Литий сульфаты: қасиеттері, құрылымы және қолданылуы
Lithium sulfate
Литий сульфаты: қасиеттері, суға ерігіштігі, температураға тәуелділігі. Еріту процесі экзотермиялық, кері ерігіштік көрсетеді. Химиялық формуласы Li2SO4.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Литий сульфаты — Li2SO4 формуласы бар ақ түсті бейорганикалық тұз. Ол күкірт қышқылының литий тұзы болып табылады.
Lithium sulfate is a white inorganic salt with the formula Li2SO4. It is the lithium salt of sulfuric acid.
Физикалық қасиеттері
Литий сульфаты суда ериді, бірақ температураның өсуімен көптеген тұздардың ерігіштігінің артуына тән үрдістен өзгеше. Керісінше, оның судағы ерігіштігі температураның жоғарылауымен төмендейді, себебі оның еріуі экзотермиялық процесс болып табылады. Бұл салыстырмалы түрде ерекше қасиет, сондай-ақ ретроградты ерігіштік деп аталады, кальций гидроксиді (портландит, гидратацияланған цемент пастасының маңызды минералды фазасы), кальций сульфаттары (гипс, бассанит және ангидрит) және лантаноид сульфаттары сияқты аздаған бейорганикалық қосылыстарға тән. Олардың еріту реакциялары да экзотермиялық болып келеді. Ретроградты ерігіштік газдардың суда еріуіне тән, бірақ қатты заттардың еріуіне сирек кездеседі. Кальций карбонаты да ретроградты ерігіштікті көрсетеді, бірақ ол кальций карбонаты тепе-теңдігіндегі еріу мінез-құлқына да байланысты. Литий сульфаты кристалдары пьезоэлектрлік қасиеттеріне ие болғандықтан, ультрадыбыстық сынақтарда қолданылады, өйткені олар дыбысты өте тиімді қабылдайды. Алайда, олардың суда ерігіштігі осы қолдануда қиындық тудырады. Литий сульфаты гигроскопиялық қасиеттеріне ие болғандықтан, ең көп таралған түрі литий сульфаты моногидраты болып табылады. Сусыз литий сульфатының тығыздығы 2,22 г/см³ құрайды, бірақ сусыз литий сульфатын өлшеу қиынға соғады, себебі оны судың болмаған атмосферасында жүргізу қажет. Литий сульфаты пироэлектрлік қасиеттерге де ие. Сулы литий сульфатын қыздырғанда электр өткізгіштігі де артады. Литий сульфатының молярлығы электр өткізгіштігіне де әсер етеді; ең жақсы өткізгіштік 2 М концентрацияда қол жеткізіледі, содан кейін төмендейді. Қатты литий сульфаты суда еріген кезде эндотермиялық диссоциация байқалады. Бұл натрий сульфатынан өзгеше, ол экзотермиялық диссоциацияға ұшырайды. Алайда, диссоциацияның нақты энергиясын анықтау қиын, өйткені ол суға қосылған тұздың мөлшеріне (моль санына) тәуелді болады. Ерітілген литий сульфатының аз мөлшері, көп мөлшерге қарағанда, бір мольге шаққанда температураның үлкен өзгеруіне себеп болады.
Lithium sulfate is soluble in water, though it does not follow the usual trend of increasing solubility of most salts with temperature. To the contrary, its solubility in water decreases with increasing temperature, as its dissolution is an exothermic process. This relatively unusual property, also called retrograde solubility, is shared with few inorganic compounds, such as calcium hydroxide (portlandite, an important mineral phase of hydrated cement paste), the calcium sulfates (gypsum, bassanite, and anhydrite) and lanthanoid sulfates whose dissolution reactions are also exothermic. The retrograde solubility is common for gases dissolution in water, but less frequently encountered for the dissolution of solids. Calcium carbonate also exhibits a retrograde solubility, but it also depends on the behavior of dissolution in the calco carbonate equilibria. Lithium sulfate crystals, being piezoelectric, are also used in ultrasound type non destructive testing because they are very efficient sound receivers. However, they do suffer in this application because of their water solubility. Since it has hygroscopic properties, the most common form of lithium sulfate is lithium sulfate monohydrate. Anhydrous lithium sulfate has a density of 2.22 g/cm3 but, weighing lithium sulfate anhydrous can become cumbersome as it must be done in a water lacking atmosphere. Lithium sulfate has pyroelectric properties. When aqueous lithium sulfate is heated, the electrical conductivity also increases. The molarity of lithium sulfate also plays a role in the electrical conductivity; optimal conductivity is achieved at 2 M and then decreases. When solid lithium sulfate is dissolved in water it has an endothermic disassociation. This is different from sodium sulfate which has an exothermic disassociation. However, the exact energy of disassociation is difficult to quantify as it seems also to depend on the quantity (number of mols) of the salt added to water. Small amounts of dissolved lithium sulfate induce a much greater temperature change per mol than large amounts.
