Lithium

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Einleitung

Lithium (von griechisch lithos: Stein), Symbol Li, chemisch reaktionsfreudiges, metallisches Element mit der Ordnungszahl 3, das zusammen mit Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium in der ersten Hauptgruppe des Periodensystems steht. Lithium gehört zu den Alkalimetallen.

Lithium wurde 1817 von dem schwedischen Chemiker Johann A. Arfvedson in dem Mineral Petalit (LiAl[Si₂O₅]₂) entdeckt. 1818 gelang es dem britischen Chemiker Humphry Davy, das Metall durch Elektrolyse von geschmolzenem Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) erstmals in reiner Form darzustellen.

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Vorkommen und Eigenschaften

Natürliches Lithium besteht aus den Isotopen Lithium-7 (92,5 Prozent) und Lithium-6 (7,5 Prozent), daneben sind noch einige künstliche, zum Teil extrem kurzlebige Radioisotope des Elements bekannt. Lithium steht in der Rangliste der Elemente in der Erdkruste an 31. Stelle und ist in der Natur in zahlreichen silicatischen Gesteinen zu finden, vor allem als Begleiter von Natrium und Kalium. Neben dem bereits genannten Petalit sind Spodumen (LiAl[SiO₃]₂) und Lepidolith ((K,Li){Al₂(OH,F)₂[AlSi₃O₁₀]}) Beispiele für lithiumhaltige Silicate. Ferner kommt Lithium auch in anderen Mineralien, etwa in Phosphaten oder Fluoriden, vor und ist außerdem als Ion (Li⁺) in Mineralquellen, Salzseen und im Meerwasser anzutreffen.

Lithium ist wie Natrium mit dem Messer schneidbar, aber wesentlich härter als Natrium. An feuchter Luft läuft die silbrig weiße Lithiumoberfläche augenblicklich an und korrodiert, in völlig trockener Luft bleibt das Metall jedoch stabil. Bei extrem tiefen Temperaturen (-273 °C) und Normaldruck (1 013 hPa) zeigt Lithium supraleitende Eigenschaften. Der Schmelzpunkt liegt bei etwa 181 °C, der Siedepunkt bei 1 347 °C und die Atommasse bei 6,941 u. Lithium ist das leichteste Metall: Mit 0,534 Gramm pro Kubikzentimeter hat es die geringste Dichte aller Metalle.

Lithium zählt zu den elektropositivsten Elementen des Periodensystems und ist ein starkes Reduktionsmittel. Es verbrennt in trockener Luft zu Lithiumoxid (Li₂O) und setzt sich mit Wasserstoff zu Lithiumhydrid (LiH) um. Mit Wasser reagiert Lithium ähnlich, aber vergleichsweise weniger heftig wie Natrium oder Kalium zum Hydroxid (LiOH):

2Li + 2H2O → 2LiOH + H2.

Mit Halogenen setzt sich Lithium in heftiger Reaktion zu den entsprechenden Halogeniden um (z. B. LiF, LiCl).

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Schrägbeziehung zu Magnesium

Lithium ähnelt in einigen chemischen Eigenschaften eher dem Magnesium als dem aus der gleichen Elementgruppe stammenden Natrium. Magnesium steht in der zweiten Periode der nächsthöheren Elementgruppe (Erdalkalimetalle), also im Periodensystem schräg unter Lithium, weshalb man hier auch von einer Schrägbeziehung spricht. Schrägbeziehungen sind auch bei anderen Elementpaaren vorhanden, etwa bei Beryllium und Aluminium oder Bor und Silicium. Im Fall des Paares Lithium-Magnesium existieren u. a. folgende Ähnlichkeiten:

• Lithium und Magnesium bilden bei der Verbrennung an der Luft jeweils ein Oxid (Li₂O bzw. MgO), Natrium dagegen ein Peroxid (Na₂O₂).
• Bei der Umsetzung mit Stickstoff bilden Lithium und Magnesium Nitride (Li₃N bzw. Mg₃N₂), was bei Natrium nicht der Fall ist.
• Lithiumsalze, wie z. B. ihre Carbonate und Phosphate, ähneln sich in ihrem Löslichkeitsverhalten in Wasser eher den entsprechenden Salzen des Magnesiums als denen des Natriums: Li₂CO₃ und Li₃PO₄ sind wie MgCO₃ und Mg₃(PO₄)₂ in Wasser schwer löslich, während sich Na₂CO₃ und Na₃PO₄ leicht in Wasser lösen.

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Verbindungen

Weil Lithium nur ein Außenelektron besitzt, tritt es in seinen Verbindungen nahezu immer in der Oxidationsstufe +1 auf. Beispiele sind Lithiumchlorid (LiCl), Lithiumcarbonat (Li₂CO₃), Lithiumnitrat (LiNO₃) und Lithiumsulfat (Li₂SO₄). Die meisten Lithiumverbindungen sind zumindest in reinem Zustand farblos oder weiß, einige verfärben sich jedoch durch Verunreinigungen wie z. B. Lithiumsulfid (Li₂S), das sich an feuchter Luft zersetzt und gelb wird.

Lithium bildet eine Vielzahl von Komplexverbindungen (siehe Koordinationschemie), wobei die wichtigsten Koordinationszahlen vier (für tetraedrische Komplexe) und sechs (für oktaedrische Komplexe) sind. Ähnlich wie von Magnesium existieren auch von Lithium verschiedene metallorganische Verbindungen wie z. B. n-Butyllithium (C₄H₉Li) oder Phenyllithium (C₆H₅Li).