Lithium: Grundstof, egenskaber, isotoper, batterier og anvendelser
Lær alt om lithium: grundstof, egenskaber, isotoper, litiumbatterier og anvendelser—fra kemi til teknologi og medicin.
Lithium (fra græsk lithos 'sten') er et blødt, sølvhvidt metal med symbolet Li. Det er det tredje kemiske grundstof i det periodiske system, hvilket betyder, at det har 3 protoner i kernen og 3 elektroner omkring kernen. Dets atomnummer er 3, og dets massetal er i gennemsnit omkring 6,94. Lithium har to naturligt forekommende isotoper, 6Li og 7Li; 7Li er den mest almindelige (ca. 92,5 %), mens 6Li udgør resten.
Fysiske og kemiske egenskaber
Udseende og tilstand: Lithium er et blødt, sølvhvidt metal, det letteste faste metal under standardbetingelser og har en meget lav densitet (ca. 0,534 g/cm³ ved 20 °C), hvilket gør, at det kan flyde på vand i kort tid, før det reagerer.
Smelte- og kogepunkter: Smeltepunktet er ca. 180,5 °C og kogepunktet ca. 1342 °C.
Elektroniske og termodynamiske egenskaber: Lithium har lav elektronegativitet (Pauling ~0,98) og en meget negativ standard reduktionspotentiale (Li+ + e− → Li: ca. −3,04 V), hvilket forklarer dets voldsomme reaktivitet som metal og dets store værdi i elektrolytiske og batteriteknologiske anvendelser.
Reaktivitet og håndtering
Lithium er kemisk meget reaktivt. Det reagerer med vand og luft:
- Ved kontakt med vand dannes lithiumhydroxid (LiOH) og brintgas (H2), ofte ledsaget af varmeudvikling.
- I luft danner lithium hurtigt et oxidlag og senere hydroxider eller karbonater.
På grund af denne reaktivitet opbevares metallic lithium typisk under mineralolie eller i inert atmosfære. Brande med alkalimetaller kræver særlige slukningsmidler til metalsbrande (klasse D), og almindeligt vand må ikke bruges.
Isotoper og nukleare anvendelser
6Li og 7Li har forskellige anvendelser:
- 6Li absorberer neutroner og kan bruges til at producere tritium ved reaktion med neutroner: 6Li + n → 4He + 3H + energi. Derfor har 6Li anvendelse i nuklear teknologi og i forskning i fusionsenergi.
- 7Li anvendes bl.a. i kølevandskredse i atomkraftværker til at styre pH-værdien (som lithiumhydroxid) og undgå korrosion.
Forekomst og udvinding
Lithium findes ikke frit i naturen pga. sin reaktivitet, men forekommer i mineraler og i koncentrerede saltopløsninger (brines). De vigtigste forekomster er:
- Hard rock-mineraler som spodumene (LiAlSi2O6).
- Saltaflejringer og brines i evaporationstavs (f.eks. Salar-depresioner i Chile, Argentina og Bolivia).
- Havvand og visse lerarter i mindre koncentrationer.
De vigtigste producenter globalt er bl.a. Australien (spodumen-brydning), Chile, Argentina og Kina (brine- og mineraludvinding). Udvindingen kan være vandintensiv og giver miljømæssige og sociale udfordringer i tørre områder.
Anvendelser
Lithium og dets forbindelser har mange industrielle og medicinske anvendelser:
- Batterier: Den største og mest kendte anvendelse i dag er i litium-ion-batterier (og i visse tilfælde litium-metal-batterier). Lithium-baserede batterier har høj energitæthed og bruges i mobiltelefoner, bærbare computere, elbiler og energilagringssystemer. Forskellige katodematerialer (f.eks. LiCoO2, NMC, LFP) og elektrolytter afgør batteriers ydeevne og sikkerhed. Udvikling inden for faste elektrolytter (solid-state) og genanvendelse er områder med intensiv forskning.
- Medicinsk: Lithiumsalte (især lithiumcarbonat, Li2CO3) anvendes som stemningsstabiliserende medicin ved bipolar lidelse. Behandlingen kræver nøje terapeutisk overvågning pga. snæver terapeutisk bredde og mulige bivirkninger på nyrer og skjoldbruskkirtel.
- Keramik og glas: Lithiumoxider og -forbindelser bruges til at sænke smeltepunktet og forbedre termisk stabilitet i glas og keramik.
- Smeermidler: Lithium-fedtsæber (f.eks. lithiumstearat) bruges som smørefedt, fordi de modstår varme og fugt.
- Kemisk industri: Lithiumforbindelser anvendes som råmateriale i fremstilling af specialkemikalier, polymerer og luftfartsmaterialer.
- Nuklear industri: Isotopspecifik brug af 6Li til tritiumproduktion og 7Li til korrosionskontrol i kølevandskredse.
