Litio
Il litio è un metallo appartenente al 1° Gruppo ovvero al Gruppo dei metalli alcalini; il suo nome deriva dal greco λίθος che significa pietra; ha numero atomico 3 e configurazione elettronica 1s2,2s1.
Esso è il metallo più leggero ed è l’elemento solido che ha minore densità ed ha il punto di fusione più alto tra i metalli alcalini.
Il litio è un metallo soffice, di colore argenteo, altamente reattivo e infiammabile e viene conservato in oli minerali per evitare il contatto con l’aria e, a causa della sua alta reattività non è rinvenuto in natura come tale ma si trova in minerali come spodumene LiAl(SO3)2, trifilite (Li, Na)2PO4 (Fe, Mn)3(PO4)2, petalite LiAl(Si2O5)4, lepidolite KLi2Al(Si4O10)(F,OH)2 e ambiglonite (Li,Na)Al(PO4)(F,OH).
Come gli altri metalli alcalini non può essere estratto dai minerali con i metodi di estrazione usuali in quanto, essendo i metalli alcalini agenti fortemente riducenti, non possono essere estratti per riduzione dai rispettivi ossidi o cloruri ed inoltre non possono essere isolati per elettrolisi di soluzioni acquose dei loro sali in quanto al catodo si libera H2 e non il metallo in quanto il loro potenziale normale di riduzione è negativo.
Il litio può quindi essere ottenuto dall’elettrolisi di sali fusi, abitualmente cloruri.
È l’unico tra i metalli alcalini che si combina direttamente con l’azoto per dare il nitruro di litio composto ionico di colore rosso; per riscaldamento il nitruro si decompone nei suoi elementi secondo la reazione:
2Li3N → 6Li + N2
Il nitruro di litio reagisce a caldo con l’acqua per dare idrossido di litio e ammoniaca secondo la reazione:
Li3N + 3H2O → 3LiOH + NH3
Proprietà
Le proprietà del litio differiscono da quelle degli altri metalli alcalini e, per la relazione diagonale con il magnesio, condivide con quest’ultimo molte proprietà. Per relazione diagonale si intende la somiglianza di un elemento con il secondo elemento del gruppo successivo pertanto il litio ha proprietà simili al magnesio così come il berillio ha proprietà simili all’alluminio.
La relazione diagonale è dovuta alla somiglianza nel rapporto carica/raggio dei due elementi: il raggio atomico del litio è infatti pari a 152 pm mentre quello del magnesio è di 160 pm; il raggio ionico del litio è di 76 pm e quello del magnesio è di 72 pm.
Reazioni
Sia il litio che il magnesio reagiscono lentamente con l’acqua e i loro ossidi e idrossidi sono poco solubili; formano entrambi nitruri per diretta combinazione con l’idrogeno. Gli ossidi Li2O e MgO non si combinano con un eccesso di ossigeno per dare superossidi; i loro carbonati Li2CO3 e MgCO3 si decompongono facilmente secondo la reazione:
Li2CO3 → Li2O + CO2
MgCO3 →MgO + CO2
Gli idrossidi e i nitrati di litio e magnesio si decompongono per riscaldamento:
2 LiOH → Li2O + H2O
Mg(OH)2 → MgO + H2O
4 LiNO3 → 2 Li2O + 4 NO2 + O2
2 Mg(NO3)2 → 2 Mg + 4 NO2 + O2
Si tenga presente che, mentre la decomposizione del nitrato di litio dà luogo alla formazione dell’ossido la decomposizione degli altri metalli alcalini dà luogo alla formazione di nitriti come, ad esempio, nel caso di KNO3:
2 KNO3 → 2 KNO2 + O2
Sia il cloruro di litio LiCl che quello di magnesio MgCl2 sono solubili in solventi organici, sono deliquescenti e cristallizzano come sali idrati LiCl· 2 H2O, MgCl2· 8 H2O.
Il comportamento anomalo del litio è dovuto alle dimensioni particolarmente piccole dell’atomo e dello ione Li+ nonché all’alto potere polarizzante che ha, come conseguenza, un incremento del carattere covalente dei composti del litio che sono quindi solubili in solventi organici.
Rispetto agli altri metalli alcalini il litio presenta un punto di fusione e di ebollizione maggiore, e nonostante sia il meno reattivo è quello che è il più forte agente riducente.
Usi
L’ossido di litio è usato in qualità di fondente nella fabbricazione del vetro: esso, infatti, unito alla silice è in grado di ridurre il punto di fusione e la viscosità del materiale.
A causa del suo basso potenziale di riduzione il litio è un metallo usato nelle batterie al litio; nei primi anni ’90 entrarono sul mercato le batterie al Nichel metallo idruro NiMH e al litio ione Li-ion . Queste ultime hanno soppiantato le altre essendo caratterizzate da una maggior durata e potendo essere contenute in piccoli involucri.
Questa batteria utilizza soluzioni non acquose a base di carbonato di propilene, carbonato di etilene, dimetilsolfossido ecc. in cui vengono disciolti sali di litio (LiClO4, LiAsF6,LiBF4) cui vengono aggiunti altri composti organici come il tetraidrofurano per aumentare la conducibilità elettrica.
In tali batterie è assente il famoso effetto memoria tipico delle batterie al nichel-cadmio e al nichel metallo idruro ed inoltre la perdita di carica nel caso non siano utilizzate è molto lenta.
L’idrossido di litio riscaldato insieme ad un grasso, produce un sapone di stearato di litio. Esso è impiegato come addensante per oli e come lubrificante generico ad alte temperature.
Allo stato metallico promuove la fusione dei metalli durante il processo di saldatura ed elimina la formazione di ossidi assorbendo le impurità.
I composti litio-organici sono usati nell’ambito dell’industria dei polimeri quali iniziatori e catalizzatori