Lithium - Lithium


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Lítio,   3 Li
paraffin.jpg Lithium
Lítio em óleo flutuante
Propriedades gerais
Pronúncia / L do ɪ q i ə m / ( LITH -ee-əm )
Aparência branco-prateado
Peso atómico Padrão ( A r, padrão ) [ 6.9386.997 ] convencional:  6,94
Lítio na tabela periódica
hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro argão
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio crômio Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo criptônio
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Indium Lata antimônio Telúrio Iodo xênon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio neodímio Promécio Samário európio gadolínio Térbio disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Conduzir Bismuto Polônio Astatine radão
francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio amerício curandeiro Berkelium californium Einsteinium fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium seaborgium Bohrium hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium fleróvio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
H

Li

Na
héliolítioberílio
Número atómico ( Z ) 3
Grupo grupo 1 (metais alcalinos)
Período período de 2
Quadra s-bloco
categoria de elemento   metal alcalino
configuração eletrônica [ Ele ] 2s 1
Elétrons por shell
2, 1
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 453,65  K (180,50 ° C, 356,90 ° F)
Ponto de ebulição 1603 K (1330 ° C, 2426 ° F)
Densidade (perto  rt ) 0,534 g / cm 3
quando o líquido (no  pf ) 0,512 g / cm 3
Ponto crítico 3220 K, 67 MPa (extrapolada)
Calor de fusão 3,00  kJ / mol
Calor da vaporização 136 kJ / mol
capacidade térmica molar 24,860 J / (mol · K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
em  T  (K) 797 885 995 1144 1337 1610
Propriedades atômicas
estados de oxidação 1 (a fortemente básico de óxido)
Eletro-negatividade escala Pauling: 0,98
energias de ionização
  • 1: 520,2 kJ / mol
  • 2: 7298,1 kJ / mol
  • 3: 11815,0 kJ / mol
Raio atômico empírica: 152  pm
raio covalente 128 ± 07:00
Van der Waals raio 182 pm
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de lítio
outras propriedades
Estrutura de cristal cúbica de corpo centrado (BCC)
estrutura cristalina cúbica de corpo centrado de lítio
Velocidade do som haste fina 6000 m / s (a 20 ° C)
Expansão térmica 46? M / (m-K) (a 25 ° C)
Condutividade térmica 84,8 W / (mK)
Resistividade elétrica 92,8 Nco · m (a 20 ° C)
ordenamento magnético paramagnético
susceptibilidade magnética + 14,2 · 10 -6  cm 3 / mol (298 K)
Módulo de Young 4,9 GPa
módulo de cisalhamento 4,2 GPa
módulo de volume 11 GPa
dureza de Mohs 0,6
dureza Brinell 5 MPa
Número CAS 7439-93-2
História
Descoberta Johan August Arfwedson (1817)
primeiro isolamento William Thomas Brande (1821)
Principais isótopos de lítio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) modo de decaimento produtos
6 Li 5% estável
7 Li 95% estável
6 concentração de Li pode ser tão baixa como 3,75% em
amostras naturais. 7 Li, portanto,
têm um teor de até 96,25%.
| referências

De lítio (a partir de grego : λίθος , . Translit  lithos , lit.  'pedra') é um elemento químico com símbolo Li e número atómico  3. É uma macio, branco-prateado de metal alcalino . Sob condições padrão , isto é o metal mais leve e o elemento sólido mais leve. Como todos os metais alcalinos, o lítio é altamente reactivo e inflamável, e é armazenada em óleo mineral . Ao corte, apresenta uma metálico brilho , mas o ar úmido corrói -lo rapidamente para um cinza prateado sem brilho, em seguida, manchas pretas. Ele nunca ocorre livremente na natureza, mas apenas em (normalmente iónicos) compostos , tais como pegmatíticas minerais que foram uma vez que a principal fonte de lítio. Devido à sua solubilidade como um ião, que está presente na água do mar e é comummente obtido a partir de salmoura . De metal de lítio é isolado electroliticamente a partir de uma mistura de cloreto de lítio e cloreto de potássio .

O núcleo do átomo de lítio beira a instabilidade, uma vez que os dois lítio estáveis isótopos encontradas na natureza têm entre as mais baixas energias de ligação por nucleão de todos estáveis nuclídeos . Devido à sua instabilidade relativa nuclear, o lítio é menos comum do sistema solar de 25 dos primeiros 32 elementos químicos mesmo que os seus núcleos são muito leve: é uma excepção à tendência que os núcleos pesados são menos comuns. Por razões relacionadas, lítio tem usos importantes em física nuclear . A transmutação de átomos de lítio de hélio , em 1932, foi a primeira totalmente feita pelo homem reacção nuclear , e deutereto de lítio serve como uma fusão de combustível em armas termonucleares encenadas .

De lítio e os seus compostos têm várias aplicações industriais, incluindo vidro resistente ao calor, e cerâmicas , massa de lítio lubrificantes, aditivos de fluxo para ferro, aço e alumínio produção, as baterias de lítio e as baterias de iões de lítio . Estas utilizações consumir mais de três quartos da produção de lítio.

Lítio está presente em sistemas biológicos em quantidades vestigiais; suas funções são incertas. Lítio sais provaram ser úteis como um estabilizador do humor droga no tratamento de doença bipolar , em seres humanos.

propriedades

Atômica e física

lingotes de lítio com uma fina camada de nitreto de mancha preta

Tal como os outros metais alcalinos , lítio tem um único electrão de valência que é facilmente determinada de modo a formar um catião . Devido a isso, o lítio é um bom condutor de calor e electricidade, bem como um elemento altamente reactivo, que é o menos reactivo dos metais alcalinos. Baixa reatividade de lítio é devido à proximidade da sua electrões de valência ao seu núcleo (os restantes dois electrões são no orbital 1s , muito menor de energia, e não participam em ligações químicas).

De metal de lítio é macio o suficiente para ser cortada com uma faca. Quando corte, possui uma cor branca prateada que muda rapidamente a cinza, como ele se oxida para óxido de lítio . Enquanto tem um dos mais baixos pontos de fusão entre todos os metais (180 ° C), que tem pontos mais altos de metais alcalinos de fusão e ebulição.

