Pàtran meatailt pàirt 1 - an dòigh as fhasa

Chrìochnaich an artaigil roimhe le ro-shealladh den eòlas le ceallan lithium, a fhuair an Duais Nobel ann an Ceimigeachd an-uiridh. Bidh an t-sreath trì-pìosan, a thòisicheas le taisbeanadh lithium, a’ leantainn air an t-sreath halogen a thàinig gu crìch san Dùbhlachd. Is e eileamaidean den 17mh buidheann modail neo-mheatailt, agus is e lithium an ìre meatailteachd.

Luchd-leughaidh eòlach air feartan corporra meatailtean lithiumdh’ fhaodadh a leithid de aithris iongnadh a dhèanamh. Tha stuthan a bhios mar as trice a 'leaghadh aig teòthachd nach eil nas àirde na 100 ° C, bog gu leòr airson a bhith air an gearradh le sgian, agus, a bharrachd air sin, a' freagairt gu luath le ocsaidean agus uisge, am bu chòir dhaibh a bhith nan inbhean de mheatailtean? Agus dè as urrainn a thogail bhuapa?

Chan eil aloidhean lithium gu dearbh freagarrach airson stuthan structarail, ach chan eil sin ag atharrachadh gu bheil iad làn mheatailtean. Is e an t-adhbhar airson an eadar-dhealachaidh an tuigse eadar-dhealaichte air a’ bhun-bheachd seo ann an cànan làitheil agus saidheansail. Mar sin, chan eil a h-uile meatailt na stuth cruaidh agus neo-losgaidh - tha airgead-beò mar eisimpleir.

Root aotrom...

Às deidh gaseous hydrogen agus helium, tha a 'chiad mheatailt a' nochdadh anns a 'chlàr ràitheil - lithium. Fhuair an teaghlach gu lèir ainm bhon ainm aige (bha hydrogen, ged a bhuineas e cuideachd do bhuidheann 1, ann beagan a rèir feum - cha robh agad ach an eileamaid eile seo a chuir an àiteigin). A’ tilleadh gu lithium, chan eil an t-ainm gun fhiosta airson stuth le dùmhlachd 0,54 g/cm³tha e co-ionann ri coille giuthais.

Bidh pìos lithium a 'seòladh ann an uisge, ach chan eil e fada, oir bidh e ag ath-fhreagairt gu luath leis. Airson an dà adhbhar seo, tha e air a stòradh ann am paraffin solidified, oir tha e a 'sruthadh gu uachdar a' kerosene a thathar a 'cleachdadh gus na meatailtean alkali a tha air fhàgail a dhìon bho ocsaidean agus taiseachd. Bidh lithium a 'leaghadh aig mu 180 ° C (an ìre as àirde de mheatailtean alkali), ach a' goil faisg air 1200 ° gu h-àrd. Is ann ainneamh a chì thu eadar-dhealachadh cho mòr. A thuilleadh air an sin, is e meatailt airgid-liath a th 'ann a dh'fhaodar a ghearradh le sgian, ach tha an raon tar-roinneil a' dorchachadh gu luath (ged a tha e nas slaodaiche na eileamaidean eile sa bhuidheann seo) (1).

Ann an 1800, chaidh mèinnear a chaidh ainmeachadh às a dhèidh a lorg air eilean Suaineach. am petalach dìreach seachd bliadhna deug às deidh sin chaidh a cho-dhèanamh ceimigeach a sgrùdadh. Fhuair an duine òg sìos gu gnìomhachas Johann August Arfvedson, Oileanach 25-bliadhna den neach ainmeil Bercelius (ris a bheil sinn, am measg rudan eile, sònrachaidhean nan eileamaidean a thathar a’ cleachdadh an-dràsta). Cho-dhùin Arfwedson gur ann leis a’ bhuidheann de aluminosilicates a tha am mèinnear, teaghlach mòr de choimeasgaidhean air an dèanamh suas de alùmanum, sileaconach agus ogsaidean, agus an uairsin meatailt, mar as trice sodium, potasium no calcium. Ged a sheall mion-sgrùdaidhean gu robh meatailt coltach ri sodium anns a 'phetalite, cha robh a mhais a' freagairt. Bha e mu thrì tursan nas lugha na bu chòir a bhith nam biodh sodium dha-rìribh na phàirt den mhèinnear (is e tomad atamach sodium 23 aonad, is e lithium 7 aonadan).

