Pola logam bagian 1 - yang termudah

Artikel sebelumnya diakhiri dengan tinjauan pengalaman dengan sel lithium, yang menerima Hadiah Nobel Kimia tahun lalu. Seri tiga episode, yang diawali dengan presentasi lithium, akan menjadi lanjutan dari seri halogen yang berakhir pada Desember. Unsur-unsur dari kelompok ke-17 adalah model non-logam, dan litium adalah standar logam.

Pembaca akrab dengan sifat fisik logam litiummungkin terkejut dengan pernyataan seperti itu. Zat yang biasanya meleleh pada suhu tidak melebihi 100 ° C, cukup lunak untuk dipotong dengan pisau, dan, di samping itu, bereaksi cepat dengan oksigen dan air, haruskah itu menjadi standar logam? Dan apa yang bisa dibangun dari mereka?

Paduan lithium memang tidak cocok untuk bahan struktural, tetapi itu tidak mengubah fakta bahwa mereka adalah logam penuh. Alasan perbedaan tersebut adalah perbedaan pemahaman konsep ini dalam bahasa sehari-hari dan bahasa ilmiah. Oleh karena itu, tidak setiap logam adalah zat padat dan tidak mudah terbakar - merkuri adalah contohnya.

Akar ringan...

Setelah gas hidrogen dan helium, logam pertama muncul di tabel periodik - litium. Seluruh keluarga mendapatkan namanya dari namanya (hidrogen, meskipun juga milik grup 1, ada di dalamnya sedikit karena kebutuhan - Anda hanya perlu meletakkan elemen lain ini di suatu tempat). Kembali ke lithium, namanya tidak disengaja untuk zat yang memiliki massa jenis 0,54 g/cmXNUMX³itu sama dengan hutan pinus.

Sepotong lithium mengapung di air, tetapi tidak lama, karena cepat bereaksi dengannya. Untuk kedua alasan ini, ia disimpan dalam parafin yang dipadatkan, saat mengalir ke permukaan minyak tanah yang digunakan untuk melindungi logam alkali yang tersisa dari oksigen dan kelembaban. Litium meleleh pada suhu sekitar 180 ° C (tertinggi dari semua logam alkali), tetapi mendidih hampir 1200 ° di atas. Anda jarang melihat perbedaan yang begitu besar. Selain itu, ini adalah logam abu-abu perak yang dapat dipotong dengan pisau, tetapi area penampang menjadi gelap dengan cepat (walaupun lebih lambat daripada elemen lain dalam kelompok ini) (1).

Pada tahun 1800, sebuah mineral yang dinamai menurut namanya ditemukan di sebuah pulau Swedia. daun bungatetapi hanya tujuh belas tahun kemudian komposisi kimianya diselidiki. Pemuda itu turun ke bisnis Johann August Arfvedson, mahasiswa 25 tahun yang terkenal Bercelius (yang kami berutang, antara lain, penunjukan elemen yang saat ini digunakan). Arfwedson menyimpulkan bahwa mineral termasuk dalam kelompok aluminosilikat, keluarga besar senyawa yang terdiri dari aluminium, silikon dan oksigen, diikuti oleh logam, biasanya natrium, kalium atau kalsium. Meskipun analisis menunjukkan adanya logam seperti natrium di petalite, massanya tidak cocok. Itu sekitar tiga kali lebih sedikit dari yang seharusnya jika natrium benar-benar bagian dari mineral (massa atom natrium adalah 23 unit, lithium adalah 7 unit).

Berzelius, otoritas yang tak terbantahkan saat itu, menyatakan bahwa elemen baru telah ditemukan, yang dinamai menurut kata Yunani lithos, yang berarti batu (2). Ditekankan bahwa meskipun menyala itu mirip dengan natrium dan kalium yang sudah dikenal, diisolasi dari mineral, dan bukan dari zat tumbuhan dan hewan (namun, itu juga merupakan elemen jejak yang ada dalam jalur metabolisme organisme hidup). Arfwedson juga menemukan logam baru di sejumlah mineral lain, yang mengkonfirmasi kebenaran nama itu. Hanya litium logam murni yang dapat diisolasi (dengan elektrolisis kloridanya). Robert Bunsen i Augustus Mattiessen, pada tahun 1855. Nama yang pertama dikaitkan dengan sejarah penemuan dua litium lainnya.