Lítio tem uma densidade muito baixa (0,534 g / cm 3 ), comparável com madeira de pinho. É o menos densa de todos os elementos que são sólidos à temperatura ambiente; o próximo elemento sólido mais leve (de potássio, a 0,862 g / cm 3 ) é mais do que 60% mais denso. Além disso, para além de hélio e hidrogénio , que é menos denso do que qualquer elemento de líquido, sendo apenas dois terços tão denso como o azoto líquido (g / cm 0,808 3 ). Lítio pode flutuar sobre os óleos de hidrocarbonetos leves e é apenas uma das três metais que pode flutuar na água, os outros dois que são sódio e potássio .

Lítio em óleo flutuante

De lítio coeficiente de expansão térmica é duas vezes a do alumínio e quase quatro vezes maior do que o ferro . O lítio é supercondutor abaixo de 400 μK à pressão normal e a temperaturas mais elevadas (mais do que 9 K) a pressões muito elevadas (> 20 GPa). A temperaturas abaixo de 70 K, de lítio, como o sódio, sofre diffusionless transformações de mudança de fase . Em 4,2 K que tem um sistema de cristal romboédrica (com um espaçamento de repetição de nove camadas); a temperaturas mais elevadas que transforma a face centrada cúbico e, em seguida, cúbica de corpo centrado . A temperaturas líquido-hélio (4 K) a estrutura romboédrica é prevalente. Várias formas alotrópicas foram identificados por lítio em altas pressões.

Lítio tem uma massa capacidade de calor específica de 3,58 quilojoules por quilograma-Kelvin, o mais elevado de todos os sólidos. Devido a isso, lítio metálico é muitas vezes usado em refrigerantes para transferência de calor aplicações.

Química e compostos

Lítio reage com a água facilmente, mas com visivelmente menos vigor do que outros metais alcalinos. A reacção forma de hidrogénio gás e hidróxido de lítio em solução aquosa. Devido à sua reactividade com água, de lítio é geralmente armazenado em um selante de hidrocarboneto, frequentemente vaselina . Embora os metais alcalinos, mais pesados pode ser armazenada em substâncias mais densas, tais como óleo mineral , de lítio não é suficientemente denso para ser totalmente submersa nestes líquidos. No ar húmido, lítio mancha rapidamente para formar um revestimento preto de hidróxido de lítio (LiOH e LiOH-H 2 O), nitreto de lítio (Li 3 N) e carbonato de lítio (Li 2 CO 3 , o resultado de uma reacção secundária entre LiOH e CO 2 ).

Estrutura hexamérica de o n-butil-lítio fragmento em um cristal

Quando colocado sobre uma chama, compostos de lítio emitem uma cor carmim marcante, mas quando se queima fortemente a chama torna-se uma prata brilhante. Lítio vai inflamar e queimar em oxigénio quando exposto a água ou água vapores. O lítio é inflamável , e é potencialmente explosivo quando exposto ao ar e especialmente a água, embora em menor grau do que os outros metais alcalinos . A reacção de lítio em água a temperaturas normais é rápida mas não violenta porque o hidrogénio produzido não inflamar por conta própria. Tal como acontece com todos os metais alcalinos, os fogos de lítio são difíceis de extinguir, exigindo extintores de pó seco ( Classe D tipo). O lítio é um dos poucos metais que reagem com azoto sob condições normais .

Lítio tem uma relação diagonal com magnésio , um elemento de atómica e semelhante raio iónico . Semelhanças químicas entre os dois metais incluem a formação de um nitreto , por reacção com N 2 , a formação de um óxido de ( Li
2
O
) e peróxido (Li
2
ó
2
) quando queimado em O2,saiscom semelhantessolubilidadese à instabilidade térmica doscarbonatose nitretos. O metal reage com o gás de hidrogénio a temperaturas elevadas para produziro hidreto de lítio(LiH).

Outros conhecidos compostos binários incluem halogenetos ( LiF , LiCl , LiBr , Lil ), sulfureto ( Li
2
S
),superóxido(LiO
2
), ecarboneto de(Li
2
C
2
). Muitos outros compostos inorgânicos são conhecidos na qual combina lítio comaniõespara formar sais:boratos,amidas,carbonato,nitrato, ouboro-hidreto(LiBH
4
). Hidreto de alumínio e lítio(LiAlH
4
) é vulgarmente utilizado como um agente de redução na síntese orgânica.

Vários reagentes de organo-lítio são conhecidos em que há uma relação directa ligação entre o carbono átomos e lítio, criando eficazmente um carbanião . Estes são extremamente poderosos bases e nucleófilos . Em muitos destes compostos de organolítio, os iões de lítio tendem a agregar-se em aglomerados de alta simetria por si, o que é relativamente comum para os catiões alcalinos. Lihe , um muito fracamente interagindo van der Waals composto , foi detectada a temperaturas muito baixas.

isótopos

Naturalmente ocorrendo lítio é composto por dois estáveis isótopos , 6 Li e 7 Li, sendo este último o mais abundante (92,5% de abundância natural ). Ambos os isótopos naturais têm anormalmente baixa energia de ligação nuclear por núcleo (em comparação com os elementos vizinhos na tabela periódica , hélio e berílio ); lítio é o único elemento numerado baixo que podem produzir energia líquida através de cisão nuclear . Os dois núcleos de lítio têm energias de ligação inferiores por núcleo do que quaisquer outras que não sejam estáveis nuclídeos deutério e hélio-3 . Como um resultado disso, embora muito leve em peso atómico, o lítio é menos comum no sistema solar do que 25 dos primeiros 32 elementos químicos. Sete radioisótopos foram identificados, os mais estáveis 8 Li com uma meia-vida de 838 ms e 9 Li com uma meia-vida de 178 ms. Todos os demais radioativos isótopos com meias-vidas que são mais curtos do que 8,6 ms. O isótopo de vida mais curta de lítio é 4 Li, que decai por emissão de protões e tem uma meia-vida de 7,6 x 10 -23 s.

