващи корпус, черен компресиран слой, съдържащ манганов диоксид MnO.₂, порест сепаратор, импрегниран с безводен органичен електролит, и изолационен пластмасов пръстен (5). В по-малката част на корпуса (отрицателния електрод) се нанася литий, реже се с нож и се вижда, че потъмнява на въздуха. Използвайте края на желязна жица, за да вземете малко мек метал и поставете пробата в пламъка на горелката - тя ще се превърне в кармин (6). Цветът също е характерен за литиевите съединения. Ще забележите подобен цвят, ако добавите стронциеви соли от група 2 към пламъка на горелката.

Поставете кутията с останалия метал в чаша с малко вода. Реакцията на разтваряне на лития протича в съда:

Универсалната хартия, потопена в получения разтвор, става синя, което доказва, че литиевият хидроксид е силна основа (7). Не изливайте разтвора - ще прекарате следващия експеримент с него след минута.

7. Отляво: разтваряне на литий във вода (фрагмент от тялото на клетката се вижда на дъното на чашата). Вдясно: Синият цвят на индикаторната хартия показва, че полученият разтвор на литиев хидроксид е алкален.

Протея

Откривателят вече е забелязал, че литият е подобен на останалите елементи от група 1. Литият обаче се държи малко по-различно от по-големите си събратя.

Изсипете предварително получения разтвор в изпарителя и внимателно изпарете. След охлаждане утайката се излива с възможно най-малко 5-10% разтвор на солна киселина и отново се изпарява водата. Ще получите литиев хлорид LiCl.

Разтворете част от солта в малко количество вода и изсипете разтвора в епруветка. Добавете разтвор на натриев карбонат Na₂CO₃. В съда трябва да се образува бяла утайка и ако не забележите нищо подобно, загрейте епруветката. Литиев карбонат Li₂CO₃ той е слабо разтворим във вода, освен това неговата разтворимост намалява с повишаване на температурата. Това е необичаен случай: разтворимостта на повечето съединения се увеличава, когато разтворът се нагрява, а солите на елементите от 1-ва група, включително карбонатите, са силно разтворими. Утайка се образува и когато разтвор на литиев хлорид се третира с разтвор на фосфат или натриев флуорид.

Резултатите от реакцията показват, че литият не е обикновен литиев метал. Неговите свойства са донякъде подобни на втората група съседи, особено на магнезия.

Опитайте подобни тестове с с магнезий: добавете всеки разтворим разтвор на карбонат, фосфат или флуорид към солевия разтвор на този елемент (хлорид или сулфат са най-достъпните). Във всеки случай ще получите бели налепи. Спомняте ли си, че открихте въглероден диоксид с варова вода? Там се появяват и карбонатни валежи. Но не си мислете, че литият е на грешното място в периодичната таблица. Това е едновалентен елемент и известното отделяне на лидера на групата от другите членове на семейството е правилото в периодичната таблица (виж карето: Диагонални братовчеди).

Повече литий на месец, не се различава от нормата на група 1.

Вижте също: