האם ליתיום מוליך חשמל?

ליתיום נמצא בשימוש נרחב בסוללות ובמוצרי אלקטרוניקה שונים. זוהי מתכת אלקלית מהקבוצה הראשונה של הטבלה המחזורית עם מאפיינים אופייניים.

כחשמלאי שצריך לדעת זאת לפרנסתו, אחלוק מידע שימושי על מוליכות ליתיום במדריך זה. עם השימוש התעשייתי הנרחב של ליתיום, הבנת ה"כימיה" שלו מעניקה לך יתרון בכל הנוגע ליישומים שלו.

סיכום קצר: ליתיום מוליך חשמל במצבים מוצקים ומותכים. לליתיום יש קשר מתכתי ואלקטרוני הערכיות שלו מובטלים במצב נוזלי ומוצק, מה שמאפשר לאנרגיה חשמלית לזרום. אז, בקצרה, המוליכות החשמלית של ליתיום תלויה אך ורק בנוכחותם של אלקטרונים שהוקפאו.

אני אתקן ביתר פירוט בהמשך.

מדוע ליתיום מוליך חשמל במצב מותך ומוצק?

נוכחותם של אלקטרונים דה-לוקאליים.

לליתיום יש קשר מתכתי ואלקטרוני הערכיות שלו מובטלים במצב נוזלי ומוצק, מה שמאפשר לאנרגיה חשמלית לזרום. אז, בקצרה, המוליכות החשמלית של ליתיום תלויה אך ורק בנוכחותם של אלקטרונים דה-לוקאליים.

האם תחמוצת ליתיום מוליך חשמל גם במצב מותך וגם במצב מוצק?

תחמוצת ליתיום (Li2O) מוליכה חשמל רק כאשר היא מותכת. זוהי תרכובת יונית, והיונים ב-Li2O מוצק ממוקמים בסריג היוני; יונים אינם חופשיים/ניידים ולכן אינם יכולים להוליך חשמל. עם זאת, במצב מותך, הקשרים היוניים נשברים והיונים הופכים חופשיים, מה שמבטיח זרימה ללא הפרעה של אנרגיה חשמלית.

היכן נמצא ליתיום בטבלה המחזורית?

ליתיום היא מתכת אלקלית ונמצאת בקבוצה הראשונה של הטבלה המחזורית:

מיקומו המדויק מוצג בתמונה למטה.

תכונות של ליתיום, Li - כימי ופיזיקלי

1. מספר אטומי, Z

ליתיום הוא חומר כימי עם מספר אטומי (Z) של 3, כלומר. Z = 3. זה מתאים לשלושה פרוטונים ושלושה אלקטרונים במבנה האטומי שלו.

2. סמל כימי

הסמל הכימי לליתיום הוא Li.

3. מראה חיצוני

זוהי מתכת אלקלית לבנה כסופה, המתכת הרכה והקלה ביותר. זהו גם האלמנט המוצק הקל ביותר בתנאים רגילים.

4. תגובתיות ואחסון

ליתיום (כמו כל המתכות האלקליות) הוא מאוד תגובתי ודליק, ולכן הוא מאוחסן בשמן מינרלי.

5. מסה אטומית, א

המסה של אטום (במקרה שלנו, ליתיום) מוגדרת כמסה האטומית שלו. מסה אטומית, הידועה גם כמסה איזוטופית יחסית, מתייחסת למסה של חלקיק בודד ולכן קשורה לאיזוטופ מסוים של יסוד.

6. נקודת רתיחה והתכה

• נקודת התכה, התכה = 180.5 מעלות צלזיוס
• נקודת רתיחה, bp = 1342°C

שימו לב שנקודות אלו מתייחסות ללחץ אטמוספרי סטנדרטי.

7. רדיוס אטומי של ליתיום

לאטומי ליתיום יש רדיוס אטומי של 128 pm (רדיוס קוולנטי).

יש לציין שלאטומים אין גבול חיצוני מוגדר בבירור. הרדיוס האטומי של חומר כימי הוא המרחק אליו מגיע ענן האלקטרונים מהגרעין.

עובדות מעניינות על ליתיום, לי

• ליתיום משמש ברפואה, בתור נוזל קירור, בייצור סגסוגות ובין היתר בסוללות. 
• למרות שידוע שליתיום משפר את מצב הרוח, מדענים עדיין לא בטוחים במנגנון המדויק שבו הוא משפיע על מערכת העצבים. ליתיום ידוע כמפחית את פעולתם של קולטני דופמין. בנוסף, זה יכול לחצות את השליה ולהשפיע על הילד שטרם נולד.
• תגובת ההיתוך הגרעיני הראשונה שנוצרה באופן מלאכותי הייתה הפיכת ליתיום לטריטיום.
• ליתיום מגיע מהמילה היוונית lithos, שפירושה "אבן". ליתיום נמצא ברוב הסלעים המאתיים, אך לא בצורתו החופשית.
• אלקטרוליזה של (מותכת) ליתיום כלוריד (LiCl) מייצרת מתכת ליתיום.

עקרונות הפעולה של סוללת ליתיום-יון

סוללת ליתיום-יון נטענת מכילה תא אחד או יותר להפקת חשמל, המכונה תאים. כל תא/תא מורכב משלושה חלקים עיקריים:

אלקטרודה חיובית (גרפיט) - מתחבר לצד החיובי של הסוללה.

אלקטרודה שלילית קשור לשלילה.

אלקטרוליט - מהודק בין שתי אלקטרודות.

תנועת היונים (לאורך האלקטרוליט) והאלקטרונים (לאורך המעגל החיצוני, בכיוון ההפוך) הם כולם תהליכים הקשורים זה בזה; כשאחד עוצר, השני עוקב אחריו. 

אם יונים לא יכולים לעבור דרך האלקטרוליט כשהסוללה ריקה לגמרי, אז גם אלקטרונים לא יכולים.

באופן דומה, אם תכבה את כל מה שמניע את הסוללה, תנועת האלקטרונים והיונים תיפסק. הסוללה למעשה מפסיקה להתרוקן במהירות, אך ממשיכה להתרוקן בקצב איטי מאוד גם כשהמכשיר כבוי.

עיין בכמה מהמאמרים שלנו למטה.

• חומצה גופרתית מוליכה חשמל
• סוכרוז מוליך חשמל
• חנקן מוליך חשמל

קישורי וידאו

הטבלה המחזורית מוסברת: מבוא

כיצד פועלת סוללת ליתיום יון | עקרון עבודה