7 Li é um dos elementos primordiais (ou, mais propriamente, primordiais nuclídeos ) produzidos no Big Bang nucleosíntese . Uma pequena quantidade de tanto 6 Li e 7 Li são produzidos em estrelas, mas são pensados para ser " queimado " o mais rápido produzido. Pequenas quantidades adicionais de lítio de ambos 6 Li e 7 Li pode ser gerada a partir de vento solar, os raios cósmicos bater átomos mais pesados, e a partir do início sistema solar 7 Seja e 10 Seja decaimento radioactivo. Enquanto lítio é criado em estrelas durante a nucleossíntese estelar , é ainda queimado. 7 Li também podem ser gerados em estrelas de carbono .

Isótopos de lítio fraccionar substancialmente durante uma ampla variedade de processos naturais, incluindo a formação de minerais (precipitação química), metabolismo , e de permuta iónica . Lítio iões substituto de magnésio e de ferro em locais octaédricos em argila minerais, onde 6 Li é preferível a 7 Li, resultando em enriquecimento do isótopo leve em processos de hiperfiltração e alteração de rocha. O exótico 11 Li é conhecido por exibir um halogénio nuclear . O processo conhecido como separação isotópica por laser pode ser utilizada para separar isótopos de lítio, em particular 7 Li a partir de 6 Li.

Armas nucleares fabricar e outras aplicações de física nuclear são uma importante fonte de fracionamento de lítio artificial, com o isótopo luz 6 Li sendo retidos pela indústria e estoques militares, a tal ponto que tem causado a mudança pequena, mas mensurável no 6 Li a 7 rácios Li em fontes naturais, como rios. Isto levou a incerteza incomum no padronizada peso atómico de lítio, uma vez que esta quantidade depende das proporções de abundância natural destas que ocorrem naturalmente, isótopos estáveis de lítio, uma vez que estão disponíveis em fontes comerciais minerais de lítio.

Ambos os isótopos estáveis de lítio pode ser laser de arrefecida e foram usados para produzir a primeira degenerada quântico Bose - Fermi mistura.

Ocorrência

De lítio é o mais comum, tal como cloro em continental superior da Terra crosta , em uma base por-átomo.

Astronômico

Apesar de ter sido sintetizado no Big Bang , lítio (em conjunto com berílio e boro), é marcadamente menos abundantes no universo de outros elementos. Este é um resultado das baixas temperaturas comparativamente estelares necessárias para destruir lítio, juntamente com uma falta de processos comuns para produzi-lo.

De acordo com a teoria cosmológica moderna, lítio-em ambos os isótopos estáveis (lítio-6 e lítio-7) -foi um dos três elementos sintetizados no big bang. Embora a quantidade de lítio gerado na nucleossíntese do Big Bang é dependente do número de fótons por baryon , por valores aceitos a abundância de lítio pode ser calculada, e há uma "discrepância de lítio cosmológica" no universo: estrelas mais velhas parecem ter menos de lítio do que deveriam, e algumas estrelas mais jovens têm muito mais. A falta de lítio em estrelas mais velhas é, aparentemente causada pela "mistura" de lítio para o interior de estrelas, onde ele é destruído, enquanto o lítio é produzido em estrelas mais jovens. Embora transforma em dois átomos de hélio , devido à colisão com um protão a temperaturas acima de 2,4 milhões graus Celsius (a maioria das estrelas facilmente atingir esta temperatura no seu interior), de lítio é mais abundante do que os cálculos actuais poderia prever na posterior geração de estrelas.

Nova Centauri 2013 é o primeiro em que foi encontrado evidência de lítio.

Lítio também é encontrada em anã marrom objeto subestelar e certas estrelas alaranjadas anômalos. Porque lítio está presente em anãs castanhas mais frias, menos maciços, mas é destruído em mais quentes anãs vermelho estrelas, a sua presença nos espectros das estrelas podem ser usados no 'teste de lítio' para diferenciar os dois, como ambos são menores do que o Sol . Certos estrelas laranja também pode conter uma elevada concentração de lítio. Estas estrelas laranja encontrados a ter uma maior do que o habitual concentração de lítio (tal como Centaurus X-4 ) orbitam estrelas objectos-neutrões maciças ou buracos-cuja preto gravidade evidentemente puxa lítio mais pesado para a superfície de uma estrela de hidrogénio em hélio, causando mais de lítio para ser observado.

Terrestre

Embora lítio está amplamente distribuído na Terra, que não ocorre naturalmente na forma elementar, devido à sua elevada reactividade. O teor total de lítio da água do mar é muito grande e é estimada como 230 mil milhões de toneladas, onde o elemento existe numa concentração relativamente constante de 0,14 a 0,25 partes por milhão (ppm), ou 25 micromolar ; concentrações mais elevadas que se aproximam 7 ppm encontram-se perto de fontes hidrotermais .

Estimativas para a Terra crosta gama de teores de 20 a 70 ppm por peso. Em consonância com o seu nome, lítio forma uma parte menor de rochas ígneas , com as maiores concentrações em granitos . Granitic pegmatites também proporcionar a maior abundância de minerais contendo lítio, com spodumene e petalita sendo as fontes mais comercialmente viáveis. Outro mineral significativa de lítio é lepidolita que é agora um nome obsoleto para uma série formada por polylithionite e trilithionite. Uma fonte mais recente para o lítio é hectorite argila, o único desenvolvimento activo de que é através da Ocidental Lithium Corporation nos Estados Unidos. A 20 mg por kg de lítio da crosta terrestre, de lítio é o mais abundante elemento 25.

De acordo com o Manual de lítio e de cálcio natural , "Lithium é um elemento relativamente raros, embora seja encontrado em muitas pedras e algumas salmouras, mas sempre em concentrações muito baixas. Há um número bastante grande de ambos os depósitos minerais e de sal de lítio, mas única relativamente poucos deles são de valor comercial, real ou potencial. Muitos são muito pequenos, outros são muito baixos em série."

