LITHIUM: SEJARAH, STRUKTUR, PROPERTI, RISIKO, DAN PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

The lithium adalah unsur logam yang simbol kimia adalah Li dan nomor atom 3. Ini adalah unsur ketiga dari tabel periodik dan lead kelompok 1 logam alkali. Dari semua logam, ini adalah logam dengan kerapatan terendah dan panas jenis tertinggi. Sangat ringan sehingga bisa mengapung di atas air.

Namanya berasal dari kata Yunani 'lithos' yang berarti batu. Mereka memberi nama ini karena ditemukan tepat sebagai bagian dari beberapa mineral di batuan beku. Selain itu, menunjukkan sifat karakteristik yang mirip dengan logam natrium dan kalsium, yang ditemukan pada abu nabati.

Bagian litium logam dilapisi dengan lapisan nitrida yang disimpan dalam argon. Sumber: Gambar Elemen Kimia Resolusi Tinggi

Ia memiliki satu elektron valensi, kehilangannya menjadi kation Li ⁺ di sebagian besar reaksinya; atau dengan membaginya dalam ikatan kovalen dengan karbon, Li-C dalam senyawa organolitium (seperti alkil litium).

Penampilannya, seperti banyak logam lainnya, adalah padatan keperakan yang dapat berubah menjadi abu-abu jika terkena kelembapan. Ia dapat menunjukkan lapisan kehitaman (gambar atas), ketika bereaksi dengan nitrogen di udara untuk membentuk nitrida.

Secara kimiawi ia identik dengan penyusunnya (Na, K, Rb, Cs, Fr), tetapi kurang reaktif karena elektron tunggalnya mengalami gaya tarik yang jauh lebih besar karena lebih dekat dengannya, serta karena efek penyaringan yang buruk dari keduanya. elektron internal. Pada gilirannya, ia bereaksi seperti magnesium karena efek bias.

Di laboratorium, garam litium dapat diidentifikasi dengan memanaskannya di korek api; kemunculan api merah yang intens akan memastikan keberadaannya. Bahkan, ini sering digunakan di lab pengajaran untuk operasi analitik.

Aplikasinya bervariasi dari yang digunakan sebagai aditif untuk keramik, kaca, paduan atau campuran pengecoran, hingga sebagai media pendingin dan desain baterai yang sangat efisien dan kecil; meski mudah meledak, mengingat sifat reaktif lithium. Ini adalah logam dengan kecenderungan terbesar untuk teroksidasi dan, oleh karena itu, yang paling mudah melepaskan elektronnya.

Sejarah

Penemuan

Kemunculan pertama litium di alam semesta dimulai beberapa menit setelah Big Bang, ketika inti hidrogen dan helium menyatu. Namun, manusia membutuhkan waktu untuk mengidentifikasinya sebagai unsur kimiawi.

Pada tahun 1800, ketika ilmuwan Brasil José Bonifácio de Andrada e Silva menemukan mineral spodumene dan kelopakit di pulau Utö, Swedia. Dengan ini, dia telah menemukan sumber litium resmi pertama, tetapi masih belum ada yang diketahui tentang dia.

Pada tahun 1817, ahli kimia Swedia Johan August Arfwedson berhasil mengisolasi dari dua mineral ini garam sulfat yang mengandung unsur selain kalsium atau natrium. Pada saat itu, August Johan bekerja di laboratorium kimiawan Swedia terkenal Jöns Jacob Berzelius.

Berzelius-lah yang menyebut elemen baru ini, produk dari pengamatan dan eksperimennya, 'lithos', yang berarti batu dalam bahasa Yunani. Dengan demikian, litium akhirnya dapat dikenali sebagai unsur baru, tetapi tetap perlu untuk mengisolasinya.

Isolasi

Setahun kemudian, pada tahun 1821, William Thomas Brande dan Sir Humphry Davy berhasil mengisolasi litium sebagai logam dengan mengaplikasikan elektrolisis pada litium oksida. Meski dalam jumlah yang sangat sedikit, mereka cukup untuk mengamati reaktivitasnya.

Pada tahun 1854, Robert Wilhelm Bunsen dan Augustus Matthiessen mampu menghasilkan logam litium dalam jumlah yang lebih besar dari elektrolisis litium klorida. Dari sini produksi dan perdagangannya telah dimulai, dan permintaan akan tumbuh seiring penerapan teknologi baru ditemukan sebagai hasil dari sifatnya yang unik.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Struktur kristal litium logam adalah kubik berpusat tubuh (bcc). Dari semua struktur kubik kompak, ini adalah yang paling padat dan konsisten dengan karakteristiknya sebagai logam yang paling ringan dan paling padat dari semuanya.

Di dalamnya, atom Li dikelilingi oleh delapan tetangga; yaitu, Li berada di tengah kubus, dengan empat Li di atas dan bawah di sudut. Fase bcc ini juga disebut α-Li (meskipun nama ini tampaknya tidak terlalu luas).

Tahapan

Seperti sebagian besar logam atau senyawa padat, mereka dapat mengalami transisi fase saat mengalami perubahan suhu atau tekanan; selama mereka tidak didirikan. Jadi, litium mengkristal dengan struktur rombohedral pada suhu yang sangat rendah (4,2 K). Atom Li hampir membeku dan kurang bergetar pada posisinya.

Ketika tekanan dinaikkan, ia memperoleh struktur heksagonal yang lebih kompak; dan dengan meningkatkan lebih banyak lagi, litium mengalami transisi lain yang belum sepenuhnya dicirikan oleh difraksi sinar-X.

Oleh karena itu, sifat-sifat "litium terkompresi" ini masih dalam penelitian. Demikian juga, belum dipahami bagaimana tiga elektronnya, salah satunya adalah valensi, mengganggu perilakunya sebagai semikonduktor atau logam pada kondisi tekanan tinggi ini.

Tiga elektron, bukan satu

Tampaknya aneh bahwa litium pada saat ini tetap menjadi "buku buram" bagi mereka yang terlibat dalam analisis kristalografi.

Ini karena, meskipun konfigurasi elektroniknya adalah 2s ¹ , dengan sedikit elektron, ia hampir tidak dapat berinteraksi dengan radiasi yang diterapkan untuk menjelaskan kristal metalik.

Lebih lanjut, diteorikan bahwa orbital 1s dan 2s tumpang tindih pada tekanan tinggi. Artinya, baik elektron internal (1s ² ) dan elektron valensi (2s ¹ ) mengatur sifat elektronik dan optik litium dalam fase super kompak ini.

Bilangan oksidasi

Dikatakan bahwa konfigurasi elektron litium adalah 2s ¹ , ia dapat kehilangan satu elektron; dua lainnya, dari orbital dalam 1s ² , membutuhkan banyak energi untuk dilepaskan.

Oleh karena itu, litium berpartisipasi dalam hampir semua senyawanya (anorganik atau organik) dengan bilangan oksidasi +1. Ini berarti bahwa dalam ikatannya, Li-E, di mana E menjadi unsur apapun, keberadaan kation Li ⁺ diasumsikan (apakah ikatan ini ionik atau kovalen).

Bilangan oksidasi -1 tidak mungkin terjadi pada litium, karena ia harus mengikat suatu unsur yang jauh lebih elektronegatif daripada itu; fakta bahwa dengan sendirinya sulit menjadi logam ini sangat elektropositif.

Bilangan oksidasi negatif ini akan mewakili konfigurasi elektronik 2s ² (untuk mendapatkan satu elektron), dan juga akan menjadi isoelektronik untuk berilium. Sekarang keberadaan Li ^- anion akan diasumsikan , dan garamnya berasal akan disebut lithuros.

Karena potensi oksidasi yang besar, senyawanya sebagian besar mengandung kation Li ⁺ , yang karena sangat kecil, dapat memberikan efek polarisasi pada anion besar untuk membentuk ikatan kovalen Li-E.

