Lithium ellerlitium (fragræsk:λίθος lithos, "sten") er etgrundstof med symboletLi ogatomnummeret 3. Det er et blødt, sølv-hvidtmetal tilhørendegruppen afalkalimetaller i detperiodiske system. Vedstandardbetingelser er det det letteste metal og det faste grundstof med mindstmassefylde. Lithium er, som alle alkalimetaller, stærkt reaktivt og brændbart, og af denne grund opbevares det normalt imineralolie. Når det skæres åbent, udviser det en metalliskglans, men ved kontakt med fugtig luftkorroderer overfladen hurtigt til en mat, sølvgrå farve og senere falmet sort. På grund af dets højereaktivitet forekommer lithium aldrig frit i naturen, men i stedet kun iforbindelser, som normalt erioniske. Lithium forekommer i en rækkepegmatitiske mineraler, men på grund af dets opløselighed som en ion er det til stede i havvand og udvindes typisk frasaltlager ogler. På kommercielt niveau isoleres lithiumelektrolytisk fra en blanding aflithiumklorid ogkaliumklorid.
Lithiumskerne er på kanten af ustabilitet, da de to stabile lithiumisotoper, der er blevet fundet i naturen, har nogle af de lavestebindingsenergier pr.nukleon ud af alle stabilenuklider. På grund af dets relative nukleare ustabilitet er lithium mindre almindeligt i solsystemet end 25 ud af de første 32 grundstoffer, selvom dets atomkerner har en meget lav atomvægt.[1] Af lignende grunde har lithium flere vigtige anvendelser indenforatomfysik. Lithiumatomerstransmutation tilhelium i 1932 var den første fuldt menneskeskabtekernereaktion, oglithium-6-deuterid erfusionsbrændsel i visse typertermonukleare våben.[2]
Lithium og dets forbindelser har forskellige industrielle anvendelser, såsom varmeresistent glas ogkeramik,lithiumsæbe,flux til jern-, stål- og aluminiumproduktion,lithiumbatterier oglithium-ion-batterier. Disse sektorer står til sammen for anvendelsen af mere end tre fjerdedele af al den lithium, der produceres.
Lithium-batteri
Spormængder af lithium findes i alle organismer. Grundstoffet tjener tilsyneladende ingen livsvigtig biologisk funktion, da dyr og planter fint kan overleve uden det, men det er dog ikke blevet endeligt udelukket, at lithium kunne tjene mindre, uvæsentlige funktioner. Nogle undersøgelser har peget i retning af, at lithium kan være et essentielt sporstof,[3] og at det kan medvirke til at forlænge menneskers liv.[4] Lithium-ionen Li+, anvendt som en af flerelithiumsalte, har vist sig at være en effektivhumørstabilisator ved behandling afbipolar affektiv sindslidelse hos mennesker.
Lithiumpiller dækket af hvid lithiumhydroxid (venstre) og barrer med et tyndt lag sort nitrid (højre)
Ligesom de andrealkalimetaller har lithium en enkeltvalenselektron, der nemt opgives til dannelse af enkation.[5] Dette faktum gør lithium til en god leder af både varme og elektricitet såvel som et stærkt reaktivt grundstof, selvom det dog er det mindst reaktive alkalimetal. Lithiums lave reaktivitet skyldes dets valenselektrons nærhed til detskerne (de tilbageværende to elektroner er i1s-kredsløb ved meget lavere energi og medvirker ikke til kemiske bindinger).[5]
Lithiummetal er blødt nok til at kunne skæres med en kniv. Når det skæres ud, får det en sølvhvid farve, der hurtigt ændres til grå efterhånden, som det oxiderer tillithiumoxid.[5] Selvom det har et af de laveste smeltepunkter af alle metaller (180 °C), er det dog stadig det alkalimetal med højest smelte- og kogepunkt.[6]
Lithium har en meget lav massefylde (0,534 g/cm3) sammenligneligt med fyrretræ. Det er det mindst fyldige af alle de grundstoffer, der harfast form ved rumtemperatur; det næst-letteste faste grundstof (kalium, på 0,862 g/cm3) har mere end 60 % større massefylde. Bortset frahelium oghydrogen har det derudover mindre massefylde end noget flydende grundstof, idet dets massefylde er blot 2/3 afflydende kvælstofs (0,808 g/cm3).[7] Lithium kan flyde på de letteste hydrocarbon-olier og er et af kun tre metaller, der kan flyde på vand (de to andre er alkalimetallernenatrium ogkalium).