O Serviço Geológico dos EUA estima que em 2010, o Chile teve as maiores reservas de longe (7,5 milhões de toneladas) e a maior produção anual (8.800 toneladas). Uma das maiores bases de reserva de lítio está no Salar de Uyuni área da Bolívia, que tem 5,4 milhões de toneladas. Outros grandes fornecedores incluem a Austrália, Argentina e China. A partir de 2015, a Pesquisa Geológica Checa considerado todo o montanhas do minério na República Checa como a província de lítio. Cinco depósitos são registrados, um perto Cínovec  [ cs ] é considerada como um depósito potencialmente econômico, com 160 000 toneladas de lítio.

Em junho de 2010, The New York Times relatou que os geólogos americanos estavam realizando levantamentos de campo sobre secos lagos de sal no oeste do Afeganistão acreditando que grandes depósitos de lítio estão localizadas ali. "Autoridades do Pentágono disseram que a sua análise inicial em um local na província de Ghazni mostrou o potencial de depósitos de lítio tão grandes quanto os da Bolívia, que agora tem as maiores reservas de lítio conhecidas no mundo." Estas estimativas são "baseadas principalmente em dados antigos, que foram coletadas principalmente pelos soviéticos durante a ocupação de Afeganistão de 1979-1989". Stephen Peters, chefe do Projeto Afeganistão Minerais do USGS, disse que ele não tinha conhecimento do envolvimento USGS em qualquer novo levantamento de minerais no Afeganistão nos últimos dois anos. 'Não temos conhecimento de quaisquer descobertas de lítio', disse ele."

Lithia ( "salmoura lítio") está associado com estanho áreas de mineração em Cornwall , Inglaterra e um projecto de avaliação de 400 metros de profundidade poços de teste está sob consideração. Se for bem sucedido das salmouras quentes também irá fornecer energia geotérmica para alimentar o processo de extração de lítio e de refino.

Biológico

Lítio é encontrado em quantidades vestigiais em numerosas plantas, plâncton e invertebrados, em concentrações de 69 a 5760 partes por bilião (ppb). Nos vertebrados a concentração é ligeiramente menor, e quase todos os tecidos dos vertebrados e fluidos corporais contém lítio que varia de 21 a 763 ppb. Os organismos marinhos tendem a bioacumulação de lítio mais do que os organismos terrestres. Se o lítio tem um papel fisiológico em qualquer um destes organismos é desconhecida.

História

Johan August Arfwedson é creditado com a descoberta de lítio em 1817

Petalita (LiAlSi 4 O 10 ) foi descoberto em 1800 pelo químico brasileiro e estadista José Bonifácio de Andrada e Silva em uma mina na ilha de Utö , Suécia. No entanto, não foi até 1817 que Johan August Arfwedson , que então trabalhava no laboratório do químico Jöns Jakob Berzelius , detectou a presença de um novo elemento ao analisar minério petalita. Este elemento de compostos semelhantes aos de formado de sódio e de potássio , embora a sua carbonato e hidróxido são menos solúveis em água e mais alcalina . Berzelius deu o material alcalino o nome " Lithion / lithina ", da palavra grega λιθoς (transliterado como lithos , significando "pedra"), para reflectir a sua descoberta em um mineral sólido, ao contrário de potássio, que tinha sido descoberto em cinzas de plantas , e de sódio, a qual foi parcialmente conhecido pela sua elevada abundância no sangue dos animais. Ele nomeou o metal dentro do "Lithium" material.

Arfwedson mais tarde mostrou que este mesmo elemento estava presente no minerais espodumênio e lepidolite . Em 1818, Christian Gmelin foi o primeiro a observar que os sais de lítio dão uma cor vermelha brilhante a uma chama. No entanto, tanto Arfwedson e Gmelin tentou e não conseguiu isolar o elemento pura a partir dos seus sais. Não foi isolado até 1821, quando William Thomas Brande obteve por electrólise de óxido de lítio , um processo que tinha sido previamente empregue pelo químico Sir Humphry Davy para isolar a metais de potássio e de sódio alcalino. Brande também descritos alguns sais puros de lítio, tais como o cloreto, e, estimando-se que lithia ( óxido de lítio ) continha cerca de 55% de metal, estima o peso atómico do lítio estar em torno de 9,8 g / mol (valor moderno ~ 6,94 g / mol ). Em 1855, maiores quantidades de lítio foram produzidas através da electrólise de cloreto de lítio por Robert Bunsen e Augusto Matthiessen . A descoberta deste processo levou a produção comercial de lítio em 1923 pela empresa alemã Metallgesellschaft AG , que realizada uma electrólise de uma mistura líquida de cloreto de lítio e cloreto de potássio .

A produção e utilização de lítio sofreu várias mudanças drásticas na história. A primeira grande aplicação de lítio foi em alta temperatura lítio graxas para motores de aeronaves e aplicações semelhantes em II Guerra Mundial e pouco depois. Este uso foi apoiado pelo facto de sabões à base de lítio têm um ponto de fusão mais elevado do que outros sabões alcalinos, e são menos corrosivos do que os sabões cálcicos. A pequena demanda por sabões de lítio e gorduras lubrificantes foi suportada por várias operações de mineração pequenos, principalmente os EUA.

A demanda por lítio aumentou dramaticamente durante a Guerra Fria com a produção de armas de fusão nuclear . Ambos lítio-6 e lítio-7 produto trítio quando irradiado por neutrões, e por isso são úteis para a produção de trítio, por si só, bem como uma forma de combustível sólido fusão utilizado dentro bombas de hidrogénio sob a forma de deutereto de lítio . Os EUA tornou-se o produtor principal de lítio entre o final dos anos 1950 e meados dos anos 1980. No final, o arsenal de lítio foi de cerca de 42.000 toneladas de hidróxido de lítio. O lítio armazenadas foi empobrecido em lítio-6 em 75%, o que foi suficiente para afectar a medida de peso atómico de lítio em muitos produtos químicos normalizados, e ainda o peso atómico de lítio em alguns "fontes naturais" de iões de lítio que tinha sido "contaminado "por sais de lítio descarregados a partir de instalações de separação de isótopos, os quais tinham encontrado o seu caminho para a água subterrânea.

