لیتیوم

lithium

لیتیوم (Li=Lithium)، عنصر شیمیایی گروه 1 در جدول تناوبی است، این گروه شامل فلزات قلیایی و سبک‌ترین عناصر جامد است. این فلز نرم، سفید و درخشنده است و چندین آلیاژ و ترکیب از آن در مقیاس صنعتی تولید می‌شود.

نحوه تولید لیتیوم:

در سال 1817 توسط شیمی‌دان سوئدی یوهان آگوست آرفودسون در پتالیت معدنی کشف شد. این فلز در رسوبات آب‌های شور و همچنین در نمک چشمه‌های معدنی یافت می‌شود. غلظت آن در آب دریا 0.1 قسمت در میلیون (ppm) است.

لیتیـوم همچنین در سنگ معدنی پگماتیت مانند اسپودومن (LiAlSi2O6) و لپیدولیت (با ساختار متفاوت) یا در سنگ‌های آمبلیگونیت (LiAlFPO4) یافت می‌شود که میزان Li2O بین 4 تا 8.5 درصد است. این عنصر تقریباً 0.002 درصد پوسته زمین را تشکیل می‌دهد.

از آنجا که ولتاژ تجزیه لیتیوم کلرید در مقایسه با پتاسیم کلرید کمتر است، لیتیوم در سطح خلوص بیشتر از 97 درصد رسوب می‌کند. آندهای گرافیتی در تولید الکترولیتی لیتیوم استفاده می‌شوند، در حالی که کاتدهای مورد استفاده از جنس فولاد هستند.

لیتیـوم خالص تشکیل شده در کاتد در سطح الکترولیت برای تشکیل یک مخزن مذاب، که توسط یک نوار نازک از الکترولیت در برابر واکنش با هوا محافظت می‌شود. لیتیـوم از سلول برداشته شده و در قالب در دمای فقط کمی بالاتر از نقطه ذوب ریخته می‌شود و الکترولیت جامد شده را به جا می‌گذارد.

لیتیـوم جامد شده مجدداً ذوب می‌شود و مواد نامحلول در مواد مذاب ریا به روی سطح شناور می‌شوند و یا در پایین مخزن مذاب ته‌نشین می‌شوند. در مرحله ذوب مجدد مقدار پتاسیم به کمتر از 100 قسمت در میلیون کاهش می‌یابد.

تولید کنندگان لیتیوم:

تا دهه 1990، بازار شیمیایی و فلزی لیتیـوم تحت تأثیر تولیدات آمریکایی از ذخایر معدنی بود. اما در قرن بیست و یکم اکثر تولیدات از منابع تولیدی غیر از ایالات متحده حاصل می‌شد. استرالیا، شیلی و پرتغال بزرگ‌ترین تأمین‌کنندگان جهان هستند. (بولیوی نیمی از ذخایر جهان را دارد اما تولید کننده عمده این محصول نیست).

فرم رایج تجاری آن کربنات لیتیوم Li2CO3 است که توسط سنگ معدن یا سنگ نمک توسط فرآیندهای مختلف تولید می‌شود. علاوه بر این اسید هیدروکلریک (HCl) لیتیـوم کلرید را تولید می‌کند، همان ترکیبی است که برای تولید فلز لیتیـوم توسط الکترولیز استفاده می‌شود.

این فلز توسط الکترولیز مخلوط مذاب کلرید لیتیوم و کلرید پتاسیم تولید می‌شود.

نقطه ذوب پایین مخلوط (400-420 درجه سانتی‌گراد، یا 750-790 درجه فارنهایت) در مقایسه با لیتیـوم کلرید خالص (610 درجه سانتی‌گراد، یا 1130 درجه فارنهایت) عملکرد دمای پایین‌تر الکترولیز را مجاز می‌کند.

فلز لیتیـوم، که می‌تواند به سیم جذب شود و به صورت ورقه‌ای پیچیده شود، از جنس سرب نرم‌تر اما سخت‌تر از سایر فلزات قلیایی است و از ساختار کریستالی مکعبی برخوردار است.

بسیاری از آلیاژهای لیتیـوم مستقیماً با الکترولیز نمک‌های مذاب تولید می‌شوند، حاوی کلرید لیتیـوم در حضور کلرید دوم هستند. یا با استفاده از مواد کاتدی که با لیتیـوم رسوبی ارتباط متقابل دارند و سایر عناصر را وارد مایع مذاب می‌کنند.

کاربرد لیتیوم

کاربردها:

کاربردهای اصلی صنعتی برای فلز لیتیـوم در متالورژی است. جایی که از عنصر فعال به عنوان اسکاونجر (حذف‌کننده ناخالصی‌ها) در پالایش فلزاتی مانند آهن، نیکل، مس و روی و آلیاژهای آن‌ها استفاده می‌شود.

انواع زیادی از عناصر غیر فلزی توسط آن از جمله:

  • اکسیژن
  • هیدروژن
  • ازت
  • کربن
  • گوگرد
  • هالوژن‌ها

تصفیه می‌شوند.

