thumb|200px| Litiu
Litiul (din greacă: λίθος lithos, "piatră") este un element chimic având simbolul chimic Li și numărul atomic 3. Este un metal alcalin de culoare alb-argintie, iar în condiții normale, este cel mai ușor metal și cel mai puțin dens solid. La fel ca toate metalele alcaline, litiul este foarte reactiv, se oxidează rapid în aer umed pierzându-și luciul și înnegrindu-se, fiind din acest motiv păstrat sub un strat de ulei.
Datorită reactivității sale înalte, litiul nu este niciodată întâlnit sub formă liberă în natură, fiind prezent sub formă de compuși ionici. Este constituent al unor minerale pegmatice și prezent totodată în apa oceanelor și obținut din saramuri și argile. Industrial litiul este produs electrolitic dintr-un amestec de clorură de litiu și clorură de potasiu. miniatura|Baterie cu litiu Literatura de specialitate menționează că litiul (mai ales 7Li) este unul dintre puținele elemente sintetizate în urma Big Bang-uluiStar Clusters: Saas-Fee Advanced Course 28. Lecture Notes 1998 Swiss Society ..., de B.W. Carney, pagina 130, deși cantitatea lui a scăzut semnificativ. Motivele dispariției și procesele prin care litiul este produs continuă să fie unul dintre studiile importante din astronomie.
Nucleele de litiu sunt instabile, din moment ce 2 izotopi stabili de litiu întâlniți în natură au energiile de fuzionare cele mai joase per nucleon dintre toți nuclizii stabili. Datorită acesteia, litiul este elementul cel mai puțin întâlnit în Sistemul solar decât 25 din cele 32 de elemente chimice, cu toate că nucleii săi sunt foarte ușori ca masă atomică.Numerical data from: Graphed at :File:SolarSystemAbundances.jpg Din motive asemănătoare, litiul este un material important în fizica nucleară, fiind elementul utilizat în transmutarea heliului în 1932, acțiune care a condus la prima reacție nucleară, iar deuterura de litiu-6 a fost utilizată ca și combustibil de fuziune în armele termonucleare.
Litiul și compușii săi au câteva aplicații industriale, inclusiv fabricarea sticlei termorezistente și ceramicei, lubrifianților pe bază de litiu, aditivilor utilizați în producția de fier, oțel și aluminiu, bateriilor cu litiu și acumulatoarelor litiu-ion. Aceste întrebuințări consumă mai mult de 3/4 din producția de litiu.
Cantități minuscule de litiu sunt conținute în toate organismele. Elementul nu îndeplinește vreo funcție biologică vitală, din moment ce animalele și plantele pot supraviețui fără acest metal totodată funcții non-vitale nefiind excluse. Ionul de litiu Li+ administrat ca și orice sare al acestui metal s-a dovedit a fi util ca și medicament de stabilizare al bolnavilor cu tulburare bipolară, datorită efectelor neurologice ale ionului asupra organismului uman.
Istoric thumb|Johan August Arfwedson este creditat ca fiind descoperitorul litiului în 1817 Petalitul (LiAlSi4O10) a fost descoperit în anul 1800 de către chimistul brazilian José Bonifácio de Andrada e Silva într-o mină de pe insula Utö, Suedia. Cu toate acestea, abia in 1817 Johan August Arfwedson urma să descopere prezența unui nou element în timp ce analiza minereul de petalit în laboratorul lui Jöns Jakob Berzelius. From p. 45: "Herr August 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 es Lithion 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." (Mr. August Arfwedson, a young, very meritorious chemist, who has worked in my laboratory for a year, found during an analysis of petalite from Uto's iron mine, an alkaline component … We've named it lithion, in order to allude thereby to its first discovery in the mineral realm, since the two others were first discovered in organic nature. Its radical will then be named "lithium".) Acest element forma compuși asemănători celor ai sodiului și potasiului, deși carbonatul de litiu și hidroxidul de litiu erau mai puțin solubile în apă și mult mai alcaline. Berzelius numise materialul alcalin "lithion/lithina", din grecescul λιθoς (lithos, însemnând "piatră"), sugerând descoperirea sa într-un material solid, spre deosebire de potasiul descoperit în cenușa plantelor și sodiul care este foarte abundent în sângele animalelor. Ulterior va numi metalul din interiorul materialului solid "lithium"., iar Arfwedson avea să demonstreze că spodumenul și lepidolitul de asemenea conțin litiu.<ref name="Naturebuilding" /
În 1818, Christian Gmelin era primul care observa că sărurile de litiu pot fi detectate dacă o flacără are culoarea roșie în contact cu acestea.C. G. Gmelin (1818) "Von dem Lithon" (On lithium) Annalen der Physik, 59 : 238-241. From 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." (There dissolved in this [solvent; namely, absolute alcohol] a salt that deliquesced in air, and in the manner of strontium salts, caused the alcohol to burn with a purple-red flame.) Cu toate acestea, Arfwedson și Gmelin încercaseră (fără succes) să izoleze elementul pur din sărurile acestuia.