Properti

Api merah senyawa litium. Sumber: Antti T.Nissinen (https://www.flickr.com/photos/veisto/2128261964)

Penampilan fisik

Logam berwarna putih keperakan dengan tekstur halus, yang permukaannya berubah keabu-abuan saat teroksidasi atau menjadi gelap saat bereaksi langsung dengan nitrogen di udara untuk membentuk nitrida yang sesuai. Sangat ringan sehingga bisa mengapung di air atau minyak.

Sangat halus sehingga dapat diiris dengan pisau, atau bahkan dengan kuku jari Anda, yang sama sekali tidak disarankan.

Masa molar

6,941 g / mol.

Titik lebur

180,50 ° C.

Titik didih

1330 ° C.

Massa jenis

0,534 g / mL pada 25 ° C.

Kelarutan

Ya, ia mengapung di air, tetapi ia segera bereaksi dengannya. Ini larut dalam amonia, di mana ketika melarutkan elektronnya terlarut untuk menghasilkan warna biru.

Tekanan uap

0,818 mm Hg pada 727 ° C; Artinya, bahkan pada suhu tinggi, atom-atomnya hampir tidak dapat lepas ke fase gas.

Elektronegativitas

0,98 pada skala Pauling.

Energi ionisasi

Pertama: 520,2 kJ / mol

Kedua: 7298,1 kJ / mol

Ketiga: 11815 kJ / mol

Nilai ini sesuai dengan energi yang diperlukan untuk memperoleh ion gas Li ⁺ , Li ²⁺ dan Li ³⁺ .

Suhu nyala otomatis

179 ° C.

Tegangan permukaan

398 mN / m pada titik lelehnya.

Viskositas

Dalam keadaan cair itu kurang kental dari air.

Panas fusi

3,00 kJ / mol.

Panas penguapan

136 kJ / mol.

Kapasitas panas molar

24.860 J / mol · K. Nilai ini luar biasa tinggi; yang tertinggi dari semua elemen.

Kekerasan Mohs

0.6

Isotop

Di alam, litium terbentuk dalam dua isotop: ⁶ Li dan ⁷ Li. Massa atom 6.941 u sendiri menunjukkan yang mana dari keduanya yang paling melimpah: ⁷ Li. Yang terakhir membentuk sekitar 92,4% dari semua atom litium; sedangkan ⁶ Li, sekitar 7,6% diantaranya.

Pada makhluk hidup, organisme lebih memilih ⁷ Li daripada ⁶ Li; Namun, dalam matriks mineralogi, isotop ⁶ Li lebih diterima dan, oleh karena itu, persentase kelimpahannya meningkat di atas 7,6%.

Reaktivitas

Meskipun kurang reaktif dibandingkan logam alkali lainnya, logam ini tetap merupakan logam yang cukup aktif, sehingga tidak dapat terpapar ke atmosfer tanpa mengalami oksidasi. Bergantung pada kondisi (suhu dan tekanan), ia bereaksi dengan semua elemen gas: hidrogen, klorin, oksigen, nitrogen; dan dengan zat padat seperti fosfor dan belerang.

Tata nama

Tidak ada nama lain untuk logam litium. Mengenai senyawanya, sebagian besar diberi nama menurut nomenklatur sistematik, tradisional atau stok. Bilangan oksidasi +1 praktis tidak berubah, jadi dalam nomenklatur saham (I) tidak ditulis di akhir nama.

Contoh

Misalnya, perhatikan senyawa Li ₂ O dan Li ₃ N.

Li ₂ O menerima nama-nama berikut:

- Lithium oksida, menurut nomenklatur saham

- Oksida litik, menurut nomenklatur tradisional

- Dilithium monoxide, menurut nomenklatur sistematis

Sedangkan Li ₃ N disebut:

- Litium nitrida, nomenklatur saham

- Lithic nitride, nomenklatur tradisional

- Trilithium mononitride, nomenklatur sistematis

Peran biologis

Sejauh mana lithium mungkin atau mungkin tidak penting untuk organisme tidak diketahui. Demikian pula, mekanisme yang dapat dimetabolisme tidak pasti dan masih dipelajari.