2. Tokoh penting dalam sejarah litium. Kiri: penemunya Johan August Arfvedson (1792-1841). Kanan: Jens Jakob Berzelius (1779–1848).

Berapa banyak lithium di bumi? Cukup banyak, sekitar 0,0065% dari massa permukaan lapisan, yang membuatnya menjadi yang ke-26 dalam kandungan elemen. Meskipun persentasenya tampaknya tidak terlalu tinggi, ada litium yang hampir sama banyaknya dengan nitrogen, dan lebih banyak daripada seng dan timah. Dan di alam semesta? Lithium terbentuk tak lama setelah Big Bang bersama dengan hidrogen, helium, berilium dan boron dan masih diproduksi di bintang-bintang. Namun, ia bereaksi cukup mudah dengan proton, sehingga hanya ada jejak litium di luar angkasa.

…untuk kerja keras

Terlepas dari massa kerawangnya, lithium tidak menghindar dari pekerjaan. Di antara senyawa elemen ini dalam massa, penggunaan lithium oksida dan karbonat sebagai komponen gelas tahan panas dan pelapis untuk keramik memiliki andil terbesar. Berikutnya adalah penggunaan lithium untuk menciptakan sumber energi. Ini adalah aplikasi yang relatif baru, tetapi aplikasi yang hadir secara luas di dunia saat ini, dari sel lithium kecil hingga menyalakan jam tangan atau sistem elektronik komputer, melalui baterai untuk ponsel, laptop, dan perkakas listrik, dan diakhiri dengan baterai di kendaraan listrik, misalnya pada kendaraan listrik. Tesla Roadster yang terkenal (3).

3. Baterai Li-ion yang dapat diisi ulang. Tahun lalu, Hadiah Nobel dalam Kimia diberikan untuk pekerjaan konstruksinya.

dan - karena berat logam yang rendah - mereka mengakumulasi lebih banyak energi per satuan massa daripada dalam kasus struktur yang didasarkan pada elemen lain. Garam asam lemak litium (sabun litium, misalnya litium stearat) adalah komponen berharga dalam pelumas yang beroperasi pada kisaran suhu yang luas (termasuk suhu di bawah nol). Litium karbonat adalah obat tertua yang digunakan saat ini dalam pengobatan gangguan jiwa, menstabilkan fungsi sistem saraf.

Logam lithium pertama kali digunakan sebagai aditif kekuatan untuk paduan aluminium, timbal dan magnesium. Lithium mudah bergabung dengan hidrogen untuk membentuk hidrida. Karena senyawa ini melepaskan hidrogen ketika berinteraksi dengan air, ia dapat digunakan sebagai penyimpanan hidrogen. Selama perang terakhir, lithium hidrida digunakan untuk mengisi jaket pelampung dengan cepat. Isotop lithium-6, ketika dibombardir dengan neutron, menciptakan untuk mencoba (hidrogen-3), diperlukan untuk sintesis termonuklir.

Di bawah pengaruh jutaan derajat suhu dan tekanan yang sangat besar, tritium bergabung dengan deuterium (hidrogen-2), melepaskan sejumlah besar energi. Sampai saat ini, proses ini hanya dilakukan secara tidak terkendali, dengan ledakan bom termonuklir (detonator yang memasok neutron dan menciptakan kondisi reaksi yang sesuai adalah ledakan bom atom biasa) (4).

4. Kekuatan lithium deuteride - ledakan bom termonuklir Castle Bravo di Bikini Atoll pada tahun 1954.

lithium di tangan

Tidak seperti logam lithium lainnya, logam lithium benar-benar ada di ujung jari Anda. Sumber Anda akan menjadi baterai lithium. Jangan mengambil baterai hanya untuk menyalakan ponsel atau laptop Anda, karena membongkarnya berbahaya (jangan lupa untuk menyerahkan peralatan bekas ke tempat pengumpulan). Untuk melakukan eksperimen, Anda hanya perlu tautan yang ditandai CR2032. Ini sering digunakan untuk memberi daya pada jenis kalkulator dan chip motherboard komputer tertentu.