Lithium har en masse-specifik varmekapacitet på 3,58 kilojoules pr. kilogram-kelvin, hvilket er det højeste ud af alle faste grundstoffer.[13][14] Af denne grund anvendes lithiummetal ofte i forbindelse medafkøling ved forskellige typervarmeoverførsel.[13]
Lithium reagerer nemt med vand, men med betydeligt mindre energi end andre alkalimetaller. Reaktionen dannerhydrogengas oglithiumhydroxid i vandig opløsning.[5] På grund af dets reaktivitet med vand opbevares lithium normalt forsegnet med hydrocarbon - oftevaseline. Selvom de tungere alkalimetaller kan opbevares i stoffer med større massefylde, såsommineralolier, er lithiums massefylde ikke stor nok til, at det kan nedsænkes fuldstændigt i disse væsker.[15] I fugtig luft får lithium hurtigt et sort lag aflithiumhydroxid (LiOH og LiOH·H2O),lithiumnitrid (Li3N) oglithiumcarbonat (Li2CO3, resultatet af en sekundær reaktion mellem LiOH ogCO2).[16]
n-butyllithium-fragment i en krystals hexameriske struktur
Når de placeres over en flamme, vil lithiumforbindelser afgive en bemærkelsesværdig blodrød farve, men når det brænder stærkt, vil flammen blive klart sølvfarvet. Lithium vil antænde og brænde i oxygen, når det udsættes for vand eller vanddampe.[17] Lithium erbrændbart og potentielt eksplosivt, når det udsættes for luft og især vand, selvom dette dog er til en mindre grad, end det er tilfældet med de andrealkalimetaller. Lithium-vand-reaktionen er ved normale temperaturer livlig, men dog mild, da den producerede hydrogen ikke antænder af sig selv. Som det er tilfældet med alle alkalimetaller, er lithiumbrande svære at udslukke, og der behøves normalt klasse D-pulverslukkere. Lithium er det eneste metal, der reagerer mednitrogen vednormale tilstande.[18][19]
Lithium har etdiagonalt forhold medmagnesium, et grundstof med lignende atom- ogionradius. Blandt de kemiske ligheder mellem de to metaller er også dannelsen af etnitrid ved reaktion med N2, dannelsen af etoxid (Li2O) og peroxid (Li2O2), når det brændes i O2,salte med lignendeopløseligheder, samtcarbonaterne og nitridernes termiske ustabilitet.[16][20] Metallet reagerer med hydrogengas ved høje temperaturer, hvor det producererlithiumhydrid (LiH).[21]
Mangelithiumorganiske reagenser vides at have direktebindinger mellemcarbon- og lithiumatom, hvor de reelt skaber encarbanion. Disse er ekstremt kraftfuldebaser ognukleofiler. I mange af disse lithiumorganiske forbindelser har lithiumionerne en tendens til at samle sig i høj-symmetriske klynger for sig selv, hvilket er relativt normal opførsel blandt alkalikationer.[22]LiHe, en meget svagt interagerendevan der Waals-forbindelse, er blevet identificeret ved meget lave temperaturer.[23]
Naturligt forekommende lithium består af to stabileisotoper,6Li og7Li, hvoraf den sidste er hyppigst forekommende (92,5 % af dennaturlige forekomst).[5][15][24] Begge de naturlige isotoper har abnormt lavkernefysisk bindingsenergi pr. nukleon (sammenlignet med de nærliggende grundstoffer i detperiodiske system,helium ogberyllium); lithium er det eneste grundstof med lavt nummer, der kan producere nettoenergi gennemkernefission. De to lithiumkerner har lavere bindingsenergi pr. nukleon end nogen anden stabil nuklid, bortset fradeuterium oghelium-3.[25] Som resultat af dette er lithium, på trods af sin meget lette atomvægt, mindre almindeligt iSolsystemet end 25 af de første 32 grundstoffer.[1] Syvradioisotoper er blevet beskrevet, hvoraf de mest stabile er8Li med enhalveringstid på 838ms og9Li med en halveringstid på 178 ms. Alle de tilbageværenderadioaktive isotoper har halveringstider, der er kortere end 8,6 ms. Den mest kortlivede lithiumisitio er4Li, som henfalder gennemprotonemission og har en halveringstid på 7,6 × 10−23 s.[26]
7Li er eturgrundstof (eller rettere, urnuklider), der blev produceret vedBig Bang-nukleosyntese. En lille mængde af både6Li og7Liproduceres i stjerner, men menes at blive "brændt" lige så hurtigt som det produceres.[27] Yderligere små mængder lithium af både6Li og7Li kan genereres fra solvind, kosmisk stråling, der rammer tungere atomer, og fra radioaktivt henfald af7Be og10Be fra det tidlige solsystem.[28]7Li kan også genereres icarbonstjerner.[29]
Lithiumisotoper fraktionerer betragteligt i en lang række naturlige processer,[30] heriblandt mineralformation (kemisk udfældning),metabolisme ogionudveksling. Lithiumioner substituerer formagnesium og jern i oktaedriske steder ilermineraler, hvor6Li foretrækkes frem for7Li, hvilket resulterer i berigelse af den lette isotop ved hyperfiltrering og klippeforandring. Den eksotiske11Li vides at udvise ennuklear glorie. En proces kendt somAtomic vapor laser isotope separation (forkortet "ALVIS") kan bruges til at separere lithiumisotoper, især7Li fra6Li.[31]