Lítio foi utilizado para diminuir a temperatura de fusão do vidro e para melhorar o comportamento à fusão do óxido de alumínio quando se utiliza o processo de Hall-Héroult . Estes dois usos dominou o mercado até meados da década de 1990. Após o fim da corrida armamentista nuclear , a demanda por lítio diminuiu ea venda de departamento dos estoques de energia no mercado aberto reduziu ainda mais os preços. Em meados de 1990, várias empresas começaram a extrair lítio salmoura que provou ser uma opção mais barata do que a mineração subterrânea ou a céu aberto. A maioria das minas fechadas ou mudaram seu foco para outros materiais, porque só o minério de pegmatitos zoneadas poderia ser extraído por um preço competitivo. Por exemplo, as minas norte-americanas perto de Kings Mountain , Carolina do Norte fechou antes do início do século 21.

O desenvolvimento de baterias de íon de lítio aumentou a demanda por lítio e tornou-se o uso dominante em 2007. Com o aumento da demanda de lítio em baterias na década de 2000, novas empresas têm ampliado os esforços de extração de salmoura para atender a crescente demanda.

Produção

alt1
alt2
Imagens de satélite do Salar del Hombre Muerto, Argentina (esquerda), e Uyuni , Bolívia (direita), salinas que são ricos em lítio. A salmoura rica-lítio é concentrado através do bombeamento em lagoas de evaporação solar (visível na imagem da esquerda).
tendência de produção mundial de lítio

Produção de lítio aumentou muito desde o fim da II Guerra Mundial . O metal é separado de outros elementos minerais ígneas . O metal é produzido através da electrólise a partir de uma mistura de fundido 55% de cloreto de lítio e 45% de cloreto de potássio a cerca de 450 ° C.

A partir de 2015, a maior parte da produção de lítio do mundo é a América do Sul, onde solução salina contendo lítio é extraído a partir de poços subterrâneos e concentrou-se por evaporação solar. A técnica de extracção padrão é para evaporar a água a partir de salmoura. Cada lote leva de 18 a 24 meses.

Em 1998, o preço de lítio foi de cerca de 95 USD / kg (ou 43 USD / lb ).

reservas

Reservas Worldwide identificados em 2018 são estimadas pelo US Geological Survey (USGS) para ser 16 milhões de toneladas , embora uma estimativa precisa das reservas de lítio do mundo é difícil. Uma razão para isso é que a maioria dos esquemas de classificação de lítio são desenvolvidos para depósitos de minério de sólidos, ao passo que a salmoura é um fluido que é problemática para o tratamento com o mesmo esquema de classificação, devido a diferentes concentrações e efeitos de bombeamento. O mundo foi estimado para conter cerca de 15 milhões de toneladas de reservas de lítio, enquanto 65 milhões de toneladas de recursos conhecidos são razoáveis. Um total de 75% de tudo o que normalmente pode ser encontrada nas dez maiores depósitos do mundo. Outro estudo observou que 83% dos recursos geológicos de lítio estão localizados em seis salmoura, dois pegmatite, e dois depósitos sedimentares.

3 principais países produtores de lítio do mundo a partir de 2016, conforme relatado pelo US Geological Survey são: Austrália, Chile e Argentina. A interseção de Chile , Bolívia e Argentina compõem a região conhecida como Triângulo de lítio . O Triângulo de lítio é conhecida por suas salinas alta qualidade, incluindo da Bolívia Salar de Uyuni , do Chile Salar de Atacama , e da Argentina Salar de Arizaro . O triângulo de lítio é acreditado para conter mais de 75% das reservas de lítio conhecidos existentes. Depósitos são encontrados na América do Sul durante todo o Andes cadeia de montanhas. Chile é o principal produtor, seguido pela Argentina. Ambos os países recuperar de lítio a partir de pools de salmoura. De acordo com o USGS, da Bolívia Uyuni Deserto tem 5,4 milhões de toneladas de lítio. Metade das reservas conhecidas do mundo estão localizados na Bolívia ao longo da encosta oriental central dos Andes. Em 2009, a Bolívia negociado com empresas japonesas, francês e coreano para começar a extração.

Produção da mina de lítio (2017), reservas e recursos em toneladas, de acordo com USGS
País Produção reservas Recursos
 Argentina 5.500 2.000.000 9800000
 Austrália 18.700 2.700.000 5.000.000
 Áustria - - 50.000
 Bolívia - - 9.000.000
 Brasil 200 48.000 180.000
 Canadá 480 180.000 1.900.000
 Chile 14.100 7.500.000 8400000
 República Checa - - 840.000
 DR Congo - - 1.000.000
 Mali - - 200.000
 México - - 180.000
 República Popular da China 3.000 3.200.000 7.000.000
 Portugal 400 60.000 100.000
 Rússia - - 1.000.000
 Sérvia - - 1.000.000
 Espanha - - 400.000
 Estados Unidos 870 35.000 6.800.000
 Zimbábue 1.000 23.000 500.000
total mundial 43.000 16.000.000 53,000,000+

Nos EUA, lítio é recuperado a partir de misturas de salmoura em Nevada . Um depósito descoberto em 2013 de Wyoming Rock Springs Uplift é estimado para conter 228.000 toneladas. Depósitos adicionais na mesma formação foram estimadas em tanto quanto 18 milhões de toneladas.

As opiniões divergem sobre o crescimento potencial. Um estudo de 2008 concluiu que "a produção de carbonato de lítio exequível será suficiente para apenas uma pequena fração do futuro PHEV e EV exigências do mercado global", que "demanda do setor de eletrônicos portáteis irá absorver a maior parte dos aumentos de produção previstos para a próxima década" , e que "a produção em massa de carbonato de lítio não é ambientalmente segura, que irá causar danos ecológicos irreparáveis aos ecossistemas que devem ser protegidas e que LiIon propulsão é incompatível com a noção de 'Green Car'".

