A lítium a periódusos rendszer I. főcsoportjába, az alkálifémek közé tartozó kémiai elem. Vegyjele Li, rendszáma 3. Elnevezése a görög λίθος (lithosz, kő) szóból ered. Régies magyar elnevezése lavany. Elemi állapotban lágy, ezüstfehér színű fém. Szabványos hőmérsékleten és nyomáson a lítium a legkisebb atomtömegű fém és a legkisebb sűrűségű szilárd elem. Mint minden alkálifém, erősen reaktív és gyúlékony, emiatt jellemzően ásványi olajba merítve tárolják. Amikor felvágják, a lítium fémesen csillog, de a nedves levegővel érintkezve a felület gyorsan tompa ezüstszürkévé, majd feketévé korrodálódik. Mivel erősen reaktív, a természetben elemi állapotban nem található meg, csak vegyületeiben fordul elő, amelyek általában ionosak. A lítium számos pegmatit ásványban előfordul, de a lítiumion oldhatósága miatt jelen van az óceánokban is, ennek okán gyakorta állítják elő telített sósvízből és agyagból. Az iparban lítium-klorid és kálium-klorid keverékének elektrolízisével különítik el és állítják elő.
A lítium atommagok az instabilitás peremén léteznek, mivel a természetben megtalálható két stabil izotópjában az egy nukleonra jutó kötési energiája a stabil nuklidok között a legalacsonyabbak közé tartozik. Atommagjának viszonylagos instabilitása következtében a periódusos rendszer első 32 eleme közül csak a 26. leggyakoribb a Naprendszerben, annak ellenére, hogy atomtömege rendkívül kicsi.Számadatok: Grafikusan ábrázolva :File:SolarSystemAbundances.jpg Hasonló okokból kifolyólag a lítiumot szoros szálak fűzik a magfizikához. A lítiumatomok héliummá történő átalakítása (transzmutálása) volt az első teljes egészében ember által kiváltott nukleáris reakció (1932-ben), míg a lítium-6-deuterid fúziós üzemanyagként szolgál a többfázisú termonukleáris fegyverekben.Nuclear Weapon Design . Federation of American Scientists (1998-10-21). fas.org
A lítiumot és vegyületeit számos ipari alkalmazásban használják, beleértve a hőálló üvegeket és kerámiákat, a repülőgépiparban használt ötvözeteket (nagy szilárdság, kis tömeg), a lítiumelemeket és a lítiumion-akkumulátorokat. A teljes lítium termelésnek több, mint a felét ezek az alkalmazások igénylik.
A lítium nyomokban minden élőlényben megtalálható. Az elemnek nincs szerepe semmilyen láthatóan létfontosságú biológiai folyamatban, mivel az állatok és a növények lítiummentes környezetben is egészségesek maradnak. A nem létfontosságú funkciók azonban nem zárhatók ki. A lítiumion (Li+) különféle sói formájában adagolva hasznos hangulatstabilizálónak bizonyult a bipoláris zavarban szenvedők kezelésekor, köszönhetően az ion emberi szervezetben kifejtett neurológiai hatásainak (lásd: lítiumterápia).
Tulajdonságai Fizikai jellemzők bélyegkép|balra|220px|Paraffinolajban tárolt lítium bélyegkép|balra|220px|Lítium, a felszínén vékony fekete nitrid réteggel
A többi alkálifémhez hasonlóan a lítiumnak is egyetlen vegyértékelektronja van, amelynek leadásával könnyen kationt képez. Emiatt jó villamos- és hővezető, valamint nagyon reakcióképes elem, habár az alkálifémek közül a legkevésbé reaktív. Más alkálifémekhez képest kisebb reaktivitása annak köszönhető, hogy a vegyértékelektronja közel helyezkedik el az atommagjához (a fennmaradó két elektron a lítium 1s héján helyezkedik el, és emiatt sokkal alacsonyabb energiájú, így ezek nem vesznek részt a kémiai kötésekben).
A fém lítium elég puha ahhoz, hogy késsel vágható legyen. Amikor felvágják, ezüstfehér színű és fémes csillogású, ám az oxidáció miatt gyorsan elszürkül, elfeketedik. Bár a fémek között az egyik legalacsonyabb olvadáspontú elem (), olvadás- és forráspontja az alkálifémek közt a legmagasabb.
A lítium sűrűsége nagyon kicsi, mindössze , a fenyőfáéhoz hasonló. A szobahőmérsékleten szilárd elemek közt a legkisebb sűrűségű, a következő legkönnyebb szilárd elem – a kálium – több, mint 60%-kal sűrűbb (). Ezen túlmenően a héliumot és hidrogént leszámítva könnyebb, mint bármely folyékony elem, sűrűsége csupán ⅔-a a folyékony nitrogénének ().Az összes gáz-halmazállapotú elem sűrűsége elérhető az Airliquide.com weboldalon. A lítium úszik a legkönnyebb szénhidrogén olajok felszínén is, és egyike annak a három fémnek, amelyek képesek úszni a vízen (a másik kettő a nátrium és a kálium).
