Litij – kemijski element: lastnosti, izotopi in uporaba v baterijah in medicini

Litij (iz grškega lithos 'kamen') je mehka, srebrno bela kovina s simbolom Li. Je tretji kemijski element v periodnem sistemu. To pomeni, da ima v svojem jedru 3 protone in okoli njega 3 elektrone. Njegovo atomsko število je 3. Njegovo masno število je 6,94. Ima dva pogosta izotopa,⁶Li in ⁷Li. ⁷Li je pogostejši — približno 92,5 % naravnega litija je ⁷Li, preostanek pa je večinoma ⁶Li. Litij je mehka srebrna kovina, ki je zelo reaktivna in jo običajno hranimo pod oljem ali v inertnem plinu, saj se v stiku z zrakom in vodo hitro oksidira. Uporablja se v litijevih baterijah in nekaterih zdravilih ter v številnih industrijskih in tehnoloških aplikacijah.

Fizikalne in kemijske lastnosti

• Gosta: približno 0,534 g/cm³ pri 20 °C (je lažji od vode).
• Taljenje: 180,54 °C; vrelišče: okoli 1342 °C.
• Elektronska konfiguracija: 1s² 2s¹; običajna oksidacijska števila: +1.
• Elektronegativnost (Paulinga): ~0,98; prva ionizacijska energija: ~520 kJ/mol.
• Zelo reaktiven z vodo: 2 Li + 2 H₂O → 2 LiOH + H₂ (vodik), pri čemer nastane litijev hidroksid in vodik, ki je lahko vnetljiv.
• Tvori spojine z veliko raznolikostjo: oksidi, hidroksidi, soli, organolitijeve spojine (npr. butillitij, n-BuLi), ki so pomembne v organski sintezi.

Izotopi in jedrske uporabe

Naravni litij sestavljata izotopa ⁶Li (≈7,5 %) in ⁷Li (≈92,5 %). ⁶Li ima posebno vlogo v jedrski tehnologiji, saj lahko v reakcijah z nevtroni proizvaja tritij (n + ⁶Li → T + ⁴He). Zato se ⁶Li uporablja v proizvodnji tritija in v jedrskih aplikacijah. ⁷Li se pogosto uporablja v jedrskih reaktorjih (npr. kot del litijevih spojin za uravnavanje pH hladilne vode), ker med izpostavitvijo nevtronom proizvaja manj tritija kot ⁶Li.

Izvor, pridobivanje in rudarjenje

Litij se v naravi pojavlja v mineralih, kot so spodumen (spodumene), lepidolit in petalit, ter v slanih raztopinah (brine) v solnih jezerih in slanih naplavinah. Glavne metode pridobivanja so:

• izločanje iz slanih raztopin (brine) z izhlapevanjem in kemično predelavo — pogosto v Južni Ameriki (Atacama),
• rudarjenje mineralov (spodumen, lepidolit) in nato kemična pretvorba v litijeve spojine — veliko v Avstraliji, Kitajski in drugih državah.

Uporaba

Litij in njegove spojine imajo široko paleto uporab:

• Baterije: najpomembnejša sodobna uporaba. Litij-ion baterije (Li-ion) in litij-polimerni elementi nudijo visoko energijsko gostoto, dolgo življenjsko dobo in nizek lasten pomik teže. Pogosto uporabljene katodne snovi vključujejo LiCoO₂, NMC (nikl-mangan-kobalt) in LiFePO₄; anode so običajno iz grafita. Obstajajo tudi litij-metalne baterije z višjo energijsko gostoto, a z večjim tveganjem za rast dendritov in požar.
• Medicina: litijeve soli (npr. litijev karbonat, litijev citrat) se uporabljajo kot stabilizatorji razpoloženja pri bipolarni motnji. Terapija z litijem je učinkovita, vendar zahteva natančno spremljanje serumske koncentracije, saj ima ozko terapevtsko okno; možni neželeni učinki vključujejo motnje delovanja ledvic in ščitnice ter motnje elektrolitov.
• Industrija in materialna znanost: litij se uporablja pri proizvodnji lahkih aluminijevih zlitin za letalsko industrijo, v keramiki in steklu (izboljšuje mehanske lastnosti in odpornost), v mazivih (litijevi maščobni kompleksi), ter kot reagent v organski sintezi (organolitijeve spojine).
• Jedrska industrija: uporaba ⁶Li za proizvodnjo tritija in ⁷Li v jedrskih hladilih in spojinah za uravnavanje pH.
• Raziskave: litijovi izotopi se uporabljajo v fiziki in kemiji, vključno z raziskavami jedrskega odziva in struktur nukleonov (npr. redki in eksotični litijevi izotopi v jedrskih poskusih).