De acordo com um estudo de 2011 por Lawrence Berkeley National Laboratory e da Universidade da Califórnia, Berkeley , a base de incidência estimada atualmente de lítio não deve ser um fator limitante para a produção de baterias em larga escala para veículos elétricos porque um número estimado de 1 bilhão 40 kWh baseada-Li baterias poderiam ser construídos com reservas atuais - cerca de 10 kg de lítio por carro. Outro estudo de 2011 na Universidade de Michigan e Ford Motor Company encontrados recursos suficientes para suportar a demanda global até 2100, incluindo o lítio necessário para o potencial uso de transporte generalizada. O estudo estimou reservas mundiais em 39 milhões de toneladas, e demanda total de lítio durante o período de 90 anos anualizada de 12-20 milhões de toneladas, dependendo dos cenários sobre o crescimento econômico e as taxas de reciclagem.

Em 9 de Junho de 2014, o Financialist afirmou que a demanda por lítio foi crescendo a mais de 12% ao ano. De acordo com o Credit Suisse, esta taxa for superior a disponibilidade projetada em 25%. A publicação comparou a situação 2014 lítio com óleo, por meio de que "os preços do petróleo estimulado o investimento em águas profundas e técnicas de produção areias óleo caro"; isto é, o preço de lítio vai continuar a subir até que os métodos de produção mais caros que podem impulsionar a produção total receber a atenção dos investidores.

Em 16 de julho de 2018 de 2,5 milhões de toneladas de recursos de lítio de alta qualidade e 124 milhões de libras de recursos de urânio foram encontrados no depósito de hard rock Falchani na região Puno, Peru.

Preço

Depois da crise de 2007 , os principais fornecedores, tais como Sociedade Química y Mineira (metros quadrados), caiu carbonato de lítio preços em 20%. Os preços subiram em 2012. A 2012 Business Week artigo descreveu o oligopólio no espaço de lítio: "SQM, controlada pelo bilionário Julio Ponce , é a segunda maior, seguido de Rockwood , que é apoiado por Henry Kravis KKR & Co., e Filadélfia baseado FMC", com Talison mencionado como o maior produtor. O consumo global pode saltar para 300.000 toneladas métricas por ano até 2020 de cerca de 150.000 toneladas em 2012, para coincidir com a demanda por baterias de lítio que tem vindo a crescer em cerca de 25% ao ano, superando o ganho global de 4% a 5% na produção de lítio.

Extração

Os sais de lítio são extraídos a partir de água em fontes de água mineral , salmoura piscinas, e depósitos de salmoura. Salmoura escavação é provavelmente a única tecnologia de extração de lítio amplamente utilizados hoje, como a mineração real de minérios de lítio é muito mais caro e tem o preço fora do mercado.

Lítio está presente na água do mar, mas os métodos comercialmente viáveis ​​de extracção ainda têm de ser desenvolvidas.

Outra fonte potencial de lítio é os lixiviados de poços geotérmicos , que são transportados para a superfície. Recuperação de lítio foi demonstrada no campo; o lítio é separada por simples filtração. Os custos do processo e ambientais são principalmente as do já operando bem; impactos ambientais líquidas podem, assim, ser positivo.

Investimento

Atualmente, há um número de opções disponíveis no mercado para investir no metal. Ao comprar estoque físico de lítio é quase impossível, os investidores podem comprar ações de empresas envolvidas na mineração de lítio e produzindo. Além disso, os investidores podem comprar uma exposição de oferta ETF de lítio dedicado a um grupo de produtores de commodities.

usos

As estimativas de lítio global usa em 2011 (foto) e 2015 (números abaixo)
  Cerâmica e vidro (32%)
  As baterias (35%)
  Massas lubrificantes (9%)
  vazamento contínuo (5%)
  tratamento do ar (5%)
  Polímeros (4%)
  Produção de alumínio primário (1%)
  Pharmaceuticals (<1%)
  Outros (9%)

Cerâmica e vidro

Óxido de lítio é amplamente usado como um fluxo para o processamento de sílica , reduzir o ponto de fusão e a viscosidade do material e levando a esmaltes com propriedades físicas melhoradas incluindo baixos coeficientes de expansão térmica. Em todo o mundo, esta é uma das maiores utilização de compostos de lítio. Os vidrados contendo óxido de lítio são utilizados para a loiça. O carbonato de lítio (Li 2 CO 3 ) é geralmente utilizado neste pedido de patente porque ela se converte em óxido após aquecimento.

Elétrica e eletrônica

No final do século 20, lítio tornou-se um componente importante de electrólitos para pilhas e eléctrodos, por causa do seu elevado potencial de eléctrodo . Devido à sua baixa massa atómica , ele tem uma alta charge- e relação potência-peso. Um típico bateria de lítio pode gerar cerca de 3 volts por célula, em comparação com 2,1 volts para chumbo-ácido e 1,5 volts para zinco-carbono . Baterias de iões de lítio, os quais são recarregáveis e têm uma alta densidade de energia , diferem das pilhas de lítio , que são descartáveis ( primários ) baterias com lítio ou os seus compostos como o ânodo . Outros baterias recarregáveis que usam lítio incluem a bateria de lítio polímero , bateria de fosfato de ferro de lítio , e a bateria nanofio .

As graxas lubrificantes

O terceiro uso mais comum de lítio é em massas lubrificantes. Hidróxido de lítio é um forte de base e, quando aquecido com uma gordura, produz um sabão de lítio feita estearato . De sabão de lítio tem a capacidade para espessar óleos, e que é utilizado para a fabricação de todos os fins, de alta temperatura lubrificantes graxas .

Metalurgia

De lítio (por exemplo, como carbonato de lítio) é usado como um aditivo para fundição contínua escórias molde de fluxo onde aumenta a fluidez, um uso que corresponde a 5% de utilização global de lítio (2,011). Compostos derivados de lítio são também utilizados como aditivos (fluxos), a areia de fundição para vazamento de ferro para reduzir formação de nervuras.

