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
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
| Symbol | OZ | Kurzform | 1s | 2s | 2p |
| Li | 3 | [He] 2s1 | 2 | 1 |
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 eV | 2. IE: | 75,6400 eV | 3. IE: | 122,45429 eV | 4. IE: | eV | 5. IE: | eV | 6. 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.
| K | LI | LII | LIII |
| 1s | 2s | 2p1/2 | 2p3/2 |
| 54,7 |
Weitere Daten
145 pm (empirisch, nach Slater)
133 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
124 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
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.
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
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
Standardpotentiale
Normalpotential des Lithiums:
| E0 (V) | Nox | Name Ox. | Ox. | e- | ⇔ | Red. | Name Red. | Nox |
| -3,0401 | + I | Lithium-Kation | Li + | + e- | ⇔ | Li (s) | Lithium | 0 |
Material- und physikalische Eigenschaften des Lithiums
Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Lithium-Metalls auf.
3,582 J g-1 K-1 (spezifisch)
0,512 g cm-3 (flüssig, am Schmelzpunkt)
138,8 J mol-1 K-1 (gasförmig)
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
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Chemie der Batterien im Überblick
Ladungsradien
Messung der Ladungsradien der radioaktiven Lithium-Isotope 8Li und 9Li; Dissertation, 2005. Universität Heidelberg
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Praktikumsskript und theoretische Grundlagen: Interkalation von Lithium in TiSe2 und Charakterisierung des Interkalationsproduktes. Universität Kiel - Format: PDF
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Vergleichende Übersicht: chemische und physikalische Eigenschaften. Rutherford Online
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Vorlesungsmaterialien: Chemie der Metalle. Universität Freiburg
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Physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbare Stoffe und Verbindunge; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche
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Oxide, Peroxide, Hyperoxide und Ozonide der Alkalimetalle: Herstellung, Struktur, Bedeutung. Universität Bayreuth
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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 20.01.2020.
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