A lítium hőtágulási együtthatója kétszerese az alumíniuménak és négyszerese a vasénak. Normál nyomáson alatt, illetve nagyon magas nyomáson (>) már valamivel magasabb hőmérsékleten (több mint ) szupravezetővé válik. alatti hőmérsékleten – a nátriumhoz hasonlóan – diffúzió nélküli fázisváltozáson megy keresztül. hőmérsékleten romboéderes kristályszerkezete van (kilenc rétegű), amely magasabb hőmérsékleten lapközepes köbös ráccsá, majd térközepes köbös ráccsá alakul át. A folyékony hélium hőmérsékletén () a romboéderes szerkezet a legelterjedtebb. Magas nyomáson több allotrop módosulata is ismert.
A lítium fajlagos hőkapacitása – – a legmagasabb az összes szilárd anyag közül.THERMO E tulajdonsága miatt a fém lítiumot gyakran használják hűtőfolyadékként különböző hőátadásos folyamatokhoz.
Kémiai jellemzők A lítium azonnal kölcsönhatásba lép a vízzel, de észrevehetően kisebb energiával, mint más alkálifémek. A reakció során hidrogéngáz és vízben oldott lítium-hidroxid keletkezik. A vízzel való heves reakciója miatt a lítiumot általában valamely szénhidrogén, gyakran petrolátum (vazelin) alatt tárolják. Bár a nehezebb alkálifémek sűrűbb anyagokban is tárolhatóak – mint például ásványi olajok – a lítium nem elég sűrű ahhoz, hogy teljesen elmerüljön ezekben a folyadékokban. Nedves levegőn a lítium gyorsan elhomályosul a lítium-hidroxid (LiOH és LiOH·), a lítium-nitrid () és a lítium-karbonát (, a LiOH és a közti másodlagos reakció eredménye) alkotta fekete bevonattól.
bélyegkép|220px|balra|Az n-butillítium töredék hexamer szerkezete kristályos anyagban Lángba helyezve, a lítium vegyületei markáns bíborvörösre színezik azt, erősen égve azonban a láng ragyogó ezüstszínűvé válik. A lítium száraz levegővel nem lép kölcsönhatásba, de oxigénben meggyullad és elég, ha vízzel vagy vízpárával érintkezik. A lítium szabad levegőn, vagy különösen vízzel érintkezve gyúlékony és robbanásveszélyes, bár kevésbé, mint a többi alkálifém. A lítium–víz reakció normál hőmérsékleten gyors ugyan, de nem erőteljes, mert a reakcióban keletkező hidrogén nem gyullad meg. Az alkálifém-tüzekhez hasonlóan a lítium-tüzet is nehéz eloltani, mert száraz porral oltó készüléket igényel. A lítium az egyetlen fém, amely a nitrogénnel már szobahőmérsékleten egyesül.
A lítium erős hasonlóságot mutat a magnéziummal (úgynevezett átlós kapcsolatban vannak), atom- és ionsugaruk közel azonos. A két fém közötti kémiai hasonlóság megmutatkozik a nitridképzésükben (nitrogénnel reagálva); az oxid- () és peroxidképzésükben () oxigénben elégetve; sóik hasonló oldhatóságában; valamint nitridjeik és karbonátjaik termikus instabilitásában. A fém nagy hőmérsékleten (>) reakcióba lép a hidrogéngázzal, ezzel lítium-hidridet (LiH) hozva létre.
Egyéb ismert biner (kétkomponensű) vegyületei közé tartoznak a halogenidek (LiF, LiCI, LiBr, Lil), valamint a szulfid (), a szuperoxid () és a karbid (). Sok más szervetlen vegyülete ismert, amelyben a lítium anionokhoz kötődve változatos sókat képez: borátok, amidok, karbonát, nitrát, vagy bórhidrid (). Több szerves lítium reagens is ismert, amelyekben a szénatom és a lítiumatom között közvetlen kötés található, ezzel lényegében karbaniont hozva létre. Ezek rendkívül erős bázisok és nukleofilok. Ezen lítiumorganikus vegyületek többségében a lítiumionok hajlamosak saját maguktól magas szimmetriájú klaszterekbe csoportosulni, ami viszonylag gyakori az alkálifém kationok között. Nagyon kis hőmérsékleten kimutatták a LiHe létezését, amely egy nagyon gyengén kötött van der Waals-vegyület.
