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Lithium

Chemie und Physik des chemischen Elements Lithium.



Lithium Chemie

Lithium ist ein chemisches Element, das die Ordnungszahl 3 trägt und mit dem Elementsymbol Li abgekürzt wird. Das reine Metall ist unedel, zäh und sieht an frischen Schnittstellen silbrig glänzend aus; diese oxidieren schnell an der Luft. Im Periodensystem steht das Leichtmetall in der ersten Gruppe und zählt zu den Alkalimetallen. Lithiummetall wird elektrolytisch aus einer Mischung von Lithiumchlorid und Kaliumchlorid gewonnen.

 

Übersicht: Allgemeine Daten zum Lithium

Bezeichnung:Lithium Symbol:Li Ordnungszahl:3 Atommasse:6,94 u Atommassen-Intervall:6,938 - 6,997 u Periodensystem-Stellung:2. Periode, 1. Gruppe, 1. Hauptgruppe, s-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Alkalimetalle. Entdeckung:1817 - Johan August Arfwedson. Bedeutung des Namens:Abgeleitet von lithos; griech. = Stein. Historische Bezeichnungen:Lithion (verworfener Vorschlag). Englischer Name:Lithium CAS-Nummer:7439-93-2 InChI-Key:WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N

 

Das Lithium-Atom

Identifikations-Merkmal für das Li-Atom - und somit für das Element Lithium - ist das Vorhandensein von 3 Protonen im Atomkern; man nennt diese Zahl Kernladungszahl oder Protonenzahl und sie entspricht der Ordnungszahl, die wiederum die Stellung des Lithiums im Atomkern bestimmt. Im ungeladenen und damit elektrisch neutralen Li-Atom befinden sich zudem 3 Elektronen in der Elektronhülle.

Für Unterschiede bei den Lithium-Atomkernen bei gleichbleibender Kernladungszahl sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Lithium-Isotope bzw. Lithium-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Die irdischen Lithium-Vorkommen bestehen aus einem Isotopengemisch; die relative Atommasse wird daher mit durchschnittlich 6,94 u angegeben; auf Grund von Schwankungen in der Zusammensetzung gibt man heute das Atomgewicht als Intervall an: 6,938 bis 6,997 u.

 

Elektronenkonfiguration

SymbolOZKurzform1s2s2p
Li3[He] 2s121

 

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE des Lithiums auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Li-Atom zu trennen.

1. IE: 5,391719 eV2. IE: 75,6400 eV3. IE: 122,45429 eV4. IE: eV5. IE: eV6. IE: eV

 

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Lithium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

KLILIILIII
1s2s2p1/22p3/2
54,7

 

Weitere Daten

Atomradius:167 pm (berechnet)
145 pm (empirisch, nach Slater)
Kovalente Radien:128(7) pm (nach Cordero et al.)
133 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
124 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
Van-der-Waals-Radius:182 pm Molvolumen:13,02 cm3 mol-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ωK: 0,0003; ωL1: ; ωL2: ; ωL3: Austrittsarbeit:2,9 eV

 

Spektrallinien des Lithiums

Emissionsspektrum des Lithiums mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm. Besonders gut sichtbar sind die beiden Hauptlinien bei 670,776 und 670,791 nm. Lithium und seine Verbindungen können an Hand dieser scharfen Linien mittels Flammenphotometrie nachgewiesen werden. Die Flammprobe ergibt eine carminrote Flamenfärbung in Anwesenheit von Li.

Lithium-Spektrallinien

 

 

Chemie des Lithiums

Metallisches Lithium reagiert leicht mit Wasser, wenn auch deutlich weniger heftig als die höheren Alkalimetalle. Bei dieser exothermen Reaktion wird Lithiumhydroxid LiOH gebildet und brennbares Wasserstoff-Gas H2 entweicht:

2Li(s) + 2 H2O → 2 Li+(aq) + 2 OH(aq) + H2(g) ↑.

Aufgrund seiner Reaktivität mit Wasser wird Lithium in einem geeigneten Kohlenwasserstoff/-gemisch (Petroleum) oder unter Vaseline (Paraffinöl) aufbewahrt.

In feuchter Luft läuft Lithium schnell an und bildet einen dunklen Überzug, der im Wesentlichen aus Lithiumhydroxid bzw. dessen Monohydrat, Lithiumnitrid (Li3N) und Lithiumcarbonat (Li2CO3 besteht; letzteres Produkt ist das Ergebnis einer sekundären Reaktion zwischen dem Hydroxid und Kohlendioxid. Die Bildung des Nitrids ist auf die direkte Reaktion von Li mit dem Stickstoff der Luft zurückzuführen; Lithium ist eines der wenigen Metalle, die unter moderaten Bedingungen mit N2 reagieren können.