Sikkerhed, miljø og genbrug
Sikkerhed: Metallic lithium er brandfarligt og reagerer voldsomt med vand. Lithium-ion-batterier kan i visse tilfælde overophede, føre til termisk runaway og brand. Håndtering, transport og bortskaffelse kræver standarder og sikkerhedsprocedurer.
Miljø: Lithiumudvinding kan medføre stor vandforbrug, påvirke lokale vandressourcer og økosystemer, og give sociale konflikter i nogle regioner. Separat håndtering af affaldsbatterier er vigtig for at undgå forurening.
Genbrug: Genanvendelse af litium fra brugte batterier øges i takt med efterspørgslen efter råstoffer og krav om bæredygtighed. Genanvendelsesrater er stadig under udvikling, men flere teknologier til kemisk og mekanisk genindvinding af litium og andre metaller bliver kommercielt udbredt.
Historie og fremtid
Lithium blev opdaget i 1817 af Johan August Arfwedson i mineralet petalit, og metallet blev isoleret få år senere ved elektrolyse (bl.a. af Humphry Davy). Siden er lithium gået fra nichekemikalie til et strategisk råstof i moderne teknologi, ikke mindst på grund af batteribehovet til transportsektoren og energilagring.
Fremtidige udviklinger omfatter forbedrede batteriteknologier (større energitæthed, bedre sikkerhed), øget genanvendelse, mere bæredygtig udvinding samt nye anvendelser i energiteknologi og rumfart.
Kort opsummering: Lithium er et let, stærkt reaktivt metal med vigtige elektroniske, industrielle og medicinske anvendelser. Dets rolle i energilagring gør det til et centralt råstof i den grønne omstilling, samtidig med at minedrift, sikkerhed og genbrug rejser vigtige miljø- og samfundsspørgsmål.
Egenskaber
Fysiske egenskaber
Lithium er et af alkalimetallerne. Litium er et sølvfarvet fast metal (når det er nyskåret). Det er meget blødt. Det kan derfor let skæres med en kniv. Det smelter ved en lav temperatur. Det er meget let og ligner træ. Det er det mindst tætte metal og det mindst tætte grundstof i fast eller flydende tilstand. Det kan holde mere varme end noget andet fast grundstof. Det leder let varme og elektricitet.
Kemiske egenskaber
Det vil reagere med vand og afgive brint under dannelse af en basisk opløsning (lithiumhydroxid). Derfor skal lithium opbevares i vaseline. Natrium og kalium kan opbevares i olie, men lithium kan ikke opbevares i olie, fordi det er så let. Det vil bare flyde på olien og ikke blive beskyttet af den.
Lithium reagerer også med halogener. Det kan reagere med nitrogengas og danne lithiumnitrid. Det reagerer med luft og danner en sort anløbning og derefter et hvidt pulver af lithiumhydroxid og lithiumcarbonat.
Kemiske forbindelser
Se også: Kategori:Litiumforbindelser
Lithium danner kemiske forbindelser med kun én oxidationstrin: +1. De fleste af dem er hvide og ikke-reaktive. De får en lysende rød farve, når de opvarmes i en flamme. De er en smule giftige. De fleste af dem opløses i vand. Lithiumcarbonat er mindre opløseligt i vand end de andre alkalimetalkarbonater som f.eks. natriumcarbonat.
- Lithiumcarbonat, anvendt i medicin
- Lithiumchlorid, farveløst krystallinsk fast stof, rød flamme ved opvarmning
- Lithiumhydroxid, stærk base, bruges til at fjerne kuldioxid i rumskibe
- Litiumnitrat, oxidationsmiddel
- Lithiumnitrid, stærk base
- Lithiumoxid, opløses i vand til lithiumhydroxid
- Litiumperoxid, reagerer med vand og danner ilt
- LiHe
- Lithium 12-hydroxystearat
- Lithiumacetat
- Lithiumaluminat
- Lithium-aluminiumhydrid
- Lithiumamid
- Lithium-aspartat
- Lithiumazid
- Lithiumberyllid
- Lithium-bis(trifluormethansulfonyl)imid
- Lithium-bis(trimethylsilyl)amid
- Lithiumborat
- Lithiumbromid
- Litiumcarbid
- Lithiumchlorat
- Lithiumcitrat
- Litiumkoboltoxid
- Lithiumcyanid
- Lithiumdiisopropylamid
- Litiumdisilikat
· 
Lithiumnitrat
· 
Lithiumhydroxid
· 
Lithiumcarbonat
· 
Lithiumchlorid
Flammeprøvning for lithium
Forekomst
Det forekommer ikke som et grundstof i naturen. Det findes kun i form af lithiumforbindelser. Havet indeholder en stor mængde lithium. Visse granitter indeholder store mængder lithium. De fleste levende ting indeholder lithium. Der er nogle steder, hvor der er meget lithium i saltet. Nogle silikater har lithium i sig.