Кристалл қасиеттері
Литий сульфатының екі түрлі кристалдық фазасы бар. Көбінесе II фазада кездесетін литий сульфаты, a = 8.23Å, b = 4.95Å, c = 8.47Å және β = 107.98° жиек ұзындығына ие сфеноидты моноклиникалық кристалл жүйесіне ие. Литий сульфаты 130 °C-тан жоғары температураға дейін қыздырылғанда сусыз күйге өтеді, бірақ кристалдық құрылымын сақтайды. II фазадан I фазаға өту 575 °C-та жүзеге асады. Кристалл құрылымы 7.07Å жиек ұзындығы бар бетке орталастырылған кубтық кристалл жүйесіне өзгереді. Бұл фазалық өзгеріс кезінде литий сульфатының тығыздығы 2.22-ден 2.07 г/см³-ке дейін өзгереді.
Lithium sulfate has two different crystal phases. In common phase II form, Lithium sulfate has a sphenoidal monoclinic crystal system that has edge lengths of a = 8.23Å b = 4.95Å c = 8.47Å β = 107.98°. When lithium sulfate is heated passed 130 °C it changes to a water free state but retains its crystal structure. It is not until 575 °C when there is a transformation from phase II to phase I. The crystal structure changes to a face centered cubic crystal system, with an edge length of 7.07Å. During this phase change, the density of lithium sulfate changes from 2.22 to 2.07 g/cm3.
Қолданылуы
Литий сульфаты екіполярлық бұзылысты емдеу үшін қолданылады (литий фармакологиясын қараңыз). Литий сульфаты иондарды өткізетін шынылардың мүмкін компоненті ретінде зерттеледі. Мөлдір өткізгіш пленкалар күн панельдері және жаңа аккумулятор класы сияқты қолдануларда пайдаланылатындықтан, кеңінен зерттелген тақырып болып табылады. Бұл қолдануларда литийдің жоғары құрамы маңызды; литий боратының (Li₂O · B₂O₃) көбірек танымал бинарлық түрін литийдің жоғары концентрациясымен алу қиын, сондай-ақ ол гигроскопиялық болғандықтан сақтау да қиын. Литий сульфатын жүйеге қосу арқылы литий концентрациясы жоғары, тұрақты және оңай өндірілетін шыны жасауға болады. Қазіргі кездегі мөлдір иондық өткізгіш пленкалардың көпшілігі органикалық пластиктен жасалған, сондықтан арзан, тұрақты бейорганикалық шыныны жасау мүмкін болса, бұл өте жақсы болар еді. Литий сульфаты Портланд цементінің кебуін жылдамдату үшін қоспа ретінде сынақтан өтті және оң нәтижелер алынды. Литий сульфаты гидратациялық реакцияны жылдамдатуға көмектеседі (Цементке қараңыз), бұл кебу уақытын қысқартады. Кебу уақытының қысқаруы аяқталған өнімнің беріктігіне әсер етуі мүмкін, бірақ сынақтар көрсеткендей, литий сульфатымен қосылған Портланд цементінің беріктігі төмендеген жоқ.
Lithium sulfate is used to treat bipolar disorder (see lithium pharmacology). Lithium sulfate is researched as a potential component of ion conducting glasses. Transparent conducting film is a highly investigated topic as they are used in applications such as solar panels and the potential for a new class of battery. In these applications, it is important to have a high lithium content; the more commonly known binary lithium borate (Li₂O · B₂O₃) is difficult to obtain with high lithium concentrations and difficult to keep as it is hygroscopic. With the addition of lithium sulfate into the system, an easily produced, stable, high lithium concentration glass is able to be formed. Most of the current transparent ionic conducting films are made of organic plastics, and it would be ideal if an inexpensive stable inorganic glass could be developed. Lithium sulfate has been tested as an additive for Portland cement to accelerate curing with positive results. Lithium sulfate serves to speed up the hydration reaction (see Cement) which decreases the curing time. A concern with decreased curing time is the strength of the final product, but when tested, lithium sulfate doped Portland cement had no observable decrease in strength.