De lítio (tal como o fluoreto de lítio ) é usado como um aditivo para fundições de alumínio ( processo de Hall-Héroult ), reduzindo a temperatura de fusão e aumentar a resistência eléctrica, uma utilização que é responsável por 3% de produção (2011).

Quando utilizado como um fluxo para soldadura ou soldagem , de lítio metálico promove a fusão dos metais durante o processo e elimina a formação de óxidos , absorvendo impurezas. As ligas do metal com alumínio, cádmio , cobre e manganês são usados para fazer peças de aeronaves de elevado desempenho (ver também as ligas de lítio e alumínio ).

Silicon nano-soldagem

Lítio foi encontrado eficaz em ajudar a perfeição de silício nano-soldaduras em componentes electrónicos para baterias eléctricas e outros dispositivos.

Outros usos químicos e industriais

Uso de lítio em chamas e pirotecnia é devido a sua chama rosa-vermelho.

Pirotecnia

Compostos derivados de lítio são utilizados como corantes pirotécnicos e oxidantes em vermelho fogos e explosões .

purificação do ar

Cloreto de lítio e brometo de lítio são higroscópicos e são utilizados como dessecantes para correntes de gás. Hidróxido de lítio e peróxido de lítio são os sais mais utilizados em áreas restritas, tais como a bordo de naves espaciais e submarinos , para a remoção de dióxido de carbono e de purificação de ar. Hidróxido de lítio absorve o dióxido de carbono a partir do ar através da formação de carbonato de lítio, e é preferido sobre outros hidróxidos alcalinos para o seu baixo peso.

Peróxido de lítio (Li 2 O 2 ) na presença de humidade, não só reage com dióxido de carbono para formar o carbonato de lítio, mas também liberta oxigénio. A reacção é a seguinte:

2 Li 2 O 2 + 2 CO 2 → 2 Li 2 CO 3 + O 2 .

Alguns dos compostos acima mencionados, assim como perclorato de lítio , são utilizados em velas de oxigénio que fornecem submarinos com oxigénio . Estes podem também incluir pequenas quantidades de boro , magnésio , alumínio , silício , titânio , manganês e ferro .

ótica

Fluoreto de lítio , cultivados artificialmente, como cristal , é clara e transparente e, muitas vezes utilizados em óptica especializadas para RI , UV VUV (e vácuo UV aplicações). Ele tem um dos mais baixos índices de refracção e o alcance de transmissão mais distante no UV profundo da maior parte dos materiais comuns. Finamente dividida em pó de fluoreto de lítio foi usado para dosimetria de termoluminescência radiação (TLD): quando uma amostra de tais é exposto a radiação, que se acumula defeitos nos cristais que, quando aquecido, resolver através de uma libertação de luz azulada cuja intensidade é proporcional à dose absorvida , permitindo assim que esta a ser quantificado. Fluoreto de lítio é por vezes utilizado em lentes de contacto de telescópios .

A alta não-linearidade do niobato de lítio , também faz com que seja útil em aplicações de óptica não linear . É amplamente utilizado em produtos de telecomunicações, tais como telefones celulares e moduladores ópticos , para tais componentes como cristais ressonantes . Aplicações de lítio são usadas em mais de 60% dos telefones celulares.

química orgânica e polímero

Compostos de organo-lítio são amplamente utilizados na produção de polímeros e de produtos químicos finos. Na indústria de polímero, que é o consumidor dominante destes reagentes, compostos de alquil-lítio são catalisadores / iniciadores . em polimerização aniónica de não funcionalizados olefinas . Para a produção de produtos químicos finos, compostos de organolítio funcionar como bases fortes e como reagentes para a formação de ligações carbono-carbono . Compostos de organo-lítio são preparados a partir de halogenetos de metais e de alquilo de lítio.

Muitos outros compostos de lítio são usadas como reagentes para preparar os compostos orgânicos. Alguns compostos populares incluem hidreto de alumínio e lítio (LiAlH 4 ), trietilboro-hidreto de lítio , n-butil-lio e terc-butil-lítio são comumente usados como bases fortes extremamente chamados superbases .

aplicações militares

Lítio metálico e seus complexos hidretos , tais como Li [AlH 4 ] , são utilizados como aditivos de alta energia para propulsores de foguetes . Hidreto de alumínio e lítio também pode ser utilizado por si só como um combustível sólido .

O lançamento de um torpedo usando lítio como combustível

A 50 torpedo Mark sistema armazenada energia química de propulsão (SCEPS) utiliza um pequeno tanque de hexafluoreto de enxofre gás, que é pulverizada sobre um bloco de lítio sólido. A reacção gera calor, criando vapor para propulsionar o torpedo em uma fechado de ciclo de Rankine .

Hidreto de lítio contendo lítio-6 é utilizado em armas termonucleares , onde serve como combustível para a fase de fusão da bomba.

Nuclear

Lítio-6 é avaliado como uma fonte de material para trítio produção e como um absorvedor de neutrões em fusão nuclear . Lítio natural contém cerca de 7,5% de lítio-6 a partir do qual grandes quantidades de lítio-6 foram produzidos por separação de isótopos para utilização em armas nucleares . Lítio-7 ganhou interesse para uso em reatores nucleares refrigerantes .

Deuteride lítio foi utilizado como combustível no Castelo Bravo dispositivo nuclear.

Deuteride de lítio foi o combustível de fusão de escolha em versões mais antigas do bomba de hidrogênio . Quando bombardeado por neutrões , tanto 6 Li e 7 Li produzir trítio - esta reacção, o qual não foi totalmente compreendido quando bombas de hidrogénio foram testados, era responsável pela produção do fugitivo do Castelo Bravo teste nuclear . Trítio funde com deutério em uma fusão de reacção que é relativamente fácil de conseguir. Embora os detalhes permanecem em segredo, lítio-6 deuteride aparentemente ainda desempenha um papel nas modernas armas nucleares como um material de fusão.