Elementul a fost izolat abia în 1821, când William Thomas Brande obținea litiul prin electroliza oxidului de litiu, proces care a fost utilizat în trecut de către Sir Humphry Davy să izoleze potasiul și sodiul.William Thomas Brande, A Manual of Chemistry, … , 2nd ed. (London, England: John Murray, 1821), vol. 2, pp. 57-58. Brande a descris unele săruri pure ale litiului, precum clorura de litiu și, folosindu-se de estimarea conținutului de litiu din oxidul său (55% metal), a estimat masa atomică a metalului ca fiind în jurul valorii de 9.8 g/mol (valoarea modernă ~6.94 g/mol).
În 1855, litiul a fost produs în cantități mai mari prin electroliza clorurii de litiu, de către Robert Bunsen și Augustus Matthiessen.R. Bunsen (1855) "Darstellung des Lithiums" (Preparation of lithium), Annalen der Chemie und Pharmacie, 94 : 107-111. Descoperirea acestui procedeu a condus la producția litiului în scop comercial, începând cu anul 1923, de către compania germană Metallgesellschaft AG, care au realizat electroliza unui amestec lichid de clorură de litiu și clorură de potasiu.
Structură atomică
thumb|Modelul planetar al atomului de litiu
Structura atomului de litiu este determinată de numărul nucleonilor din nucleul atomic, astfel că pentru izotopul său natural, 7Li, litiul are 3 protoni și 7 neutroni. Numărul neutronilor poate varia în funcție de izotop. Raza atomică medie este de 152 pmPhysical Science editat de Saddleback Educational Publishing, pagina 25, raza ionică e de 76 pmInorganic Chemistry, pagina 164, iar raza covalentă este de 134 pmPeriodic Table & Periodic Properties
De M. Satake, pagina 33.
Configurația electronică a atomului de litiu este [He]2s1Understanding Solids: The Science of Materials
De Richard J. D. Tilley, pagina 12
Izotopi Elementul prezintă 2 izotopi stabili: 6Li și 7Li; abundența lor este întâlnită în sursele naturale sub proporțiile de 7.59%, respectiv 92.41%Handbook of Stable Isotope Analytical Techniques, Volumul 2
De Pier Anne de Groot, pagina 225.
Abundența cosmică a izotopilor de litiu reflectă nucleosinteza primordială, indicându-se astfel importanța geochimică și cosmochimicăHandbook of Stable Isotope Analytical Techniques, Volumul 2
De Pier Anne de Groot, pagina 225. Datorită maselor diferite, izotopii de litiu sunt predispuși la separare în cadrul proceselor geologice. Diferența de masă este de aproximativ 16%, fiind cea mai înaltă valoare in cadrul elementelor ionizate termalHandbook of Stable Isotope Analytical Techniques, Volumul 2
De Pier Anne de Groot, pagina 225.