لیتیـوم در واکنش‌های آزمایشگاهی و از نظر صنعتی به میزان قابل توجهی در سنتزهای آلی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یک معرف کلیدی که در مقیاس بزرگ از نظر تجاری تولید می‌شود ان-بوتیل لیتیوم C4H9Li است. کاربرد اصلی تجاری آن به عنوان آغازگر پلیمریزاسیون، به عنوان مثال در تولید لاستیک (کائوچو) مصنوعی است. همچنین در تولید سایر مواد شیمیایی آلی بخصوص مواد دارویی کاربرد فراوانی دارد. به دلیل وزن سبک و پتانسیل الکتروشیمیایی منفی زیاد، فلز لیتیوم خالص یا در حضور عناصر دیگر، در بسیاری از باتری‌های لیتیومی غیر قابل شارژ به‌عنوان آند (الکترود منفی) عمل می‌کند.

از اوایل دهه 1990 کار زیادی روی باتری‌های قابل شارژ لیتیومی قابل شارژ برای وسایل نقلیه برقی و ذخیره انرژی انجام شده است. موفق‌ترین آن‌ها جداسازی آندی و کاتدی مانند LiCoO2 توسط یک پلیمر هادی بدون حلال است که امکان مهاجرت کاتیون لیتیـوم Li + را فراهم می‌کند. باتری‌های لیتیومی قابل شارژ کوچک‌تر به طور گسترده‌ای برای تلفن‌های همراه، دوربین‌ها و سایر دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود.

آلیاژهای لیتیوم-منیزیم سبک و آلیاژهای لیتیـوم آلومینیوم سخت، سخت‌تر از آلومینیوم هستند و دارای کاربردهای ساختاری در صنعت هوافضا و سایر صنایع هستند. از لیتیوم فلزی در تهیه ترکیباتی مانند لیتیـوم هیدرید استفاده می‌شود.

خواص شیمیایی:

در مورد بسیاری از خواص، لیتیـوم همان ویژگی‌های فلزات قلیایی سدیم و پتاسیم را دارد. بنابراین لیتیـوم، که روی آب شناور است با آن بسیار واکنش‌پذیر است و محلول‌های هیدروکسیدی قوی را تشکیل می‌دهد، لیتیوم هیدروکسید (LiOH) و گاز هیدروژن را به همراه دارد. لیتیـوم تنها فلز قلیایی است که آنیون، Li− را در محلول یا در حالت جامد تشکیل نمی‌دهد.

لیـتیوم از نظر شیمیایی فعال است و به راحتی یکی از سه الکترون خود را از دست می‌دهد تا ترکیباتی را که حاوی کاتیون Li + هستند تشکیل شود. کربنات لیتیوم (Li2CO3) خاصیت قابل توجهی از حلالیت معکوس (برگشت‌دهنده) را نشان می‌دهد و در آب گرم نسبت به آب سرد کمتر محلول است.

لیـتیوم و ترکیبات آن رنگ زرشکی به شعله می‌دهند، که اساس آزمایش برای حضور آن است. این ماده معمولاً در روغن معدنی نگه‌داری می‌شود زیرا با رطوبت موجود در هوا واکنش نشان می‌دهد.

ترکیبات ارگانولیتیوم، که در آن اتم لیـتیوم به عنوان یون Li + وجود ندارد اما مستقیماً به یک اتم کربن متصل است. در ساخت سایر ترکیبات آلی مفید هستند.

بوتیل لیتیوم (C4H9Li)، که در ساخت لاستیک مصنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با واکنش بوتیل بروماید (C4H9Br) با لیتیـوم فلزی تهیه می‌شود.

ترکیبات لیتیوم:

از بسیاری جهات لیتیوم شباهت‌هایی با عناصر گروه قلیایی خاکی به ویژه منیزیم که شعاع اتمی و یونی مشابه دارند، نشان می‌دهد. این شباهت در خاصیت اکسیداسیون مشاهده می‌شود، در این حالت مونوکسید به طور عادی تشکیل می‌شود. واکنشهای ترکیبات ارگانولیتیوم نیز مشابه واکنشگر گرینیارد (یکی از معروف‌ترین اعضای طبقهٔ گسترده‌ای از اجسام، موسوم به ترکیبات آلی فلزی است) ترکیبات ارگانومگنزیوم، یک روش مصنوعی استاندارد در شیمی آلی است.

تعدادی از ترکیبات لیتیومی کاربردهای عملی دارند. لیتیوم هیدرید (LiH) یک جامد کریستالی خاکستری است که با ترکیب مستقیم عناصر تشکیل‌دهنده در دماهای بالا تولید می‌شود و یک منبع برای هیدروژن است و مستقیماً گاز را پس از تیمار با آب آزاد می‌کند. همچنین از این ماده برای تولید هیدرید آلومینیوم لیتیـوم (LiAlH4) استفاده می‌شود که به سرعت باعث کاهش آلدهیدها، کتون‌ها و استرهای کربوکسیلیک در الکل‌ها می‌شود.