Oleh karena itu, tidak diketahui apa efek positif dari diet yang "kaya" akan litium; meskipun dapat ditemukan di semua jaringan tubuh; terutama di ginjal.

Pengatur kadar seratonin

Efek farmakologis garam litium tertentu pada tubuh diketahui, terutama pada otak atau sistem saraf. Misalnya, mengatur kadar serotonin, molekul yang bertanggung jawab atas aspek kimiawi kebahagiaan. Meskipun demikian, tidak jarang berpikir bahwa hal itu mengubah atau mengubah suasana hati pasien yang mengonsumsinya.

Namun, mereka menyarankan untuk tidak mengonsumsi lithium bersama dengan obat-obatan yang melawan depresi, karena ada risiko peningkatan serotonin terlalu banyak.

Ini tidak hanya membantu melawan depresi, tetapi juga gangguan bipolar dan skizofrenia, serta kemungkinan gangguan neurologis lainnya.

Kekurangan

Melalui spekulasi, individu dengan pola makan yang rendah lithium diduga lebih rentan terhadap depresi atau bunuh diri atau pembunuhan. Namun, secara formal efek dari kekurangannya masih belum diketahui.

Di mana menemukan dan produksi

Litium tidak dapat ditemukan di kerak bumi, apalagi di laut atau atmosfer, dalam keadaan murni, sebagai logam putih berkilau. Sebaliknya, ia telah mengalami transformasi selama jutaan tahun yang telah menempatkannya sebagai ion Li ⁺ (terutama) dalam mineral dan kelompok batuan tertentu.

Diperkirakan konsentrasinya di kerak bumi berkisar antara 20 dan 70 ppm (part per million), yang setara dengan sekitar 0,0004% darinya. Sedangkan di perairan laut, konsentrasinya berada pada urutan 0,14 dan 0,25 ppm; artinya, litium lebih melimpah di bebatuan dan mineral daripada di air asin atau dasar laut.

Mineral

Kuarsa spodumene, salah satu sumber alami litium. Sumber: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Mineral tempat logam ini ditemukan adalah sebagai berikut:

- Spodumene, LiAl (SiO ₃ ) ₂

- Petalite, LiAlSi ₄ O ₁₀

- Lepidolit, K (Li, Al, Rb) ₂ (Al, Si) ₄ O ₁₀ (F, OH) ₂

Ketiga mineral ini memiliki kesamaan yaitu lithium aluminosilicates. Ada mineral lain di mana logam juga dapat diekstraksi, seperti ambligonit, elbaite, tripillite, eucriptite, atau lempung hectorite. Namun, spodumene adalah mineral yang menghasilkan litium terbesar. Mineral tersebut membentuk beberapa batuan beku seperti granit atau pegmatit.

Perairan laut

Sehubungan dengan laut, ia diekstraksi dari air garam masing-masing sebagai litium klorida, hidroksida atau karbonat, LiCl, LiOH dan Li ₂ CO ₃ . Dengan cara yang sama dapat diperoleh dari danau atau laguna, atau di deposit air garam yang berbeda.

Secara keseluruhan, lithium menempati urutan ke-25 dalam kelimpahan unsur-unsur di Bumi, yang berkorelasi baik dengan konsentrasinya yang rendah di darat dan air, dan oleh karena itu dianggap sebagai unsur yang relatif langka.

Bintang

Litium ditemukan pada bintang muda dalam jumlah yang lebih banyak daripada bintang yang lebih tua.

Untuk memperoleh atau memproduksi logam ini dalam keadaan murni, ada dua pilihan (mengabaikan aspek ekonomi atau profitabilitas): mengekstraknya melalui tindakan penambangan atau mengumpulkannya di air asin. Yang terakhir adalah sumber utama dalam produksi litium logam.

Produksi litium logam dengan elektrolisis

Dari air garam diperoleh campuran cair LiCl, yang kemudian dapat dilakukan elektrolisis untuk memisahkan garam menjadi komponen unsurnya:

LiCl (l) → Li (s) + 1/2 Cl ₂ (g)

Sedangkan mineral dicerna dalam media asam untuk mendapatkan ion Li ⁺ setelah proses pemisahan dan pemurnian.