Atomvåbenmanufaktur og andre atomfysiske anvendelser er en stor kilde til kunstig lithiumfraktionering, hvor den lette isotop6Li opbevares i industrielle og militære lagerbeholdninger i en sådan grad, at det har medført en lille, men målbar forandring i mængdeforholdet mellem6Li og7Li i naturlige kilder, såsom floder. Dette har ført til en usædvanlig usikkerhed omkring lithiums standardiseredeatomvægt, siden denne kvantitet afhænger af den naturlige forekomst af de naturligt forekommende lithiumisotoper.[32]
Ifølge moderne kosmologisk teori var lithium — i form af begge stabile isotoper (lithium-6 og lithium-7) — et af de 3 grundstoffer, der blevsyntetiseret iBig Bang.[33] Selvom mængden af lithium, der blev genereret iBig Bang-nukleosyntese, afhænger af antallet affotoner pr.baryon, kan lithiummængden udregnes ud fra de accepterede værdier, og der er herigennem fundet en "kosmologisk lithiumdiskrepans" i universet: ældre stjerner lader til at indeholde mindre lithium, end de burde, og nogle yngre stjerner har meget mere. Manglen på lithium i ældre stjerner skyldes tilsyneladende "blandingen" af lithium ind i stjernernes indre, hvor det bliver ødelagt,[34] mens lithium derimod produceres i yngre stjerner. Selvom det forvandles til toheliumatomer pga. kollision med enproton ved temperaturer på mere end 2,4 millioner grader Celsius (en temperatur som de fleste stjerner nemt kan opnå i deres indre), forekommer lithium oftere i stjerner af yngre dato end de fleste moderne beregninger ellers forudsiger.[15]
Selvom det var et af de tre første grundstoffer, der blev syntetiseret i Big Bang, er lithium, sammen medberyllium ogbor, betydeligt mindre udbredt end andre grundstoffer. Dette skyldes de lave temperaturer, der skal til for at ødelægge lithium, såvel som en mangel på almindelige processer til at producere det.[36]
Lithium findes også ibrune dværge og bestemte anormale orange stjerner. Dets tilstedeværelse i stjernernes spektre kan bruges i "lithiumtesten" til at differentiere mellem brune og røde dværge, idet lithium er til stede i de kølige brune dværge, men ødelægges i de varmererøde dværge.[15][37][38] Visse orange stjerner kan også indeholde en høj koncentration af lithium. De orange stjerner, der har en usædvanligt høj lithiumkoncentration (såsomCentaurus X-4), er i kredsløb omkring massive objekter — neutronstjerner eller sorte huller — hvis tyngdekraft tilsyneladende trækker tungere lithium til overfladen på en hydrogen-helium-stjerne, hvilket gør at mere lithium kan observeres.[15]
Selvom lithium distribueres omfattende på Jorden, forekommer det ikke naturligt i sin grundstofform på grund af dets høje reaktivitet.[5] Havvands overordnede lithiumindhold vurderes til gengæld at være meget højt, på omkring 230 milliarder ton, hvor grundstoffet eksisterer i en relativt konstant koncentration på 0,14 til 0,25ppm,[40][41] or 25micromolar;[42] med højere koncentrationer nærhydrotermiske væld (op til 7 ppm).[41]
Vurderingerne af lithiumindholdet i Jordensskorpe går fra 20 til 70 ppm efter vægt.[16] I overensstemmelse med sit navn udgør lithium en mindre del afmagmatiske bjergarter, hvoraf den største koncentration er igranit. Granitiskpegmatitter udgør også den største forekomst af lithium-indeholdende mineraler, hvorafspodumen ogpetalit er de mest kommercielt tilgængelige kilder.[16] Et andet vigtigt lithiummineral erlepidolit.[43] En nyere kilde til lithium erhectorit, som i øjeblikket kun aktivt udvindes af Western Lithium Corporation i USA.[44] Med 20 mg lithium prr kg af Jordens skorpe[45] er lithium det 25. mest forekommende grundstof. Skønt lithium findes i mange sten og nogle saltlage, er det et relativt sjældent grundstof, da det normalt kun findes i meget små koncentrationer. Der findes således relativt mange lithiummineral-depoter i jorden, men meget få af dem er af potentiel kommerciel værdi. Mange er meget små eller af for ringe kvalitet.[46]
US Geological Survey vurderede i 2010, at Chile havde langt de største lithiumreserver (7,5 millioner ton)[47] og den største årlige produktion (8.800 ton). En af de største lithium-"reservebaser"[note 1] erSalar de Uyuni-områder iBolivia, som har 5,4 millioner ton. Blandt andre store leverandører er Australien, Argentina og Kina.[39][48]
I juni 2010 rapporteredeNew York Times, at amerikanske geologer gennemførte jordundersøgelser påudtørredesaltsøer i det vestligeAfghanistan, da man mente, at der befandt sig en stor lithiumaflejring der. Ansatte hos Pentagon fortalte i den forbindelse, at deres oprindelige analyse af en lokation iGhazni-provinsen viste potentiale for lithiumaflejringer på størrelse med Bolivias.[49] Disse estimater er hovedsageligt baseret på gamle data, som blev indsamlet af Sovjetunionen under besættelsen af Afghanistan i perioden 1979–1989. Stephen Peters, chef for USGS's Afghanistan Minerals Project, udtalte, at han ikke var opmærksom påUSGS-involvering i nogle nye mineralundersøgelser i Afghanistan.[50]