Varnost in okoljski vidiki

• Litij kot kovina je zelo reaktiven: v stiku z vodo tvori vnetljiv vodik; spleti litijevih spojin so lahko tudi jedke (npr. LiOH).
• Pri ravnanju s kovinskim litijem je priporočljivo uporabljati zaščito in ga hraniti pod inertnim plinom ali mineralnim oljem. Za gašenje litijevih požarov se uporabljajo posebna sredstava (gasilniki za kovinske požare, tip D); voda in standardni gasilniki lahko poslabšajo požar.
• Rudarjenje litija, zlasti iz slanih raztopin, lahko zahteva veliko količino vode in vpliva na lokalne ekosisteme (npr. v sušnih območjih Južne Amerike). Zato je pereča tema trajnost pridobivanja litija in recikliranje baterij.
• Recikliranje litijevih baterij postaja pomembno za zmanjšanje okoljske obremenitve, ohranitev virov in varnost oskrbe s surovinami. Uporabljene baterije se predelujejo s hidrometalurškimi in pirotehničnimi metodami, ki se nenehno izboljšujejo.

Zgodovina

Litij je bil odkrit v začetku 19. stoletja — prvi ga je kemijsko opazil Johan August Arfwedson med analizo minerala petalita (1817). Ime izhaja iz grške besede za kamen (lithos). Izolacijo litija kot kovine so izvedli kasneje s pomočjo elektrolize.

Zaključek

Litij je lahek in zelo uporaben kemijski element z velikim pomenom v sodobni tehnologiji: ključnega pomena je za prenosno elektroniko in električna vozila, pomemben je v medicini in ima posebne aplikacije v jedrski tehnologiji. Zaradi naraščajočega povpraševanja so trajnost pridobivanja in recikliranja litija ter varno ravnanje z litijevimi materiali vse bolj ključne teme.

Lastnosti

Fizikalne lastnosti

Litij je ena od alkalnih kovin. Litij je srebrna trdna kovina (če je sveže rezan). Je zelo mehak. Zato ga je mogoče zlahka rezati z nožem. Topi se pri nizki temperaturi. Je zelo lahek, podoben lesu. Je najmanj gosta kovina in najmanj gost element v trdnem ali tekočem stanju. Lahko zadrži več toplote kot kateri koli drug trdni element. Zlahka prevaja toploto in elektriko.

Kemijske lastnosti

Reagira z vodo, pri čemer se izloča vodik in nastane bazična raztopina (litijev hidroksid). Zaradi tega je treba litij hraniti v vazelinu. Natrij in kalij se lahko shranjujeta v nafti, litij pa ne, ker je zelo lahek. Na olju bo le plaval in ne bo zaščiten.

Litij reagira tudi s halogeni. Reagira lahko z dušikovim plinom, tako da nastane litijev nitrid. Z zrakom reagira tako, da nastane črn katran, nato pa bel prah iz litijevega hidroksida in litijevega karbonata.

Kemične spojine

Oglejte si tudi: Kategorija:Litijeve spojine

Litij tvori kemijske spojine z enim samim oksidacijskim stanjem: +1. Večina jih je belih in nereaktivnih. Pri segrevanju v plamenu se obarvajo svetlo rdeče. So malo strupeni. Večina se jih raztopi v vodi. Litijev karbonat je manj topen v vodi kot drugi karbonati alkalnih kovin, kot je natrijev karbonat.

• Litijev karbonat, ki se uporablja v medicini
• Litijev klorid, brezbarvna kristalinična trdna snov, rdeč plamen pri segrevanju
• Litijev hidroksid, močna baza, ki se uporablja za odstranjevanje ogljikovega dioksida v vesoljskih ladjah
• Litijev nitrat, oksidativno sredstvo
• Litijev nitrid, močna baza
• Litijev oksid, ki se raztopi v vodi, da nastane litijev hidroksid
• Litijev peroksid, reagira z vodo in tvori kisik

·        

Litijev nitrat

·        

Litijev hidroksid

·        

Litijev karbonat

·        

Litijev klorid

Plamenski preskus za litij

Vprašanja in odgovori

V: Kakšen je simbol za litij?

V: Kakšno je atomsko število litija?

V: Koliko protonov je v jedru litijevega atoma?

V: Katera sta dva pogosta izotopa litija?

V: Kateri izotop je pogostejši?

V: Katere lastnosti ima lit?

Išči po črki