Determinarea izotopică a litiului se poate face în soluție apoasă prin spectroscopie de absorbție atomică (Atomic Absorbtion Spectroscopy) sau spectroscopie de emisie în flamă (Flame Emission Spectroscopy) utilizând linia spectrală de 670.8 nm sau, dacă este nevoie de mai multă acuratețe, spectroscopia electrotermală de absorbție atomică (E'lectroThermalAtomic Absorbtion Spectroscopy) poate fi folosităMetal Ions in Biological Systems: Volume 41: Metal Ions and Their Complexes ...,editat de Astrid Sige, pagina 308.
Proprietăți Proprietăți fizice Litiul pur este un metal foarte moale, care nu poate fi utilizat în industria uneltelorLithium, de Paula Johanson, Cuprins. Pentru a i se mari rezistența, alte metale sunt adăugate; când este în combinație cu magneziul, cele 2 metale formează un aliaj foarte ușor și puternic, comparativ cu fierul sau cuprul. Această duritate este măsurată în scala Mohs, iar litiul prezintă duritatea 0.6 în această scală.
Sub flacără, litiul luminează cu flacără albă și fără eliberare de scântei și zgomotannual of scientific discovery or, year-book of facts in science and art for ..., pagina 218.
Densitatea litiului este de 0.534g/cm3.
Proprietăți chimice Litiul descompune apa; în aer se aprinde formând oxid de litiu și superoxid de litiu, Li2O. Încălzit în atmosferă de hidrogen formează hidrura de litiu, LiH, care este cea mai stabilă dintre hidrurile metalelor alcaline. Litiul este singurul metal alcalin care se combină direct cu azotul la rece, formând nitrura, Li3N; de asemenea, se combină direct la cald cu halogenii formând halogenuri, LiX, cu sulf, formând sulfura, Li2S, cu carbonul, formând carbura, Li2C2, cu siliciul, formând siliciura, Li6Si2, etc.
Compușii elementului Compuși organolitici
Răspândire Litiul este al 33-lea element ca abundență pe PământThe History and Use of Our Earth's Chemical Elements: A Reference Guide
De Robert E. Krebs, pagina 48, dar datorită marii lui reactivități este găsit doar sub formă de compus. Litiul se găsește în zăcăminte pegmatitice, dar se poate obține de asemenea din apa de mare și argilă; la scară industrială, litiul este izolat electrolitic dintr-o mixtură de clorură de litiu și clorură de potasiu.
Litiul se găsește foarte puțin răspândit în natură. În cantități mici însoțește potasiul și sodiul în unele roci, cum sunt spodumenul, un silicat de litiu și aluminiu, LiAl[SiO3]2, lepidolitul, un fluoro- sau hidroxo-aluminosilicat de litiu, potasiu și aluminiu, Li3K2Al3[Al(Si3O10)2(OH, F)4], zinnwalditul, o varietate de lepidolit cu mult fier, etc. Cantități mici de compuși de litiu se găsesc în unele ape minerale, în diferite plante (ca de exemplu, tutun, sfeclă de zahăr, trestie de zahăr), etc.
Litiul se obține, de obicei, prin electroliza clorurii de litiu topite.
Este un metal moale; are cea mai mică densitate dintre metale.
Producere Preparare în laborator
Prepararea litiului se face prin electroliza unui amestec de clorură de litiu și clorură de potasiuThe Chemistry of Lithium, Sodium, Potassium, Rubidium, Cesium and Francium ... De William A. Hart,O. F. Beumel,Thomas P. Whaley, pagina 335.
Celula metalică de litiu este construită dintr-un înveliș de oțel cu conținut scăzut de carbon, care funcționează drept catod și un container ce conține sare fuzionată și o tijă de grafit, care funcționează ca anod. Celula este încărcată inițial cu un amestec de clorură de litiu (55%) și clorură de potasiu (45%); amestecul electrolitic se topește la aproximativ 400C, care este considerat mai jos decât punctul de topire al clorurii de litiu (610C). Încălzitori auxiliari încep să topească electrolitul pentru a se începe conducția electrică, iar în momentul când aceasta este prezentă, căldura generată de rezistența internă a celulei este suficientă pentru a menține electrolitul topit.