Lithium findes i spormængder i mange planter, plankton og hvirvelløse dyr, i koncentrationer af 69 til 5.760ppb. Koncentrationen er lidt mindre i hvirveldyr, og næsten alle hvirveldyrs væv og kropsvæsker indeholder lithium på et niveau fra 21 til 763 ppb.[41] Marine organismer har en tendens til at bioakkumulere mere lithium end jordbaserede organismer.[51] Det er uvist, hvorvidt lithium har en fysiologisk rolle i nogle af disse organismer,[41] men ernæringsstudier hos pattedyr indikerer en vis vigtighed for helbredet og en klassifikation som essentielt sporstof med en anbefalet daglig tilførsel på omkring 1 mg/dag.[3] Observationsstudier i Japan rapporterede i 2011, at naturligt forekommende lithium i drikkevand kan forlænge menneskers liv.[4]
Arfwedson påviste senere, at dette samme grundstof var til stede i mineralernespodumen oglepidolit.[54] I 1818 varChristian Gmelin den første til at bemærke, at lithiumsalte giver en flamme en tydelig rød farve.[54][61] Både Arfwedson og Gmelin forsøgte (og fejlede i) at isolere det rene grundstof fra dets salte.[54][59][62] Det blev ikke isoleret før 1821, daWilliam Thomas Brande udvandt det vedelektrolyse aflithiumoxid i en proces, der tidligere var blevet anvendt af kemikeren SirHumphry Davy til at isolere alkalimetallerne kalium og natrium.[15][62][63][64][65] Brande beskrev også nogle rene lithiumsalte, såsom dets klorid, og vurderede lithiums atomvægt til at være på omkring 9,8 g/mol (moderne værdi ~6,94 g/mol), idet han vurderede, at lithia (lithiumoxid) indeholdt omkring 55 % metal.[66] I 1855 blev større mængder lithium produceret gennem elektrolyse aflithiumklorid afRobert Bunsen ogAugustus Matthiessen.[54][67] Opdagelsen af denne procedure førte til, at det tyske selskabMetallgesellschaft AG i 1923 påbegyndte en kommerciel lithiumproduktion ved at foretage elektrolyse af en flydende blanding af lithiumklorid ogkaliumklorid.[54][68][69]
Produktionen og anvendelsen af lithium har gennemgået flere drastiske forandringer igennem historien. Den første store anvendelse af lithium var som høj-temperaturslithiumfedt til flymotorer og lignende anvendelse under og efteranden verdenskrig. Denne brug blev blandt andet udbredt pga. det faktum, at lithium-baseretsæbe har et højere smeltepunkt end andre alkaliske sæber og er mindre korrosiv end calcium-baserede sæber. Leverandørerne til det lille marked for lithiumsæber og lithiumfedt var for det meste små mineoperationer, hovedsageligt i USA.
Efterspørgslen efter lithium voksede betragteligt under denkolde krig i takt med produktionen afkernefusionsvåben. Både lithium-6 og lithium-7 producerertritium, når de bestråles med neutroner, og er derfor nyttige til produktionen af tritium, såvel som som fast fusionsbrændstof til brug inde ihydrogenbomber i form aflithiumdeuterid. USA blev verdens ledende lithiumproducent i perioden mellem slutningen af 1950'erne og midten af 1980'erne. Til sidst nåede lithiumlageret omkring 42.000 ton lithiumhydroxid. Det lagrede lithium blev udtømt i lithium-6 med 75 %, hvilket var nok til at påvirke lithiums målteatomvægt i mange standardiserede kemikalier og selv lithiums atomvægt i nogle "naturlige kilder" til lithiumion, som var blevet "forurenet" af lithiumsalte udledt fra isotopseperationsfaciliteter, der var havnet i grundvandet.[32][70]
Lithium blev brugt til at sænke glas' smeltetemperatur og til at forbedrealuminiumoxids smelteadfærd ved brug afHall-Héroult-processen.[71][72] Disse to anvendelser dominerede lithiummarkedet frem til midten af 1990'erne. Efter slutningen påatomkapløbet sank efterspørgslen efter lithium, og det amerikanske energiministerium begyndte at sælge ud af deres lithiumlager på det åbne marked, hvilket drev prisen yderligere ned.[70] I midten af 1990'erne begyndte flere virksomheder dog at udvinde lithium frasaltlage, hvilket viste sig at være en billigere metode end minedrift i undergrunden. De fleste af minerne lukkede eller skiftede fokus til andre materialer, da kun malmen fra udlagt pegmatit kunne udvindes til en konkurrencedygtig pris. For eksempel lukkede de amerikanske miner nærKings Mountain,North Carolina, før årtusindeskiftet.
I det nye årtusinde øgede udviklingen aflithium-ion-batterier pludselig efterspørgslen efter lithium, og i 2007 blev det den altdominerende anvendelse af grundstoffet.[73] I kølvandet på den nye eksplosion i efterspørgsel udvidede nye virksomheder deres udvinding fra saltlage.[74][75]
Satellitbilleder fra Salar del Hombre Muerto, Argentina (venstre) ogUyuni, Bolivia (højre),saltsletter er rige på lithium. De lithium-rige saltlage koncentreres ved at pumpe det ind isaltfordampningsdamme (synlige i det venstre billede).