Chili diposisikan sebagai penghasil litium terbesar di dunia, diperoleh dari dataran garam Atacama. Di benua yang sama, Argentina mengikuti, negara yang mengekstrak LiCl dari Salar del Hombre Muerto dan, akhirnya, Bolivia. Namun, Australia adalah penghasil lithium terbesar melalui eksploitasi spodumene.

Reaksi

Reaksi litium yang paling terkenal adalah yang terjadi saat bersentuhan dengan air:

2Li (s) + 2H ₂ O (l) → 2LiOH (aq) + H ₂ (g)

LiOH adalah litium hidroksida dan, seperti dapat dilihat, LiOH menghasilkan gas hidrogen.

Bereaksi dengan gas oksigen dan nitrogen untuk membentuk produk berikut:

4Li (s) + O ₂ (g) → 2Li ₂ O (s)

2Li (s) + O ₂ (g) → 2Li ₂ O ₂ (s)

Li ₂ O adalah litium oksida, yang cenderung terbentuk di atas Li ₂ O ₂ , peroksida.

6Li (s) + N ₂ (g) → 2Li ₃ N (s)

Litium adalah satu-satunya logam alkali yang mampu bereaksi dengan nitrogen dan menyebabkan nitrida ini. Dalam semua senyawa ini, keberadaan kation Li ⁺ dapat diasumsikan, berpartisipasi dalam ikatan ion dengan karakter kovalen (atau sebaliknya).

Ia juga dapat bereaksi secara langsung dan kuat dengan halogen:

2Li (s) + F ₂ (g) → LiF (s)

Juga bereaksi dengan asam:

2Li (s) + 2HCl (conc) → 2LiCl (aq) + H ₂ (g)

3Li (s) + 4HNO ₃ (encer) → 3LiNO ₃ (aq) + NO (g) + 2H ₂ O (l)

Senyawa LiF, LiCl dan LiNO ₃ masing-masing adalah litium fluorida, klorida dan nitrat.

Dan mengenai senyawa organiknya, yang paling terkenal adalah litium butil:

2 Li + C ₄ H ₉ X → C ₄ H ₉ Li + LiX

Dimana X adalah atom halogen dan C ₄ H ₉ X adalah alkil halida.

Resiko

Logam murni

Lithium bereaksi keras dengan air dan dapat bereaksi dengan kelembapan pada kulit. Itu sebabnya jika seseorang menanganinya dengan tangan kosong akan menderita luka bakar. Dan jika berbentuk butiran atau bubuk, ia terbakar pada suhu kamar, sehingga menimbulkan bahaya kebakaran.

Sarung tangan dan kacamata pengaman harus digunakan untuk menangani logam ini, karena kontak minimal dengan mata dapat menyebabkan iritasi parah.

Jika terhirup, efeknya bisa lebih buruk, membakar saluran udara dan menyebabkan edema paru karena pembentukan internal LiOH, zat kaustik.

Logam ini harus disimpan di dalam minyak, atau di atmosfer kering dan lebih lembam daripada nitrogen; misalnya di argon, seperti yang ditunjukkan pada gambar pertama.

Senyawa

Senyawa yang berasal dari litium, terutama garamnya, seperti karbonat atau sitrat, jauh lebih aman. Bahwa selama orang yang menelannya menghormati indikasi yang ditentukan oleh dokter mereka.

Beberapa dari banyak efek yang tidak diinginkan yang dapat ditimbulkan pada pasien adalah: diare, mual, kelelahan, pusing, pusing, gemetar, buang air kecil berlebihan, haus dan penambahan berat badan.

Efeknya bisa lebih serius pada wanita hamil, mempengaruhi kesehatan janin, atau meningkatkan cacat lahir. Demikian pula, asupannya tidak dianjurkan pada ibu menyusui, karena litium dapat berpindah dari ASI ke bayi, dan dari situ berkembang semua jenis anomali atau efek negatif.

