3.3: La química anómala del litio

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Andrew R. Barron
Rice University via CNX

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Si bien el litio muestra muchas propiedades que son claramente consistentes con su posición en el Grupo 1, también tiene diferencias clave con los otros metales alcalinos. De hecho, en muchos sentidos es más similar a su vecino diagonal magnesio (Mg) que los otros metales del Grupo 1 -fenómeno conocido como el efecto diagonal.

Carga/radio

El radio iónico para el catión +1 del litio es muy pequeño en comparación con su siguiente homólogo más alto, el sodio (Cuadro\(\PageIndex{3}\) .14). Esto da como resultado un valor correspondientemente alto para la densidad de carga (z/r). Como puede verse en el Cuadro\(\PageIndex{3}\) .14 la densidad de carga para litio es significativamente mayor que la de sus relaciones del Grupo 1.

Cuadro\(\PageIndex{3}\) .14: Comparación de densidades de carga para litio, sodio, potasio y magnesio.
Element	z	r (Å)	z/r (A ^-1)
Li	+1	0.68	1.47
Na	+1	0.97	1.03
K	+1	1.33	0.75
Mg	+2	0.66	3.03

Como resultado de la alta densidad de carga, el ion Li ⁺ es un ion altamente polarizante. Una de las principales consecuencias de esto es que el litio tiende a formar enlaces covalentes polares en lugar de interacciones iónicas. Por ejemplo, los compuestos de alquil litio (RLi) contienen enlaces Li-C covalentes de manera similar a los enlaces Mg-C en Grignards (rMgX, donde X = Cl, Br)

Energía de celosía

Los compuestos de litio tienen altas energías reticulares en comparación con los otros metales del Grupo 1 (Cuadro\(\PageIndex{3}\) .15). Como consecuencia, Li ₂ O, Li ₃ N y LiF son todos insolubles en agua, mientras que sus compuestos de sodio son altamente solubles.

Cuadro\(\PageIndex{3}\) .15: Comparación de energías reticulares para compuestos de litio, sodio, potasio y magnesio.
Compuesto	Energía de celosía (kJ/mol)
LiF	-1046
NaF	-923
KF	-821
MGF ₂	-2957

Número de coordinación

El pequeño tamaño del litio resulta en un menor número de coordinación (4) para compuestos y complejos que el observado para los otros metales del Grupo 1. Sin embargo, los complejos de litio y magnesio y los compuestos organometálicos tienen más comúnmente centros metálicos de cuatro coordenadas (en ausencia de grandes restricciones estéricas).

Reactividad química

Una revisión de algunas de las reacciones del litio, magnesio y los otros metales del Grupo 1 muestra el comportamiento anómalo del litio y su similitud con el magnesio. Tanto el litio como el magnesio reaccionan con carbono o nitrógeno para formar el carburo y nitruro correspondientes. Mientras que el sodio y los otros metales del Grupo 1 no muestran reacción en condiciones ambientales. La combustión de litio o magnesio en el aire da como resultado la formación de los óxidos, Li ₂ O y MgO, respectivamente. En contraste, el sodio forma el peróxido, Na ₂ O ₂.

No es sólo en la reactividad de los elementos que existe esta relación entre el litio y su vecino diagonal. Muchos de los compuestos de litio tienen una reactividad similar a los del magnesio en lugar del sodio. Por ejemplo, los carbonatos de litio y magnesio se descomponen bajo termólisis para producir los óxidos, (3.14) y (3.15), en contraste, el carbonato de sodio (Na ₂ CO ₃) es estable a la termólisis.

\[ Li_2CO_3 \rightarrow Li_2O + CO_2 \]

\[ MgCO_3 \rightarrow MgO + CO_2 \]