De identificerede lithiumreserver blev i 2008 afUS Geological Survey (USGS) vurderet til på verdensplan at indeholde 13 millioner ton,[39] selvom det dog er svært at måle lithiumreserver præcist.[78][79]
Der findes aflejringer iAndesbjergene i Sydamerika.Chile er den førende producent, fulgt afArgentina. Begge lande udvinder lithium fra saltlagspøle. I USA udvindes lithium hovedsageligt fra saltlagspøle iNevada.[13] Halvdelen af verdens kendte reserver ligger dog iBolivia, langs Andesbjergenes centrale østlige side. I 2009 forhandlede Bolivia med japanske, franske og koreanske virksomheder omkring at påbegynde udvikling.[80] Ifølge USGS indeholder BoliviasUyuni-ørken 5,4 millioner tons lithium.[80][81] En nyligt opdaget aflejring iWyoming'sRock Springs Uplift vurderes at indeholde 228.000 ton. Det er blevet ekstrapoleret frem til, at yderligere aflejringer i samme klippeformation kan indeholde op til 18 millioner ton.[82]
Der er uenighed omkring vækstpotentialet. Et studie fra 2008 konkluderede, at realistisk opnåelig lithiumcarbonat-produktion vil kun række til en lille fraktion af fremtidig efterspørgsel på det globalePHEV- ogEV-marked, at efterspørgsel fra den transportable elektronik-sektor vil absorbere meget af de planlagte produktionsstiginger i det næste årti, at masseproduktion af lithiumcarbonat ikke er miljømæssigt forsvarligt og vil forårsage uoprettelig økologisk skade på økosystemer, samt atliion-fremdriftssystemer er uforenelige med idéen om en 'grøn bil'.[48]
Omvendt fandt et studie fraLawrence Berkeley National Laboratory ogUniversity of California, Berkeley i 2011, at den nuværende vurderede reservebase af lithium ikke bør være en begrænsende faktor for batteriproduktion til elkøretøjer på stor skala, da man burde kunne bygge omkring 1 milliard 40kWh Li-baserede batteier med de nuværende reserver[83] - omkring 10 kg lithium pr. bil.[84] Et andet studie fra forskere fraUniversity of Michigan ogFord Motor Company i 2011 fandt, at der findes tilstrækkelige ressourcer til at understøtte global efterspørgsel frem til 2100, inklusive den lithium, der kræves til potentielt udbredt brug i transportsektoren. Studiet vurderede, at der på globalt plan findes 39 millioner ton lithimreserver, og at den samlede lithiumefterspørgsel i den 90-år-lange analyserede periode blev vurderet til 12-20 millioner ton afhængig af scenarierne vedrørende økonomisk vækst og genbrugsrater.[85]
9. juni 2014 skrevFinancialist, at lithiumefterspørgslen voksede med mere end 12 % om året; ifølge Credit Suisse overstiger denne rate den forventede tilgængelighed med 25 %. Udgivelsen sammenlignede lithiumsituationen anno 2014 med olie, hvor "højere oliepriser ansporede investering i dyre dybvands- og oliesands-produktionsteknikker"; det vil sige at prisen på lithium vil fortsætte med at stige indtil dyrere produktionsmetoder, der kan styrke det samlede output, kan vinde investorernes opmærksomhed.[86]
EfterFinanskrisen i 2007 droppede store leverandører såsomSociedad Química y Minera (SQM) prisen pålithiumcarbonat med 20 %.[87] Priserne steg igen i 2012. EnBusiness Week-artikel i 2012 beskrevoligopolet, der hersker indenfor lithiumproduktion: "SQM, kontrolleret af milliardæren Julio Ponce, er de næststørste, fulgt af Rockwood, som støttes af Henry Kravis’s KKR & Co., og Philadelphia-baserede FMC". Globalt forbrug kan komme op på 300.000 ton om året i 2020, fra omkring 150.000 ton i 2012, hvis man skal kunne matche efterspørgslen efter lithiumbatterier, der er vokset med omkring 25 % om året, og har overhalet den overordnede stigning i lithium på 4-5 %.[88]
En potentiel kilde ergeotermiske brønde. Geotermiske væsker transporterer perkolat til overfladen;[89] generhvervelse af lithium er blevet demonstreret i feltet.[90] Lithium separeres ved simpel filtrering. Processen og miljømæssige omkostninger stammer hovedsageligt fra den allerede-eksisterende brønd, og nettopåvirkningen af miljøet kan således være positiv.[91]
Pr. 2015 sker størstedelen af verdens lithiumproduktion i Sydamerika, hvor saltlage indeholdende lithium udvindes fra underjordiske pøle og koncentreret fordampning via Solen. I 2010 blev Simbol Materials bevilliget $3 millioner fra det amerikanske energiministerium til et pilotprojekt, der skulle vise, hvorvidt udvinding af højkvalitets-lithium frageotermiske saltlage er finansielt gennemførligt. Projektet anvender saltlage fra de 49,9-megawatt geotermiske kraftværk Featherstone i CaliforniensImperial Valley. Den udvundne væske sendes gennem en række membraner, filtre og adsorberingsmaterialer for at udvinde lithium.[93] Den almindelige udvindingsteknik består i at fordampe vand fra saltlagene. Hver udvinding tager 18 til 24 måneder.[92]
I 2015 bekendtgjorde forskere en ny havvands-udvindingsproces ved brug afdialyse. Dialysecellen bruger en superledendemembran, og lithium er det eneste ion i havvandet, der kan passere igennem membranen.[92]