Aplikasi

Kegunaan paling terkenal untuk logam ini pada tingkat populer berada di bidang pengobatan. Namun, ini memiliki aplikasi di bidang lain, terutama dalam penyimpanan energi melalui penggunaan baterai.

Metalurgi

Garam litium, khususnya Li ₂ CO ₃ , berfungsi sebagai aditif dalam proses pengecoran untuk berbagai tujuan:

-Degass

-Desulfurisasi

-Mengubah butiran logam non-besi

-Meningkatkan fluiditas terak cetakan pengecoran

-Mengurangi suhu leleh dalam coran aluminium berkat panas jenisnya yang tinggi.

Organologam

Senyawa alkil litium digunakan untuk mengalkilat (menambahkan rantai samping R) atau struktur molekul aril (menambahkan gugus aromatik). Mereka menonjol karena kelarutannya yang baik dalam pelarut organik dan karena tidak terlalu reaktif dalam media reaksi; oleh karena itu, ini berfungsi sebagai reagen atau katalis untuk beberapa sintesis organik.

Pelumas

Lithium stearate (produk reaksi antara gemuk dan LiOH) ditambahkan ke minyak untuk membuat campuran pelumas.

Pelumas lithium ini tahan terhadap suhu tinggi, tidak mengeras saat didinginkan, dan tidak tahan terhadap oksigen dan air. Oleh karena itu, ia menemukan penggunaan dalam aplikasi militer, dirgantara, industri, otomotif, dll.

Aditif keramik dan kaca

Gelas atau keramik yang diolah dengan Li ₂ O memperoleh viskositas yang lebih rendah saat meleleh dan ketahanan yang lebih besar terhadap pemuaian termal. Misalnya, peralatan dapur terbuat dari bahan-bahan ini dan kaca Pyrex juga memiliki senyawa ini dalam komposisinya.

Paduan

Karena ia adalah logam yang ringan, demikian pula paduannya; di antaranya, aluminium-litium. Ketika ditambahkan sebagai aditif, tidak hanya memberi bobot lebih sedikit, tetapi juga ketahanan yang lebih besar terhadap suhu tinggi.

Pendingin

Panas jenisnya yang tinggi membuatnya ideal untuk digunakan sebagai zat pendingin dalam proses di mana banyak panas dilepaskan; misalnya, di reaktor nuklir. Hal ini karena "membutuhkan" biaya untuk menaikkan suhunya, dan karena itu mencegah panas menyebar dengan mudah ke luar.

Baterai

Dan penggunaan yang paling menjanjikan dari semuanya ada di pasar untuk baterai lithium-ion. Ini memanfaatkan kemudahan lithium dioksidasi menjadi Li ⁺ untuk menggunakan elektron yang dilepaskan dan mengaktifkan sirkuit eksternal. Jadi, elektroda terbuat dari litium logam, atau dari paduannya, di mana Li ⁺ dapat berinterkalasi dan bergerak melalui bahan elektrolitik.

Sebagai rasa ingin tahu terakhir, grup musik Evanescense, mendedikasikan sebuah lagu dengan judul "Lithium" untuk mineral ini.

Referensi

1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
2. Laboratorium Nasional Lawrence Livermore. (23 Juni 2017). Mengintip struktur kristal litium. Diperoleh dari: phys.org
3. F. Degtyareva. (sf). Struktur kompleks litium padat: asal elektronik. Institut Fisika Solid State Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, Chernogolovka, Rusia.
4. Advameg, Inc. (2019). Litium. Diperoleh dari: chemistryexplained.com
5. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. (2019). Litium. Database PubChem. CID = 3028194. Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Eric Eason. (30 November 2010). Pasokan Lithium Dunia. Diperoleh dari: large.stanford.edu
7. Wietelmann, U., & Klett, J. (2018). 200 Tahun Litium dan 100 Tahun Kimia Organolithium. Zeitschrift fur anorganische und allgemeine Chemie, 644 (4), 194–204. doi: 10.1002 / zaac.201700394