Gázhalmazállapotban – bizonyos feltételek mellett – a lítium ferromágnességet mutat.http://newsoffice.mit.edu/2009/magnetic-gas-0918
Izotópjai
300px|bélyegkép|jobbra|A lítium színképvonalai A természetben előforduló lítiumnak két stabil izotópja van, a 6Li és a 7Li, ezek közül a 7Li a gyakoribb (természetes előfordulása ). Összehasonlítva a szomszédos elemekkel, a héliummal és a berilliummal, mindkét természetes izotóp rendellenesen alacsony egy nukleonra jutó kötési energiával bír, ami azt jelenti, hogy egyedüliként a könnyű elemek közül energia felszabadulás mellett képes a maghasadásra. A két lítium atommagnak alacsonyabb az egy nukleonra jutó kötési energiája, mint bármely más stabil nuklidnak, kivéve a deutériumot és a hélium-3-at.A :File:Binding energy curve - common isotopes.svg grafikusan ábrázolja a stabil nuklidok kötési energiáit; a számadatok a képfájl vitalapján találhatóak. Ennek eredményeként a lítium, bár atomtömege nagyon kicsi, a periódusos rendszer első 32 eleme közül mindössze a 26. leggyakoribb elem a Naprendszerben. Hét radioaktív izotópja ismert, ezek közül a legstabilabb a 8Li, , és a 9Li felezési idővel. Az összes többi radioaktív izotópjának felezési ideje rövidebb, mint . A legrövidebb életű lítiumizotóp a 4Li, amely protonemisszió révén bomlik, felezési ideje mindössze 7,6 s.
A 7Li egyike a primordiális elemeknek (vagy még pontosabban a primordiális nuklidoknak) amelyek az ősrobbanás nukleoszintézisében keletkeztek. Kis mennyiségű 6Li és a 7Li a csillagokban is keletkezik, de jelen álláspont szerint az izotópok keletkezésük pillanatában el is égnek. További kis mennyiségű lítium – mind 6Li, mind 7Li – keletkezhet a napszél vagy a kozmikus sugárzás és nehezebb atomok kölcsönhatásából, valamint a fiatal Naprendszer 7Be- és 10Be-izotópjainak radioaktív bomlása révén. Bár lítium a csillagokban is keletkezik a sztelláris nukleoszintézis során, de ez tovább is ég. 7Li széncsillagokban is keletkezhet.
A lítiumizotópok számos természetes folyamatban jelentősen frakcionálódnak, beleértve az ásványképződést (kémiai kicsapás), az anyagcserét és az ioncserét. A lítiumion helyettesíti a magnéziumot és a vasat az oktaéderes helyeken az agyagásványokban. A folyamatban a 6Li könnyebben vesz részt, mint a 7Li, ezért a könnyű izotóp feldúsulásához vezet a hiperfiltrációs és metaszomatózis (kőzet-átalakulás) folyamatokban. Az egzotikus lítium-11-ről ismert, hogy nukleáris haloval rendelkezik. A lézeres izotóp szeparáció néven ismert folyamat lehetővé teszi a lítium izotópjainak különválasztását.
A lítiumizotópok mesterséges különválasztódásának fő okai a nukleárisfegyver-gyártás és az egyéb magfizikai felhasználások. Az ipari és a katonai készletekben felhalmozott könnyű 6Li-izotóp mennyisége olyan nagy, hogy enyhe, de mérhető mértékben megváltozott a 6Li és 7Li aránya még a természetes forrásokban is, mint például a folyókban. Ez odáig vezetett, hogy szokatlan bizonytalanság övezi a lítium standardizált atomtömegét, mivel ez a mennyiség függ a természetben előforduló stabil lítiumizotópok természetes előfordulási arányától.
Előfordulása bélyegkép|300px|A lítium olyan gyakori a Föld felső kontinentális kérgében, mint a klór
Csillagászati
A modern kozmológiai elméletek szerint a lítium – mindkét stabil izotópja, a lítium-6 és a lítium-7 – egyike annak a három elemnek, amely az ősrobbanásban keletkezett. Bár az ősrobbanás nukleoszintézise során keletkezett lítium mennyisége függ az egy barionra jutó fotonok számától, a lítium gyakorisága elfogadható pontossággal kiszámítható, és ez alapján „kozmológiai lítium eltérés” mutatkozik a Világegyetemben: az idősebb csillagok látszólag kevesebb lítiumot tartalmaznak, mint kellene, míg néhány fiatalabb csillag jóval többet. A lítium hiányát az idősebb csillagokban az okozza, hogy a lítium keveredik a csillag belső régióival, ahol megsemmisül. Továbbá, a lítium termelődik a fiatal csillagokban. Habár 2,4 millió Celsius-fok feletti hőmérsékleten (a legtöbb csillag könnyedén eléri ezt a hőmérsékletet a belsejében), protonnal ütközve a lítium két héliumatommá transzmutálódik, a lítium a vártnál sokkal gyakoribb a kései generációs csillagokban, melynek oka ezidáig nem ismert teljes egészében.