Литий-ионды аккумуляторлар
Литий сульфаты моногидраты (· H2O), құрамында шамамен 10% литий бар, литий ионды аккумулятор материалдарының жеткізілім тізбегі үшін литий гидроксидін өндіруге пайдалы химиялық зат. Ол LiOH-қа қарағанда аз реактивті материал болғандықтан, сақтау және тасымалдау оңайырақ. Қатты тау жынысы сподумен концентратының бастапқы шикізаты қышқылды күйдіру арқылы өңделеді, одан кейін сумен жуу жүргізіледі, нәтижесінде литийдің 84-88% қалпына келтіріледі. Тазартылған жуу ерітіндісіне буландыру қолданылады, соның нәтижесінде негізінен литий сульфаты моногидратынан (· H2O) тұратын бастапқы литий сульфатының қатты өнімі алынады.
Lithium sulphate monohydrate ( · H2O) containing around 10% lithium is a useful chemical for the production of lithium hydroxide for the lithium ion battery materials supply chain. It is a less reactive material than LiOH, and hence can be more easily stored and transported. Feedstock of hard rock spodumene concentrate is processed by acid roasting, followed by water leaching, achieving a lithium recovery of 84 88%. Evaporation is then applied to the purified leach solution resulting in a primary lithium sulphate solid product made up mostly of lithium sulphate monohydrate ( · H2O).
Дәрі-дәрмектер
Литий ионы (Li+) психиатрияда мания, эндогенді депрессия және психозды емдеу үшін, сондай-ақ шизофренияны емдеуде қолданылады. Көбінесе литий карбонаты қолданылады, бірақ кейде литий цитраты, литий сульфаты немесе литий оксибутираты балама ретінде пайдаланылады. Li+ метаболизмделмейді. Li+ натрий (Na+) және калий (K+) катиондарымен химиялық ұқсастығы болғандықтан, бұл заттардың биохимиялық жолдарымен өзара әрекеттесіп немесе оларға кедергі келтіріп, денедегі жасуша ішіндегі немесе жасуша сыртындағы бөліктерден осы катиондарды ығыстыруы мүмкін. Li+ белсенді натрий сорғысы арқылы жүйке және бұлшықет жасушаларынан шығарылып, бірақ азырақ тиімділікпен шығарылады. Литий сульфаты асқазан-ішек жолынан жылдам сіңіріледі (бірнеше минут ішінде) және таблеткалар немесе сұйық формасы ауызбен қабылданғаннан кейін толық сіңіріледі. Li+ серотониннергиялық нейротрансмиссияны тұрақтандырады.
Lithium ion (Li+) is used in psychiatry for the treatment of mania, endogenous depression, and psychosis, and also for treatment of schizophrenia. Usually lithium carbonate is applied, but sometimes lithium citrate , lithium sulfate or lithium oxy butyrate are used as alternatives. Li+ is not metabolized. Because of Li+ chemical similarity to sodium (Na+) and potassium (K+) cations, it may interact or interfere with the biochemical pathways of these substances and displace these cations from intra or extracellular compartments of the body. Li+ seems to be transported out of nerve and muscle cells by the active sodium pump, although less efficiently. Lithium sulfate has a rapid gastrointestinal absorption rate (within a few minutes), and complete following oral administration of tablets or the liquid form. Li+ stabilizes serotoninergic neurotransmission.
Органикалық химия синтезі
Литий сульфаты n-бутилбромидін 1-бутенге айналдыру үшін жою реакциясының катализаторы ретінде қолданылады, бұл реакция 320 °C-тан 370 °C-қа дейінгі температурада шамамен 100% өнімділік береді. Егер температура осы шектен жоғары болса, реакцияның өнімділігі күрт төмендейді және 2-бутеннің өнімділігі артады.
Lithium sulfate is being used as a catalyst for the elimination reaction for transforming n butyl bromide to 1 butene at close to 100% yields at a range of 320 °C to 370 °C. The yields of this reaction change dramatically if heated beyond this range as higher yields of 2 butene is formed.