Dh’ ainmich Berzelius, ùghdarras gun teagamh na h-ùine, gun deach eileamaid ùr a lorg, a dh’ ainmich e às deidh am facal Grèigeach lithos, a’ ciallachadh clach (2). Chaidh cuideam a chuir air ged a aotrom tha e coltach ris an sodium agus potasium a tha aithnichte mar-thà, iomallach bho mhèinnirean, agus chan ann bho stuthan planntrais is bheathaichean (ge-tà, tha e cuideachd na eileamaid lorg a tha an làthair ann an slighean metabollach fàs-bheairtean beò). Lorg Arfwedson cuideachd meatailt ùr ann an grunn mhèinnirean eile, a dhaingnich ceartachd an ainm. Cha b’ urrainn ach lithium fìor mheatailt a bhith air a sgaradh (le electrolysis a chlorid). Raibeart Bunsen i Augustus Mattiessen, ann an 1855. Tha ainm a' chiad fhear co-cheangailte ri eachdraidh lorg dà lithium eile.

2. Figearan cudromach ann an eachdraidh lithium. Clì: an neach a lorg Johan August Arfvedson (1792-1841). Deas: Jens Jakob Berzelius (1779–1848).

Dè an ìre de lithium a tha air an talamh? Gu math, timcheall air 0,0065% de mhais uachdar an t-sreath, a tha ga fhàgail mar an 26mh ann an susbaint eileamaidean. Ged nach eil coltas gu bheil an àireamh sa cheud gu sònraichte àrd, tha cha mhòr uimhir de lithium ann mar nitrigin, agus barrachd air sinc agus staoin. Agus anns a 'chruinne-cè? Chaidh lithium a chruthachadh goirid às deidh a’ Bhrag Mhòir còmhla ri hydrogen, helium, beryllium agus boron agus tha e fhathast ga thoirt a-mach ann an rionnagan. Ach, bidh e ag ath-fhreagairt gu furasta le protonaichean, agus mar sin chan eil ann ach comharran lithium san fhànais.

…airson obair chruaidh

A dh'aindeoin a tomad filigree, chan eil lithium a' falbh bhon obair. Am measg na tha anns an eileamaid seo anns a 'mhòr-chuid, tha a' chuibhreann as motha de lithium oxide agus carbonate mar cho-phàirtean de glainneachan teas-dhìonach agus còmhdach airson crèadhadaireachd. Is e an ath fhear cleachdadh lithium gus stòran lùtha a chruthachadh. Is e tagradh an ìre mhath ùr a tha seo, ach fear a tha cumanta san t-saoghal an-diugh, bho cheallan beaga lithium gu cumhachd uaireadairean no siostaman dealanach de choimpiutairean, tro bataraidhean airson fònaichean-làimhe, coimpiutairean-uchd agus innealan cumhachd, agus a’ crìochnachadh le bataraidhean ann an carbadan dealain, mar eisimpleir, ann an carbadan dealain. ainmeil Tesla Roadster (3).