Lithiumoxid er ofte anvendt somflux til at forarbejdesilica, reducere materialetssmeltepunkt ogviskositet og føre tilglasur med forbedrede fysiske egenskaber, heriblandt lave koefficienter for termisk udvidelse. På verdensplan er dette den enkeltstående største anvendelse af lithiumforbindelser.[94][95] Glasur indeholdende lithiumoxider anvendes til ovnfaste fade.Lithiumcarbonat (Li2CO3) anvendes generelt til dette, da det konverterer til et oxid ved opvarmning.[96]
Den tredjestørste anvendelse af lithium er i smørefedt. Lithiumhydroxid er en stærkbase og producerer, når det opvarmes med et fedtstof, en sæbe af lithiumstearat. Lithiumsæbe kanfortykke olier og bruges til at fremstille generelt anvendeligt, høj-temperaturssmørefedt.[13][99][100]
Lithium (i form af eksempelvis lithiumcarbonat) anvendes som et tilsætningsstof vedkontinuert støbning, hvor det øger fluiditet.[101][102] Det står for 5 % af det globale lithiumforbrug (2011).[39] Lithiumforbindelser anvendes også som tilsætningsstoffer (fluxes) tilstøbesand til støbejern for at reducere marmorering.[103]
Lithium (somlithiumfluorid) anvendes som tilsætningsstof til aluminiumsmeltere (Hall–Héroult-processen) for at reducere smeltetemperatur og øge elektrisk modstand,[104] hvilket står for 3 % af produktionen (2011).[39]
Når det bruges somflux tilsvejsning ellerlodning fremmer metallisk lithium sammensmeltningen af metaller under processen[105] og eliminerer dannelsen afoxider ved at absorberer urenheder.[106]
Lithium har vist sig at være effektivt til at assistere med perfektionen af silicium-nanosvejsninger i elektroniske komponenter til elektriske batterier og andre enheder.[108]
Lithiumklorid oglithiumbromid erhygroskopiske og anvendes somtørremiddel til gasstrømme.[13] Lithiumhydroxid oglithiumperoxid er de salte, der oftest bruges i aflukkede miljøer, såsom ombort pårumskibe elleru-både, til fjernelse af kuldioxid og rensning af luften. Lithiumhydroxid absorbererkuldioxid fra luften ved at danne lithiumcarbonat og foretrækkes frem for andre alkaliske hydroxider på grund af dets lave vægt.
Lithiumperoxid (Li2O2) reagerer i tilstedeværelsen af fugt ikke kun med carbondioxid for at danne lithiumcarbonat, men udleder også oxygen.[111][112] Reaktionen sker således:
Lithiumfluorid, dyrket kunstigt somkrystal, er klart og gennemsigtigt og bruges ofte indenfor specialiseret optik, der anvenderIR,UV og VUV (vakuum-UV). Ud af de fleste almindelige materialer er det et af de, der har lavestbrydningsradius og længst transmissionsrækkevidde i den dybe UV.[114] Fint delt lithiumfluorid-pulver er blevet brugt tiltermoluminiscente radioaktivitetsdosimetre (TLD): når det udsættes for radioaktivitet, akkumulerer detkrystallografiske defekter, som, når de varmes op, løser sig ved at udgive et blåligt lys, hvis intensitet er proportionel med denabsorberede dosis, hvilket gør det muligt at kvantificere det.[115] Lithiumfluorid anvendes somme tider iteleskopers fokallinser.[13][116]
Mange andre lithiumforbindelser bruges som reagenser til at forberede organiske forbindelser. Blandt populære forbindelser erlithiumaluminiumhydrid (LiAlH4), lithiumtriethylborohydrid,n-Butyllithium ogtert-butyllithium, der ofte bruges som ekstremt stærke baser kaldetsuperbaser.
Affyringen af en torpedo ved brug af lithium som brændstof
Mark 50-torpedoens "stored chemical energy propulsion system" (SCEPS) anvender en lille tank medsvovlhexafluoridgas, som sprøjtes over en blok fast lithium. Reaktionen genererer varme og skaberdamp til at drive torpedoen i et lukketRankine-cyklus.[124]
Lithiumdeuterid blev brugt som brændstof i brintbombenCastle Bravo.
Lithiumdeuterid var det foretruknefusionsbrændstofl i tidlige versioner af brintbomben. Når de bombarderes afneutroner, producerer både6Li og7Litritium — denne reaktion, som ikke var fuldt forstået, da brintbomber oprindeligt blev testet, var ansvarlig for den fuldstændigt overvældende effekt afprøvesprængningenCastle Bravo. Tritium fusionerer meddeuterium i enfusionsreaktion, der er relativt nem at opnå. Selvom detaljerne er klassificerede, spiller lithium-6-deuterid tilsyneladende fortsat en rolle som fusionsmateriale i moderneatomvåben.[128]
Lithiumfluorid danner, når det er stærkt beriget i lithium-7-isotopen, den grundlæggende bestanddel i fluor-saltblandingen LiF-BeF2, der anvendes iatomreaktorer med flydende fluor. Lithiumfluorid er usædvanligt kemisk stabilt, ogLiF-BeF2-blandinger har lavt smeltepunkt. Herudover er7Li, Be og F blandt de fånuklider, der har så lavtneutron-tværsnit, at de ikke forgifter fissionsreaktionerne inde i kernefissionsreaktoren.[note 2][129]
I konceptualiseret (hypotetisk) kernefusions-kraftværker vil lithium blive brugt til at producere tritium imagnetisk indesluttede reaktorer ved brug afdeuterium ogtritium som brændstof. Naturligt forekommende tritium er ekstremt sjældent og skal produceres syntetisk ved at lægge et 'tæppe' med lithium omkring den reagerendeplasma, så neutronerne fra deuterium-tritium-reaktionen i plasmaet vil fissionere lithiummet og producere mere tritium:
6Li + n →4He +3T.