In Gegenwart von Sauerstoff verbrennt das Metall unter Bildung von Lithiumoxid:

4 Li(s) + O2 → 2 Li2O.

Resultierend aus den ähnlichen Atom- und Ionenradien besteht eine 'diagonale Beziehung' (Schrägbeziehung - bezogen auf die Stellung im PSE) zwischen Lithium und dem Erdalkalimetall Magnesium. Diese äußerst sich unter anderem in den Ähnlichkeiten bei der Bildung der jeweiligen Nitride durch direkte Reaktion mit Stickstoff sowie bei der Bildung der Oxide, Peroxide, Carbide, der Schwerlöslichkeit der jeweiligen Carbonate und Phosphate, der thermochemischen Instabilität der Nitrate und Carbonate und schließlich in der großen Anzahl an metallorganischen Verbindungen mit kovalenter chemischer Bindung, die wiederum ähnliche Eigenschaften besitzen. Zudem sind die Chloride beider Metalle hygroskopisch und die Kationen stark solvatisiert.

 

Chemische Daten

Elektronegativität:0,98 nach Pauling
0,97 nach Allred-Rochow
0,912 nach Allen
1,3 nach Mulliken
0,86 nach Sanderson
2,4435 eV nach Gosh-Gupta
3,01 eV nach Pearson
Elektronaffinität:0,618 049(22) eV bzw. 59,632 6(21) kJ mol-1Oxidationsstufen:+1

 

Standardpotentiale

E0 (V)NoxName Ox.Ox.e-Red.Name Red.Nox
-3,0401+ ILithium-KationLi ++ e-Li (s)Lithium0

 

Material- und physikalische Eigenschaften des Lithiums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Lithium-Metalls auf.

Schmelzpunkt:180,54 °C Schmelzenthalpie (molar):3,00 kJ mol-1 Siedepunkt:1342 °C Verdampfungsenthalpie:134,7 kJ mol-1 Wärmekapazität:24,860 J mol-1 K-1 (molar)
3,582 J g-1 K-1 (spezifisch)
Debye-Temperatur:344 K Thermische Leitfähigkeit:84,8 W m-1 K-1 Wärmeausdehnung:46 μm m-1 K-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:10,6 × 106 A V-1 m-1 A V-1 m-1 Elektrischer Widerstand:92,8 nΩ × m bei 20 °C Dichte:0,534 g cm-3 bei 20°C
0,512 g cm-3 (flüssig, am Schmelzpunkt)
Elastizitätsmodul:4,91 GPa, β-Li (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):11,6 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,0862 GPa-1 300 K Kritischer Punkt:3220 K, 67 MPa Kristallstruktur:Kubisch-raumzentriert - bcc Gitterkonstanten:a = 351 pm, Z = 2 Raumgruppe:lm3m - Nr. 229 Härte:nach Mohs: 0,6 Magnetismus:paramagnetisch Magnetische Suszeptibilität:1,5 × 10-5 cm3 mol-1 Schallgeschwindigkeit:6000 m s-1 bei Raumtemperatur

 

 

Gefahren und Sicherheit


Gefahr

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

Lithium ist entflammbar und bei Einwirkung von Luft und insbesondere von Wasser entflammbar und potentiell explosiv, wenn auch deutlich weniger als die anderen Alkalimetalle. Wie bei allen anderen Alkalimetallen auch sind Lithiumbrände schwer zu löschen; es ist ein spezielles Trockenlöschmittel erforderlich bzw. bereitzuhalten. Außerdem kann Lithium schwere Hautverätzungen und Augenschäden verursachen.

 

Externe Informationsangebote

Es folgt eine Übersicht mit externen Informationen zur Chemie des Lithiums und speziellen Themen, für deren Inhalte die jeweiligen Seitenbetreiber verantwortlich sind.