3. Bataraidh Li-ion rechargeable. An-uiridh, chaidh Duais Nobel ann an Ceimigeachd a thoirt seachad airson na h-obrach air a thogail.

agus - air sgàth cuideam ìseal a' mheatailt - bidh iad a' cruinneachadh tòrr a bharrachd lùtha gach aonad tomad na tha iad a' cleachdadh structaran a tha stèidhichte air eileamaidean eile. Tha salainn searbhag geir lithium (siabann lithium, me stearate lithium) nam pàirt luachmhor ann an leann a tha ag obair thairis air raon teòthachd farsaing (a’ toirt a-steach teòthachd fo-neoni). Is e lithium carbonate an droga as sine a thathas a’ cleachdadh an-diugh ann an làimhseachadh eas-òrdughan inntinn, a’ bunailteachadh gnìomhachd an t-siostam nearbhach.

Chaidh meatailt lithium a chleachdadh an toiseach mar neart cur-ris airson alùmanum, luaidhe agus aloidhean magnesium. Bidh lithium gu furasta a’ tighinn còmhla ri hydrogen gus hydride a chruthachadh. Leis gu bheil an todhar seo a’ leigeil ma sgaoil hydrogen nuair a bhios e ag eadar-obrachadh le uisge, faodar a chleachdadh mar stòradh hydrogen. Rè a 'chogaidh mu dheireadh, chaidh lithium hydride a chleachdadh gus seacaidean beatha a lìonadh gu luath. Bidh an isotope lithium-6, nuair a thèid a spreadhadh le neutronan, a’ cruthachadh feuchainn (hydrogen-3), riatanach airson synthesis thermonuclear.

Fo bhuaidh milleanan de cheumannan teòthachd agus cuideam mòr, bidh tritium a 'tighinn còmhla ri deuterium (hydrogen-2), a' leigeil a-mach tòrr lùth. Gu ruige seo, cha deach am pròiseas seo a dhèanamh ach gu neo-riaghlaidh, le spreadhadh boma thermonuclear (b’ e spreadhadh boma atamach àbhaisteach an spreadhadh a bha a’ toirt seachad neutronan agus a’ cruthachadh nan suidheachaidhean freagairt iomchaidh) (4).

4. Cumhachd lithium deuteride - spreadhadh boma thermonuclear Castle Bravo air Bikini Atoll ann an 1954.

lithium air làimh

Eu-coltach ri meatailtean lithium eile, tha lithium meatailt dha-rìribh aig do chorragan. Bidh an stòr agad mar bataraidh lithium. Na gabh bataraidhean a-mhàin gus cumhachd a thoirt don fhòn no an laptop agad, oir tha e cunnartach an toirt às a chèile (na dìochuimhnich uidheamachd cleachdte a thoirt seachad gu àite cruinneachaidh). Gus deuchainnean a dhèanamh, chan fheum thu ach ceangal comharraichte CR2032. Bidh e gu tric air a chleachdadh gus cumhachd a thoirt do sheòrsan àireamhairean agus chips motherboard coimpiutair.

5. Air an taobh chlì - an eileamaid CR2032 le toraidhean an dèidh sin a "gearradh": cùis le còmhdach de lithium meatailteach; dealaiche air a lìonadh le electrolyte neo-uisgeach; fàinne plastaig (insulation); còmhdach de manganese dà-ogsaid; an dara cuid de'n chorp.

6. Lithium ann an lasair losgaidh.

Brùth an ceangal le cromagan (bidh e a 'tuiteam às a chèile) agus cuir a-mach na pìosan den structar air an treidhe. Tha an cealla air a dhèanamh suas de phàirtean meatailt a tha a’ dèanamh còmhdach, còmhdach dubh teann anns a bheil manganese dà-ogsaid MnO.₂, dealaiche porous air a lìonadh le electrolyte organach anhydrous, agus fàinne plastaig inslithe (5). Tha lithium air a chuir a-steach don phàirt as lugha den chùis (electrode àicheil), faodar a ghearradh le sgian agus chì thu gu bheil e dorcha san adhar. Cleachd deireadh uèir iarainn gus beagan meatailt bog a ghabhail agus cuir a-steach an sampall a-steach don lasair losgaidh - tionndaidhidh e gu carmine (6). Tha dath cuideachd àbhaisteach ann an todhar lithium. Mothaichidh tu an aon dath ma chuireas tu salann strontium buidheann 2 ris an lasair losgaidh.