Lithium bruges også som en kilde tilalfapartikler ellerheliumkerner. Når7Li bombarderes med accelereredeprotoner, dannes8Be, som gennemgår fission for at danne to alfapartikler. Dette, der tidligere blev kaldt at "opsplitte atomet", var den første 100 % menneskeskabtekernereaktion. Den blev produceret afCockroft ogWalton i 1932.[130][131]
I 2013 bekendtgjorde det amerikanskeGovernment Accountability Office, at en mangel på lithium-7, der var kritisk for driften af 65 ud af 100 amerikanske kernereaktorer, “placerer deres evne til at fortsætte med at levere elektricitet i en vis risiko”. Problemet stammer fra forfaldet i den amerikanske kernekrafts infrastruktur. Det udstyr, der kræves for at separere lithium-6 fra lithium-7, er hovedsageligt efterladenskaber fra denkolde krig. USA lukkede det meste af dette maskineri ned i 1963, da man havde et enormt overskud af separeret lithium, men dette er efterfølgende blevet forbrugt igennem størstedelen af det 20. århundrede. Rapporten meldte om at det ville tage fem år og 10-12 millioner dollars at genetablere evnen til at separere lithium-6 fra lithium-7.[132]
Reaktorer, der anvender lithium-7, opvarmer vand ved højt tryk og overfører varmen gennemvarmeoverførsel, der er sårbar forkorrosion. Reaktorerne anvender lithium til at modvirke de korrosive effekter fraborsyre, der føjes til vandet for at absorbere overskydende neutroner.[132]
Lithium erkorrosivt og kræver særlig håndtering for at undgå kontakt med huden. Indånding af lithiumstøv eller lithiumforbindelser (som ofte er alkaliske)irriterer til at begynde mednæse og hals, men større udsættelse kan forårsage opbygning af væske i lungerne, og føre tillungeødem. Selve metallet er ligeledes farligt, da kontakt med fugt producerer det kaustiske lithiumhydroxid. Lithium opbevares sikkert i ikke-reaktive forbindelser såsomnafta.[137]
Transport og forsendelse af nogle typer lithiumbatterier kan være forbudt om bord på visse typer transport (særligt fly) på grund af de fleste typer lithiumbatteriers evne til meget hurtigt at aflade, når dekortslutter, hvilket kan føre til overophedning og muligeksplosion i en proces, der kaldestermisk runaway. De fleste lithiumbatterier til almindeligt forbrug har indbygget beskyttelse mod termisk overbelastning for at forhindre denne type hændelser eller er på anden vis designet til at begrænse kortsluttende strøm. Interne kortslutninger fra fabrikationsfejl eller fysisk skade kan dog stadig føre til spontan termisk runaway.[140][141]
^abBilagArkiveret 6. november 2011 hosWayback Machine. Pr. USGS' definitioner kan reservebasen omfatte de dele af ressourcen som har et rimeligt potentiale for at blive økonomisk rentabelt indenfor planlægningshorisonter, der ligger fjernere end de, der antager gennemprøvet teknologi og nuværende økonomi. Reservebaserne omfatter de ressourcer, der i øjeblikket er økonomiske (reserver), marginalt økonomiske (marginalreserver) og nogle af de der i øjeblikket er subøkonomiske (subøkonomiske ressourcer)."
^Beryllium og fluor forekommer begge kun som en isotop, hhv.9Be og19F. Disse to er, sammen med7Li, såvel som2H,11B,15N,209Bi og O og C's stabile isotoper, de eneste nuklider (bortset fraactiniderne), der har neutron-tværsnit lave nok til at kunne fungere som centrale bestanddele i forædler i brændstof til smeltesaltreaktorer.
^abSchrauzer, GN (2002). "Lithium: Occurrence, dietary intakes, nutritional essentiality".Journal of the American College of Nutrition.21 (1): 14-21.doi:10.1080/07315724.2002.10719188.PMID11838882.
^"THERMO"(PDF). Arkiveret fra originalen den 21. februar 2014. Hentet 28. juni 2016.{{cite web}}: CS1-vedligeholdelse: Uegnet url (link)
^abcdefgEmsley, John (2001).Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press.ISBN0-19-850341-5.
^abcdKamienski, Conrad W.; McDonald, Daniel P.; Stark, Marshall W.; Papcun, John R. (2004). "Lithium and lithium compounds".Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. John Wiley & Sons, Inc.doi:10.1002/0471238961.1209200811011309.a01.pub2.
^"XXIV.—On chemical analysis by spectrum-observations".Quarterly Journal of the Chemical Society of London.13 (3): 270. 1861.doi:10.1039/QJ8611300270.
^Sonzogni, Alejandro."Interactive Chart of Nuclides". National Nuclear Data Center: Brookhaven National Laboratory. Arkiveret fraoriginalen 20. december 2018. Hentet 6. juni 2008.