Historie
Lithium (græsk lithos, der betyder "sten") blev opdaget af Johann Arfvedson i 1817. I 1818 observerede Christian Gmelin, at lithiumsalte giver en lysende rød farve i flammer. W.T. Brande og Sir Humphrey Davy brugte senere elektrolyse på lithiumoxid til at isolere grundstoffet. Lithium blev først anvendt i fedtstoffer. Derefter blev atomvåben en stor anvendelse af lithium. Lithium blev også brugt til at få glas til at smelte lettere og til at få aluminiumoxid til at smelte lettere ved fremstilling af aluminium. Nu anvendes lithium hovedsagelig i batterier.
Det har tilsyneladende fået navnet "lithium", fordi det blev opdaget i et mineral, mens andre almindelige alkalimetaller først blev opdaget i plantevæv.
Forberedelse
Det fremstilles ved at hente lithiumklorid fra bassiner og kilder. Lithiumkloridet smeltes og elektrolyseres. Herved opstår flydende lithium og klor.
Bruger
Som et element
Det anvendes først og fremmest i batterier. Lithium bruges som anode i lithiumbatterier. Det har større effekt end batterier med zink, som f.eks. alkalineceller. Lithiumionbatterier indeholder også lithium, men ikke som et grundstof. Det bruges også i varmeoverføringslegeringer. Lithium bruges til at fremstille organolithiumforbindelser. De bruges til meget stærke baser.
Det bruges til at fremstille specielle glas og keramik, herunder Mount Palomar-teleskopets 200 tommer spejl. Lithium er det letteste kendte metal og kan legeres med aluminium, kobber, mangan og cadmium til stærke, lette metaller til fly.
I kemiske forbindelser
Litiumforbindelser anvendes i nogle lægemidler, der er kendt som humørstabilisatorer. Lithiumniobat anvendes i radiosendere i mobiltelefoner. Nogle lithiumforbindelser anvendes også i keramik. Lithiumchlorid kan absorbere vand fra andre ting. Nogle lithiumforbindelser bruges til at fremstille sæbe og fedtstof. Lithiumcarbonat bruges som et lægemiddel til behandling af maniodepressiv lidelse. Lithiumcarbonat bruges til behandling af bipolar sygdom og andre psykiske sygdomstilstande.
Organisk kemi
Organolithiumforbindelser anvendes til fremstilling af polymerer og finkemikalier. Mange lithiumforbindelser anvendes som reagenser til fremstilling af organiske forbindelser. Nogle lithiumforbindelser som lithiumaluminiumhydrid, lithiumtriethylborhydrid, n-butyllithium og tert-butyllithium anvendes almindeligvis som meget stærke baser, kaldet superbaser.
Andre anvendelser
Litiumforbindelser anvendes som pyrotekniske farvestoffer og oxidationsmidler i rødt fyrværkeri og nødblus. Lithiumchlorid og lithiumbromid anvendes som tørremidler til gasstrømme. Lithiumhydroxid og lithiumperoxid anvendes til at fjerne kuldioxid og rense luften i rumfartøjer og ubåde. Lithiumhydroxid, lithiumperoxid og lithiumperchlorat anvendes i iltlys, der forsyner ubåde med ilt.
Lithiumaluminiumhydrid kan også anvendes som fast brændstof i sig selv. Lithiumhydrid, der indeholder lithium-6, anvendes i termonukleare våben.
Sikkerhed
Lithium reagerer med vand og danner irriterende røg og varme. Det er ikke så farligt som de andre alkalimetaller. Litiumhydroxid er meget ætsende.
Isotoper
Der findes 5 isotoper af lithium, som har henholdsvis 2, 3, 4, 5 og 6 neutroner i kernen. Den mest almindelige isotop i naturen er3 Li7 , som udgør 92,58 % af den samlede mængde. Den anden isotop, som er meget udbredt, er3 Li6 , som udgør 7,42 % af det samlede antal isotoper. De tre andre isotoper findes i meget små mængder. Lithium har en atommasse på 6,939.
Relaterede sider
- Alkalisk jordmetal
- Beryllium
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er symbolet for lithium?
A: Symbolet for lithium er Li.
Spørgsmål: Hvad er atomnummeret for lithium?
A: Lithium har atomnummeret 3.
Sp: Hvor mange protoner er der i kernen af et lithiumatom?
Svar: Der er 3 protoner i kernen af et lithiumatom.
Sp: Hvad er de to almindelige isotoper af lithium?
Svar: De to almindelige isotoper af lithium er 6Li og 7Li.
Sp: Hvilken isotop er den mest almindelige?
Svar: 7Li er den mest almindelige, idet den udgør 92,5 % af alle naturligt forekommende lithiumatomer.
Spørgsmål: Hvilke egenskaber har lithum?
Svar: Lithium har en blød, sølvhvid farve, og det er meget reaktivt.
Søge