5. Di sebelah kiri - elemen CR2032 dengan hasil "potong" selanjutnya: kasing dengan lapisan lithium logam; pemisah yang diresapi dengan elektrolit tidak berair; cincin plastik (isolasi); lapisan mangan dioksida; bagian kedua dari tubuh.

6. Litium dalam nyala api kompor.

Peras tautan dengan tang (itu akan berantakan) dan letakkan potongan-potongan struktur di atas nampan. Sel terdiri dari bagian logam yang membentuk selubung, lapisan terkompresi hitam yang mengandung mangan dioksida MnO.₂, pemisah berpori yang diresapi dengan elektrolit organik anhidrat, dan cincin plastik isolasi (5). Litium dioleskan ke bagian yang lebih kecil dari casing (elektroda negatif), dapat dipotong dengan pisau dan Anda dapat melihatnya menjadi gelap di udara. Gunakan ujung kawat besi untuk mengambil beberapa logam lunak dan memasukkan sampel ke dalam api pembakar - itu akan berubah menjadi merah tua (6). Warna juga merupakan karakteristik senyawa litium. Anda akan melihat warna yang sama jika Anda menambahkan garam strontium grup 2 ke api pembakar.

Tempatkan kasing dengan sisa logam dalam gelas dengan sedikit air. Reaksi pelarutan litium berlangsung di dalam bejana:

Kertas universal yang direndam dalam larutan yang dihasilkan berubah menjadi biru, yang membuktikan bahwa litium hidroksida adalah basa kuat (7). Jangan menuangkan solusinya - Anda akan menghabiskan percobaan berikutnya dengannya dalam satu menit.

7. Kiri: pelarutan litium dalam air (bagian dari badan sel terlihat di dasar gelas). Kanan: Warna biru pada kertas indikator menunjukkan bahwa larutan litium hidroksida yang dihasilkan bersifat basa.

Proteus

Penemunya telah memperhatikan bahwa litium mirip dengan elemen golongan 1. Namun, litium berperilaku sedikit berbeda dari saudara-saudaranya yang lebih besar.

Tuang larutan yang diperoleh sebelumnya ke dalam evaporator dan evaporasi dengan hati-hati. Setelah dingin, tuangkan endapan dengan sesedikit mungkin larutan asam klorida 5-10% dan kembali menguapkan airnya. Anda akan mendapatkan litium klorida LiCl.

Larutkan sebagian garam dalam sedikit air dan tuangkan larutan ke dalam tabung reaksi. Tambahkan larutan natrium karbonat Na₂CO₃. Endapan putih akan terbentuk di dalam wadah, dan jika Anda tidak melihat hal seperti ini, panaskan tabung reaksi. Litium karbonat Li₂CO₃ itu sedikit larut dalam air, di samping itu, kelarutannya menurun dengan meningkatnya suhu. Ini adalah kasus yang tidak biasa: kelarutan sebagian besar senyawa meningkat ketika larutan dipanaskan, dan garam dari unsur-unsur golongan 1, termasuk karbonat, sangat mudah larut. Endapan juga terbentuk bila larutan litium klorida diolah dengan larutan fosfat atau natrium fluorida.

Hasil reaksi menunjukkan bahwa litium bukanlah logam litium biasa. Sifatnya agak mirip dengan kelompok tetangga kedua, terutama magnesium.

Coba tes serupa dengan dengan magnesium: tambahkan larutan karbonat, fosfat, atau fluorida yang dapat larut ke dalam larutan garam elemen ini (klorida atau sulfat adalah yang paling tersedia). Bagaimanapun, Anda akan mendapatkan setoran putih. Apakah Anda ingat mendeteksi karbon dioksida dengan air kapur? Pengendapan karbonat juga terjadi di sana. Tapi jangan berpikir bahwa lithium berada di tempat yang salah pada tabel periodik. Ini adalah elemen monovalen, dan pemisahan tertentu dari pemimpin kelompok dari anggota keluarga lainnya adalah aturan dalam tabel periodik (lihat kotak: Sepupu Diagonal).

Lebih banyak lithium per bulan, tidak berbeda dari norma grup 1.

Lihat juga: