Li
Liti
| Khối lượng mol: | 6.94 g/mol |
| Phân tử khối: | 6.94 |
| Số CAS: | 7439-93-2 |
| Trạng thái: | Trạng thái rắn ở điều kiện thường, cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối (bcc). Là kim loại nhẹ nhất và có khối lượng riêng nhỏ nhất trong các chất rắn. |
| Màu sắc: | Màu trắng bạc, bề mặt mới cắt có ánh kim sáng nhưng nhanh chóng bị xỉn mờ xám tối trong không khí ẩm do tạo lớp oxit và cacbonat. |
| Tính tan: | Không tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực. Phản ứng hóa học mãnh liệt với nước và các dung môi có chứa hydro linh động (như alcohol, axit) để giải phóng khí hydro, do đó không tồn tại dạng hòa tan thông thường mà bị biến đổi hóa học. |
| Độ tan: | Không áp dụng (phản ứng hóa học phân hủy nước ở mọi nhiệt độ: 2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂). |
| Độ pH: | Không áp dụng với kim loại nguyên chất. Dung dịch sản phẩm phản ứng (LiOH) có tính kiềm mạnh, pH xấp xỉ 12 - 14 tùy nồng độ. |
| Oxi hóa - Khử: | Liti có tính khử cực kỳ mạnh (số oxi hóa đặc trưng là 0, chuyển lên +1 sau phản ứng). Xu hướng chủ đạo là nhường 1 electron lớp ngoài cùng: Li → Li⁺ + 1e. Đây là chất khử mạnh nhất trong dãy thế điện cực chuẩn ở trạng thái dung dịch nhờ năng lượng hydrat hóa cực lớn của ion Li⁺. |
| Nhiệt độ sôi: | 1342°C |
| Nhiệt nóng chảy: | 180.5°C |
| Tỷ trọng: | 0.534 g/cm³ |
Máy tính nhanh
* Tự động tính dựa trên 6.94 g/mol
Bản chất vi mô
Cấu hình e: 1s² 2s¹ (hoặc [He] 2s¹). Vị trí: Ô số 3, Chu kỳ 2, Nhóm IA trong Bảng tuần hoàn.
Bẫy thi cử (Cần nhớ)
Bẫy 1: Khối lượng riêng của Liti. Học sinh hay nhầm liti chìm trong dầu hỏa giống natri và kali. Thực tế, liti có khối lượng riêng rất nhỏ (0.534 g/cm³) nên nó nổi trên dầu hỏa. Để bảo quản, người ta phải bọc kín trong màng paraffin hoặc ngâm trong mỡ chuyên dụng nén chặt.
Bẫy 2: Phản ứng với Nitơ. Đa số học sinh nghĩ kim loại kiềm chỉ phản ứng với N₂ ở nhiệt độ rất cao. Tuy nhiên, Liti là kim loại duy nhất phản ứng với khí N₂ ngay ở nhiệt độ thường tạo thành Li₃N.
Bẫy 3: Sản phẩm cháy trong oxi. Không giống như Na tạo Na₂O₂, K tạo KO₂, Liti khi cháy trong oxi không khí chỉ tạo ra oxit thường là Li₂O là chủ yếu.
Đặc tính & Ứng dụng
- Sản xuất pin và acquy Lithium-ion: Đây là ứng dụng cốt lõi nhất nhờ thế điện cực chuẩn cực kỳ âm (-3.04 V), giúp pin có mật độ năng lượng cao vượt trội và trọng lượng siêu nhẹ, cung cấp nguồn năng lượng cho điện thoại, laptop và xe điện.
- Hợp kim siêu nhẹ: Hợp kim của liti với nhôm và magie được dùng trong công nghiệp hàng không vũ trụ để giảm khối lượng của vỏ máy bay, tên lửa mà vẫn đảm bảo độ bền cơ học cao.
- Y học tâm thần: Hợp chất Lithium carbonate (Li₂CO₃) được sử dụng làm thuốc điều hòa khí sắc để điều trị chứng rối loạn lưỡng cực.
- Chất bôi trơn chịu nhiệt: Lithium stearate được dùng làm chất làm đặc trong mỡ bôi trơn nhiệt độ cao cho các thiết bị công nghiệp.
Phương pháp điều chế
1. Trong phòng thí nghiệm (PTN): Do tính hoạt động hóa học quá mạnh, liti không được điều chế tự do trong PTN mà được mua sẵn dưới dạng bảo quản nghiêm ngặt trong dầu hỏa hoặc màng bảo vệ polymer.
2. Trong công nghiệp: Điện phân nóng chảy hỗn hợp liti clorua và kali clorua (để giảm nhiệt độ nóng chảy xuống khoảng 450°C).
Phương trình điện phân nóng chảy: 2LiCl → 2Li + Cl₂ (điều kiện: điện phân nóng chảy, xúc tác KCl).
Tính chất Hóa học
Tác dụng với:
- Tác dụng với phi kim (O₂, N₂, Cl₂): 4Li + O₂ → 2Li₂O (t°); 6Li + N₂ → 2Li₃N (ngay nhiệt độ thường); 2Li + Cl₂ → 2LiCl (t°).
- Tác dụng với axit: 2Li + 2HCl → 2LiCl + H₂.
- Tác dụng với nước: 2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂.
- Tác dụng với hydro: 2Li + H₂ → 2LiH (t° cao).
Không phản ứng:
Không phản ứng với các dung dịch kiềm (NaOH, KOH...). Không phản ứng với các hydrocacbon không phân cực (như hexane, dầu hỏa - đây cũng là môi trường dùng để bảo quản liti). Không bị thụ động hóa bởi axit đặc nguội.
Chuỗi chuyển hóa
Li → Li₂O → LiOH → LiCl → Li
Hiện tượng thực tế
Khi cho một mẩu nhỏ liti vào cốc nước có nhỏ vài giọt phenolphthalein, mẩu liti nổi lên trên mặt nước (do khối lượng riêng nhẹ hơn nước), nóng chảy thành viên tròn nhỏ, chạy nhanh trên mặt nước, có tiếng xèo xèo do khí hydro thoát ra mạnh mẽ, và dung dịch dần chuyển sang màu hồng đậm.
Nhận biết & Thuốc thử
Thuốc thử sử dụng
Thử màu ngọn lửa (đốt mẫu thử trên dây bạch kim).
Hiện tượng quan sát
Ngọn lửa có màu đỏ tía (đỏ son) cực kỳ đặc trưng và rực rỡ.
Bài tập vận dụng
Đề bài: Điện phân nóng chảy hoàn toàn m gam muối clorua của một kim loại kiềm R thu được 3.36 lít khí (đktc) ở anot. Toàn bộ lượng kim loại thoát ra ở catot đem hòa tan hoàn toàn vào nước dư, thu được dung dịch X. Để trung hòa dung dịch X cần vừa đủ 150 ml dung dịch HCl 2M. Xác định kim loại R và tính giá trị của m.
Giải chi tiết:
1. Số mol khí Cl₂ thoát ra ở anot: n_Cl₂ = 3.36 / 22.4 = 0.15 mol.
Phương trình điện phân nóng chảy: 2RCl → 2R + Cl₂.
Theo phương trình, số mol R thu được: n_R = 2 * n_Cl₂ = 0.3 mol.
Khối lượng muối điện phân: m_RCl = m.
2. Phản ứng của R với nước: 2R + 2H₂O → 2ROH + H₂.
Số mol ROH tạo ra: n_ROH = n_R = 0.3 mol.
3. Phản ứng trung hòa: ROH + HCl → RCl + H₂O.
Số mol HCl cần dùng: n_HCl = 0.15 * 2 = 0.3 mol.
Nhận thấy n_ROH = n_HCl = 0.3 mol (thỏa mãn hệ số phản ứng).
4. Ta có số mol RCl ban đầu là 0.3 mol.
Theo bảo toàn nguyên tố Cl hoặc R: n_RCl = 0.3 mol.
Mặt khác, khối lượng muối ban đầu m = 0.3 * (M_R + 35.5).
Tuy nhiên, đề bài cần xác định R dựa vào nguyên tử khối:
Vì n_R = 0.3 mol và phản ứng xảy ra hoàn toàn.
Tra bảng tuần hoàn với hóa trị I, ta thấy chỉ có Liti (M = 7) thỏa mãn các tính chất thực tế điện phân muối clorua hiệu quả cao.
Giá trị m = 0.3 * (7 + 35.5) = 12.75 gam. Vậy kim loại R là Liti (Li), m = 12.75g.
Cảnh báo & An toàn
Nguy hiểm: Cực kỳ nguy hiểm. Phản ứng sinh nhiệt mạnh với nước giải phóng khí H₂ dễ cháy nổ. Bụi kim loại liti có thể tự cháy trong không khí ẩm ở nhiệt độ thường. Gây bỏng hóa chất và bỏng nhiệt nghiêm trọng khi tiếp xúc trực tiếp với da.
Độc tính: Ion Li⁺ liều cao gây độc cho hệ thần kinh trung ương, thận và tim mạch. Tiếp xúc với kim loại liti gây bỏng hóa chất sâu do tính kiềm mạnh của LiOH tạo thành với độ ẩm của da. Sơ cứu bằng cách dùng khăn khô lau nhanh kim loại bám trên da, sau đó rửa liên tục bằng nước sạch nhiều lần và trung hòa nhẹ bằng giấm loãng 2%, rồi đưa đến cơ sở y tế.
Thu Thủy
Cử nhân Hóa học Đại học Khoa học Tự nhiên. Có 5 năm kinh nghiệm giảng dạy và số hóa tài liệu giáo dục môn Hóa học.