هیدروکسید لیتیـوم (LiOH)، که معمولاً با واکنش لیتیـوم کربنات با آهک حاصل می‌شود، در ساخت نمک‌های لیتیـوم (صابون‌ها) از استئاریک و سایر اسیدهای چرب استفاده می‌شود. این صابون‌ها به طور گسترده‌ای به عنوان ضخیم‌کننده‌ها در گریس‌های روان‌کننده استفاده می‌شوند.

هیدروکسید لیتیـوم همچنین به عنوان ماده افزودنی در الکترولیت باتری‌های قلیایی ذخیره‌شده و به عنوان جاذب دی‌اکسید کربن مورد استفاده قرار می‌گیرد. از دیگر ترکیبات مهم صنعتی می‌توان به لیتیوم کلراید (LiCl) و لیتیوم بروماید (LiBr) اشاره کرد. آن‌ها نمک‌های غلیظی تشکیل می‌دهند که قادر به جذب رطوبت هوا در طیف گسترده‌ای از دماها هستند. این سنگ‌های معدنی معمولاً در سیستم‌های بزرگ برودتی و تهویه مطبوع به کار می‌روند. فلوراید لیتیوم (LiF) به عنوان ماده ضد عفونی‌کننده در میناکاری و صنعت شیشه استفاده می‌شود.

ویژگی‌های اتمی لیتیوم:

لیتیـوم که هیچ رادیو اکتیویته طبیعی ندارد، دارای دو ایزوتوپ از جرم شماره 6 (92.5 درصد) و 7 (7.5 درصد) است. نسبت لیتیوم7 به لیتیوم6 بین 12 و 13 است.

لیتیـوم در سال 1932 به‌عنوان فلز هدف در کار پیشگام فیزیک‌دان انگلیسی جان داگلاس کاکرافت و فیزیک‌دان ایرلندی ارنست والتون در انتقال هسته توسط ذرات اتمی شتاب مصنوعی مورد استفاده قرار گرفت. هر هسته لیتیوم که یک پروتون را جذب می‌کند، به دو هلیوم هسته‌ای تبدیل می‌شود. بمباران لیتیوم6 با نوترون‌های کند باعث تولید هلیوم و تریتیوم می‌شود. این واکنش منبع اصلی تولید تریتیوم است.

تریتیوم تولید شده در ساخت بمب هیدروژنی به کار می‌رود. از جمله کاربردهای دیگر می‌توان به تهیه ایزوتوپ هیدروژن رادیواکتیو برای تحقیقات بیولوژیکی اشاره کرد.

لیتیـوم به عنوان یک مایع انتقال حرارت برای راکتورهای هسته‌ای با چگالی توان بالا دارای ارزش بالقوه است. ایزوتوپ لیتیوم7، یعنی ایزوتوپ پایدار متداول، دارای یک مقطع هسته‌ای کم است (یعنی نوترون‌ها را بسیار ضعیف جذب می‌کند). در نتیجه پتانسیل دارد به عنوان یک مبرد اولیه برای راکتورهای هسته‌ای که در آن دمای خنک‌کننده بالاتر از 800 درجه سانتی‌گراد است (1500 درجه فارنهایت) استفاده شود. ایزوتوپ‌های لیتیوم8 (نیمه عمر 0.855 ثانیه) و لیتیوم9 (نیمه عمر 0.17 ثانیه) با بمباران هسته‌ای تولید شده‌اند.

خصوصیات بیولوژیکی لیتیوم:

وجود گسترده لیتیـوم در گیاهان منجر به توزیع گسترده این عنصر در حیوانات می‌شود. نمک‌های لیتیـوم هنگام جذب در بدن اثرات پیچیده‌ای دارند. آن‌ها سمیت بالایی ندارند، اگرچه سطح بالای آن می‌تواند کشنده باشد.

استفاده از نمک‌های لیتیـوم و آب معدنی حاوی آن‌ها برای درمان نقرس (ناموفق) و برای جلوگیری از افسردگی (موفق) به نیمه آخر قرن نوزدهم می‌رسد. اما در اوایل قرن بیستم به بدنامی در زمینه پزشکی دچار شد. استفاده از کربنات لیتیوم برای درمان افسردگی دوقطبی (که به عنوان اختلال دوقطبی نیز شناخته می‌شود) در سال 1954 از نظر بالینی نشان داده شد. ترس از سمیت لیتیـوم تجویز آن را برای سال‌ها به تعویق انداخت، اما اکنون داروی اصلی برای درمان اختلال دو قطبی و برای مراقبت‌های درمانی در بیماران دو قطبی است.

سایر محصولات: روغن‌های گیاهی

سیدی

سایر مقالات:

اختلالات پوستی
بطری پلاستیکی آب
مقایسه ویتامین K و پتاسیم
روغن ماساژ کودک

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

12 − 9 =

Call Now Buttonبرای مشاوره تماس بگیرید