Fluoreto de lítio , quando altamente enriquecido em isótopo lítio-7, forma o componente básico da mistura de sal de fluoreto LiF- BeF 2 utilizado em reactores nucleares fluoreto líquidos . Fluoreto de lítio é excepcionalmente estável quimicamente e LIF-BeF 2 misturas têm pontos de fusão baixos. Além disso, 7 Li, Be, e F estão entre as poucas nuclídeos com bastante baixos captura de neutrões térmico secções transversais não envenenam as reacções de cisão dentro de um reactor de fusão nuclear.

Em conceptualizados (hipotético) nuclear de energia de fusão plantas, lítio irá ser utilizado para produzir o trítio em reactores magneticamente confinados utilizando deutério e trítio , como o combustível. Que ocorre naturalmente trítio é extremamente raro, e deve ser sinteticamente produzido por reacção em torno do plasma com um 'cobertor' contendo lítio onde neutrões a partir da reacção de deutério e de trítio no plasma irá fissão o lítio para produzir mais trítio:

6 Li + n → 4 He + 3 H.

Lítio também é usado como uma fonte de partículas alfa , ou hélio núcleos. Quando 7 Li é bombardeado por aceleradas protões 8 Ser é formado, o qual sofre de fissão para formar duas partículas alfa. Essa façanha, chamado de "divisão do átomo" na época, foi o primeiro totalmente feita pelo homem reação nuclear . Foi produzido por Cockcroft e Walton em 1932.

Em 2013, os EUA Government Accountability Office disse uma escassez de lítio-7 críticos para a operação do 65 de 100 reatores nucleares americanos “coloca a sua capacidade de continuar a fornecer eletricidade em algum risco”. O problema decorre do declínio da infra-estrutura nuclear dos EUA. O equipamento necessário para lítio-6 separado a partir de lítio-7 é em grande parte uma sobra guerra frio. Os EUA encerrar a maior parte desta máquinas em 1963, quando ele teve um enorme excedente de lítio separados, consumido, principalmente durante o século XX. O relatório disse que levaria cinco anos e US $ 10 milhões a US $ 12 milhões para restabelecer a capacidade de separar lítio-6 de lítio-7.

Reactores que usam lítio-7 o calor da água sob alta pressão e transferência de calor por meio de permutadores de calor que são susceptíveis à corrosão. Os reactores usar lítio para neutralizar os efeitos corrosivos do ácido bórico , que é adicionado à água para absorver o excesso de neutrões.

Remédio

O lítio é útil no tratamento de doença bipolar . Os sais de lítio podem também ser úteis para diagnósticos relacionados, tais como a perturbação esquizoafectiva e cíclico depressão maior . A parte activa destes sais é o ião de lítio Li + . Eles podem aumentar o risco de desenvolvimento de anomalia cardíaca de Ebstein em crianças nascidas de mulheres que tomam lítio durante o primeiro trimestre da gravidez.

Lítio, também se tem pesquisado como um possível tratamento para a cefaleias em salvas .

papel biológico

Alimentos fontes primárias de lítio são grãos e legumes, e, em algumas áreas, a água potável também contém quantidades significativas. Ingestão humana varia dependendo da localização e dieta.

Lítio foi detectado pela primeira vez em órgãos e tecidos humanos fetais no final do século 19. Em seres humanos existem há doenças de deficiência de lítio definidos, mas a baixa ingestão de lítio a partir de abastecimentos de água foram associados com o aumento das taxas de suicídios, homicídios e as taxas de captura para o uso de drogas e outros crimes. Os mecanismos bioquímicos de acção de lítio parece ser multifactorial e estão relacionadas entre si, com as funções de várias enzimas, hormonas e vitaminas, bem como com o crescimento e factores de transformação. Evidência agora parece ser suficiente para aceitar lítio como essencial; um RDA provisório de 1000 ug / dia é sugerido para um adulto de 70 kg.

Precauções

Lítio
Riscos
pictogramas GHS O pictograma chama no sistema harmonizado de Classificação e Rotulagem de Produtos Químicos (GHS)O pictograma de corrosão no sistema harmonizado de Classificação e Rotulagem de Produtos Químicos (GHS)
palavra sinal de GHS perigo
H260 , H314
P223 , P231 + 232 , P280 , P305 + 351 + 338 , P370 + 378 , P422
NFPA 704
Flammability code 2: Must be moderately heated or exposed to relatively high ambient temperature before ignition can occur. Flash point between 38 and 93 °C (100 and 200 °F). E.g., diesel fuel Health code 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g., chlorine gas Reactivity code 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g., phosphorus Special hazard W: Reacts with water in an unusual or dangerous manner. E.g., cesium, sodiumNFPA 704 diamante de quatro cores
2
3
2

O lítio é corrosivo e requer tratamento especial para evitar contato com a pele. Respiração pó de lítio ou compostos de lítio (que são muitas vezes alcalina) inicialmente irritar o nariz e na garganta, ao passo que uma exposição mais elevada pode causar uma acumulação de fluido nos pulmões , conduzindo a edema pulmonar . O metal em si é um perigo para a manipulação porque o contacto com a humidade produz o cáustica de hidróxido de lítio. Lítio é armazenado de forma segura em compostos não reactivos, tais como nafta .

Regulamento

Algumas jurisdições limitam a venda de baterias de lítio , que são a fonte de lítio mais prontamente disponíveis para os consumidores comuns. Lítio pode ser usado para reduzir a pseudoefedrina e efedrina de metanfetamina na redução de Birch método, que emprega soluções de metais alcalinos dissolvidos em anidro amoníaco .

Transporte e embarque de alguns tipos de baterias de lítio podem ser proibidos a bordo de certos tipos de transporte (principalmente aviões) por causa da capacidade da maioria dos tipos de baterias de lítio descarregar completamente muito rapidamente quando em curto-circuito , levando ao superaquecimento e possível explosão em um processo chamado de fuga térmica . A maioria das baterias de lítio consumidor têm built-in proteção de sobrecarga térmica para evitar este tipo de incidente, ou de outra forma concebida para limitar correntes de curto-circuito. Calções internos de defeito de fabrico ou dano físico pode levar a fuga térmica espontânea.

Veja também

Notas

Referências

links externos