^Seitz, H.M.; Brey, G.P.; Lahaye, Y.; Durali, S.; Weyer, S. (2004). "Lithium isotopic signatures of peridotite xenoliths and isotopic fractionation at high temperature between olivine and pyroxenes".Chemical Geology.212 (1-2): 163-177.doi:10.1016/j.chemgeo.2004.08.009.
^Moores, S. (juni 2007). "Between a rock and a salt lake".Industrial Minerals.477: 58.
^Taylor, S. R.; McLennan, S. M.; The continental crust: Its composition and evolution, Blackwell Sci. Publ., Oxford, 330 pp. (1985).
^Garrett, Donald (2004)Handbook of Lithium and Natural Calcium, Academic Press, cited inThe Trouble with Lithium 2, Meridian International Research (2008)
^Chassard-Bouchaud, C; Galle, P; Escaig, F; Miyawaki, M (1984). "Bioaccumulation of lithium by marine organisms in European, American, and Asian coastal zones: microanalytic study using secondary ion emission".Comptes rendus de l'Academie des sciences. Serie III, Sciences de la vie.299 (18): 719-24.PMID6440674.
^Berzelius (1817)."Ein neues mineralisches Alkali und ein neues Metall" [A new mineral alkali and a new metal].Journal für Chemie und Physik.21: 44-48. Fra p. 45:"HerrAugust Arfwedson, ein junger sehr verdienstvoller Chemiker, der seit einem Jahre in meinem Laboratorie arbeitet, fand bei einer Analyse des Petalits von Uto's Eisengrube, einen alkalischen Bestandtheil, … Wir haben esLithion genannt, um dadurch auf seine erste Entdeckung im Mineralreich anzuspielen, da die beiden anderen erst in der organischen Natur entdeckt wurden. Sein Radical wird dann Lithium genannt werden." (Hr.August Arfwedson, en ung, meget fortjenstfuld kemiker, som har arbejdet i mit laboratorie i et år, fandt under en analyse af petalit fra Utos jernmine, en alkalisk forbindelse … Vi har navngivet denlithion, for dermed at hentyde til den som den første opdagelse i mineralriget, siden de to andre første blev opdaget i organisk natur. Dets radikal vil derefter blive navngivet "lithium".)
^Gmelin, C. G. (1818)."Von dem Lithon" [On lithium].Annalen der Physik.59: 238-241.p. 238 Es löste sich in diesem ein Salz auf, das an der Luft zerfloss, und nach Art der Strontiansalze den Alkohol mit einer purpurrothen Flamme brennen machte.
^Deberitz, Jürgen; Boche, Gernot (2003). "Lithium und seine Verbindungen - Industrielle, medizinische und wissenschaftliche Bedeutung".Chemie in unserer Zeit.37 (4): 258-266.doi:10.1002/ciuz.200300264.
^Bauer, Richard (1985). "Lithium - wie es nicht im Lehrbuch steht".Chemie in unserer Zeit.19 (5): 167-173.doi:10.1002/ciuz.19850190505.
^The Theory and Practice of Mold Fluxes Used in Continuous Casting: A Compilation of Papers on Continuous Casting Fluxes Given at the 61st and 62nd Steelmaking Conference, Iron and Steel Society
^Lu, Y. Q.; Zhang, G. D.; Jiang, M. F.; Liu, H. X.; Li, T. (2011). "Effects of Li2CO3 on Properties of Mould Flux for High Speed Continuous Casting".Materials Science Forum. 675-677: 877-880.doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.675-677.877.
^Haupin, W (1987), Mamantov, Gleb; Marassi, Roberto (red.), "Chemical and Physical Properties of the Hall-Héroult Electrolyte",Molten Salt Chemistry: An Introduction and Selected Applications, Springer, s. 449
^Mulloth, L.M. & Finn, J.E. (2005). "Air Quality Systems for Related Enclosed Spaces: Spacecraft Air".The Handbook of Environmental Chemistry. Vol. 4H. s. 383-404.doi:10.1007/b107253.
^Yurkovetskii, A. V.; Kofman, V. L.; Makovetskii, K. L. (2005). "Polymerization of 1,2-dimethylenecyclobutane by organolithium initiators".Russian Chemical Bulletin.37 (9): 1782-1784.doi:10.1007/BF00962487.
^Quirk, Roderic P.; Cheng, Pao Luo (1986). "Functionalization of polymeric organolithium compounds. Amination of poly(styryl)lithium".Macromolecules.19 (5): 1291-1294.Bibcode:1986MaMol..19.1291Q.doi:10.1021/ma00159a001.
^Hughes, T.G.; Smith, R.B. & Kiely, D.H. (1983). "Stored Chemical Energy Propulsion System for Underwater Applications".Journal of Energy.7 (2): 128-133.doi:10.2514/3.62644.
^Yacobi S; Ornoy A (2008). "Is lithium a real teratogen? What can we conclude from the prospective versus retrospective studies? A review".Isr J Psychiatry Relat Sci.45 (2): 95-106.PMID18982835.
^Lieb, J; Zeff (1978). "Lithium treatment of chronic cluster headaches".The British Journal of Psychiatry.133 (6): 556-558.doi:10.1192/bjp.133.6.556.
_MK-50_Torpedo_is_launched_from_guided_missile_destroyer_USS_Bulkeley_(DDG_84).jpg)