Spezielle Teilinformationen

Batterien und Akkus
Chemie der Batterien im Überblick

Ladungsradien
Messung der Ladungsradien der radioaktiven Lithium-Isotope 8Li und 9Li; Dissertation, 2005. Universität Heidelberg

Lithium-Akkumulator
Vorlesungsskript: Elektrochemie. FU Berlin - Format: PDF

Lithium-Batterien
Chemische Grundlagen

Lithium-Ionen-Akkumulatoren
Chemische Grundlagen



Praktikumsskripten, praktische Anleitungen

Interkalation
Praktikumsskript und theoretische Grundlagen: Interkalation von Lithium in TiSe2 und Charakterisierung des Interkalationsproduktes. Universität Kiel - Format: PDF



Experimente, Versuchsanleitungen

Reaktion von Lithium mit Wasser
Versuchsaufbau - Format: PDF



Gruppenelemente - Informationen

Alkalimetalle
Vorlesungsmaterialien: Chemie der Metalle. Universität Freiburg

Alkalimetalle
Vorlesungsmaterialien: Anorganische Chemie, Chemie der Metalle. Universität Münster - Format: PDF

Alkalimetalle
Vorlesungsmaterialien: Hauptgruppenelemente. ETHZ, Schweiz

Alkalimetalle
Vergleichende Übersicht: chemische und physikalische Eigenschaften. Rutherford Online

Alkalimetalle und Wasserstoff
Kurzbeschreibungen

Demonstrationen: Alkalimetalle
Versuchsanleitungen zur Chemie der Alkalimetalle. Thomas Seilnacht

Vergleichende Chemie der Alkalimetalle
Vortragsskript. Universität Bayreuth

Versuche mit Alkalimetallen
Demonstrationsversuche in anorganischer Chemie; Themenkreis Elementfamilien - Format: PDF



Verbindungsklassen

Chemikalien-Datenbank
Physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbare Stoffe und Verbindunge; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche

Sauerstoffverbindungen der Alkalimetalle
Oxide, Peroxide, Hyperoxide und Ozonide der Alkalimetalle: Herstellung, Struktur, Bedeutung. Universität Bayreuth



Metallorganische Chemie und Reagenzien

Lithiumorganyle
Vorlesungsskript. Universität Marburg - Format: PDF

Organolithium Verbindungen
Herstellung von Organolithiumpräparaten - [e]



Geochemie und Biogeochemie

Lithiumhaltige Minerale
Informationen zum Lithium und Lithiummineralien. Mineralienatlas



Dissertationen

Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien
Elektrochemische Charakterisierung von Elektrolyten und Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien - Entwicklung einer neuen Messmethode für elektrochemische Untersuchungen an Elektroden mit der EQCM. Dissertation, 2010. Universität Regensburg

Molekülstrukturen und Reaktionsverhalten von Lithiumorganylen in chiraler Umgebung
Chirale alpha-substituierte Lithiumorganyle mit den Heteroelementen Schwefel, Silicium und Stickstoff sowie (–)-Spartein-Addukte vielfach eingesetzter Lithiumalkyl-Reagenzien. Dissertation, 2004. Universität Heidelberg

Neue stabile Lithiumsalze
Die Synthese und elektrochemische Charakterisierung von neuen stabilen Lithiumsalzen mit organischen Anionen und Untersuchungen an Polymer-Gelelektrolyten. Dissertation, 2003. Universität Regensburg

Untersuchung der nukleophilen Substitution von Porphyrinen mit lithiumorganischen Reagenzien
Dissertation, 2001. FU Berlin



Newsarchiv

Lithium - Ein Jungbrunnen?
Ernährungswissenschaftler der Universität Jena zeigen, dass das Spurenelement Lithium das Leben verlängert

Lithium-Problem der Sonne
Exoplaneten lösen Lithium-Rätsel der Sonnenchemie

Memory-Effekt bei Lithiumbatterien nachgewiesen
Den in vielen Elektronikgeräten als Energiespeicher eingesetzten Lithiumionen-Batterien eilt der gute Ruf voraus, keinen Memory-Effekt aufzuweisen. Diese Annahme wurde nun widerlegt.

Picolyl-Lithium
Göttinger Chemiker untersuchen spezielle Verbindungen des Lithiums. Die Forschungsarbeiten sind von besonderer Bedeutung für Medikamentensynthese und Katalyse.
Abbildung: Aus dem Kristall auf einem Glasfaden (oben links) wird zunächst die Verknüpfung der Atome bestimmt (oben rechts). Aus der Elektronendichteverteilung (unten) ergibt sich dann die Reaktivität des Moleküls. Der blaue Hintergrund zeigt das Beugungsbild des Röntgenstrahls hervorgerufen vom Kristall. Dies ist die Grundlage des Experiments [Bildquelle: Uni Göttingen].



Hersteller, Bezugsquellen und Produkte

Livent
Lithium und Lithiumverbindungen - [e]

 


Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 04.03.2019.



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