Cuir a 'chùis leis a' chòrr den mheatailt ann an glainne le beagan uisge. Tha ath-bhualadh sgaoilidh lithium a’ tighinn air adhart anns an t-soitheach:

Bidh pàipear coitcheann air a bhogadh anns an fhuasgladh a thig às a 'tionndadh gorm, a tha a' dearbhadh gu bheil lithium hydroxide na bhunait làidir (7). Na cuir a-mach am fuasgladh - caithidh tu an ath dheuchainn leis ann am mionaid.

7. Clì: sgaoileadh lithium ann an uisge (tha criomag den chorp cealla ri fhaicinn aig bonn an t-sìol-bhìdh). Deas: Tha dath gorm a’ phàipear chomharran a’ sealltainn gu bheil am fuasgladh lithium hydroxide a thig às a sin alcaileach.

Proteus

Tha an neach-lorg mar-thà air mothachadh gu bheil lithium coltach ris a 'chòrr de na h-eileamaidean buidheann 1. Ach, tha lithium ga ghiùlan fhèin beagan eadar-dhealaichte na a bhràithrean nas motha.

Thoir am fuasgladh a fhuaireadh roimhe a-steach don evaporator agus falmhachadh gu faiceallach. An dèidh fuarachadh, dòrtaidh an t-uisge cho beag 's as urrainn fuasgladh de 5-10% de dh' acid hydrochloric agus a-rithist falmhachadh an uisge. Gheibh thu lithium chloride LiCl.

Fuasgail pàirt den t-salann ann am beagan uisge agus dòirt am fuasgladh a-steach do phìob deuchainn. Cuir a-steach fuasgladh sodium carbonate Na₂CO₃. Bu chòir sileadh geal a bhith anns an t-soitheach, agus mura mothaich thu dad mar seo, teas an tiùb deuchainn. Lithium carbonate Li₂CO₃ tha e beagan solubhail ann an uisge, a bharrachd air an sin, bidh an solubility aige a’ lughdachadh le àrdachadh teòthachd. Is e cùis neo-àbhaisteach a tha seo: bidh sùbailteachd a ’mhòr-chuid de choimeasgaidhean ag àrdachadh nuair a thèid am fuasgladh a theasachadh, agus tha salainn de eileamaidean den 1mh buidheann, a’ toirt a-steach carbonatan, gu math so-sgaoilte. Bidh fuasgladh cuideachd a 'cruthachadh nuair a thathar a' làimhseachadh fuasgladh de lithium chloride le fuasgladh de phosphate no sodium fluoride.

Tha toraidhean ath-bhualadh a’ sealltainn nach e lithium meatailt àbhaisteach a th’ ann an lithium. Tha na feartan aige rudeigin coltach ris an dàrna buidheann de nàbaidhean, gu sònraichte magnesium.

Feuch deuchainnean coltach ris le magnesium: cuir fuasgladh solubhail sam bith de carbonate, phosphate no fluoride gu fuasgladh salainn an eileamaid seo (is e clorid no sulfate an fheadhainn as motha a tha rim faighinn). Ann an suidheachadh sam bith, gheibh thu tasgaidhean geala. A bheil cuimhne agad air carbon dà-ogsaid a lorg le uisge aoil? Tha sileadh carbonate ann cuideachd. Ach na bi a 'smaoineachadh gu bheil lithium san àite ceàrr air a' chlàr ràitheil. Is e eileamaid monovalent a tha seo, agus is e sgaradh sònraichte de stiùiriche na buidhne bho bhuill teaghlaich eile an riaghailt anns a’ chlàr ràitheil (faic am bogsa: Diagonal Cousins).

Barrachd lithium gach mìos, chan eil e eadar-dhealaichte bhon àbhaist ann am buidheann 1.

Faic cuideachd: