عنصر لیتیم چیست؟ در باره خواص و کاربرد آن چه می دانید؟

عنصر لیتیم از عناصر جدول تناوبی است که با نماد شیمیایی Li شناخته می‌شود. عنصر لیتیم در دسته فلزات قلیایی جدول مندلیف قرار دارد. عدد اتمی عنصر لیتیم ۳ بوده و در گروه یک جدول تناوبی عناصر جای گرفته است. این عنصر اولین عنصر گروه یک فلزات قلیایی بوده و واکنش پذیری عنصر لیتیم بسیار زیاد است. درواقع به دلیل واکنش پذیری بالای عنصر لیتیم، نمی توان در طبیعت این ماده را به صورت آزاد پیدا نمود. عدد جرمی عنصر لیتیم ۶.۹۴۱ بوده و ایزوتوپ های Li-6 و Li-7 ار ایزوتوپ های پایدار Li بشمار می‌آیند. این فلز نرم و رنگ آن نقره ای سفید است. عنصر لیتیم با عناصری مانند سدیم، پتاسیم، روبیدیم، سزیم و فرانسیم در یک گروه قرار دارد. در ادامه به بررسی و معرفی کاربرد و خواص عنصر لیتیم می‌پردازیم.

نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی جدول تناوبی عناصر و بسیاری از ترکیبات آن پرداخته است. عناصری مانند هلیم، هیدروژن و… . در ادامه با شناخت خواص و ویژگی های شیمیایی عنصر لیتیم با ما همراه باشید.

عنصر لیتیم، عنصر شماره ۳ جدول تناوبی

از لحاظ فراوانی، عنصر لیتیم بسیار پراکنده است. این عنصر به علت واکنش پذیری بالا به صورت آزاد در طبیعت وجود ندارد. لیتیم همیشه به صورت ترکیب با یک یا چند عنصر یا ترکیب دیگر دیده می شود. این فلز بخش کوچکی از سنگ های آذرین را تشکیل می دهد و در بسیاری از شوراب های طبیعی نیز وجود دارد.

از پایان جنگ جهانی دوم تولید لیتیم افزایش یافت. این فلز در سنگ های آذرین از سایر عناصر جدا می شوند. از آب چشمه های معدنی هم می توان این عنصر را به دست آورد. لپدولیت، اسپادومین، پتالیت و امبلی گونیت مهم‌ترین ترکیبات معدنی دارای لیتیم هستند.

عنصر لیتیم مانند سدیم، پتاسیم و دیگر عناصر گروه فلزات قلیایی ظاهری سیمگون دارد. این عنصر از مخلوط لیتیم و کلرید پتاسیم گداخته با روش الکترولیز تولید می شود.

معرفی ایزوتوپ عنصر لیتیم

شاید برایتان این سوال مطرح باشد که عنصر لیتیم چند ایزوتوپ دارد. باید گفت این ماده دارای ۲ ایزوتوپ پایدار است که با نام های Li-6  و Li-7 شناخته می شود. ایزوتوپ Li-7 فراوان تر از ایزوتوپ دیگر است. (وفور طبیعی ۵/۹۲%).

این عنصر رادیو ایزوتوپ هایی را نیز دارد. پایدار ترین رادیو ایزوتوپ Li-8 با نیمه عمر ۸۳۸ هزارم ثانیه و Li-9 با نیمه عمر ۳/۱۷۸ هزارم ثانیه هستند. ایزوتوپ های رادیواکتیو دیگر، نیمه عمری کمتر از ۵/۸ هزارم ثانیه دارند و یا اصلا  شناخته نشده اند.

لازم به ذکر است که لیتیم ۷ یکی از عناصر primordial است. (تولید شده در نوکلئوسنتز انفجار بزرگ). ایزوتوپ های لیتیم توسط فرآیند های طبیعی مختلف از جمله تشکیل مواد معدنی (رسوب شیمیایی)، متابولیسم، جابه جایی یونی، hyperfiltration و دگرگونی صخره ها، به طور اساسی شکسته می شوند.

با پیشینه عنصر لیتیم آشنا شوید

خوزه بونیفاسیو جندراده، شیمیدان برزیلی، اولین شخصی بود که توانست کانی پتالیت را شناسایی کند. این دانشمند در سال ۱۸۰۰ میلادی در معدنی در یوتوی سوئد، موفق به کشف این ماده شد. البته بر روی این کانی پژوهش خاصی تا سال ۱۸۱۷ صورت نگرفت. در ۱۸۱۷ شیمیدانی سوئدی به نام یوهان آگوست آرفودسن که در آزمایشگاه یاکوب برسلیوس کار می‌کرد، وجود عنصر جدیدی در این کانی را کشف کرد. این عنصر جدید، ترکیب ‌ها و واکنش هایی شبیه به سدیم و پتاسیم را می‌پذیرفت. تفاوت عنصر جدید با دو ماده گفته شده این بود که کربنات و هیدروکسید آن کمتر در آب حل می‌شد.

برسلیوس این ماده قلیایی را لیتیون (lithion/lithina) نام گذاری نمود. لیتیون از واژه یونانی لیتوس به معنی سنگ گرفته شده است. علت این نام گذاری توسط این دانشمند این بود که این عنصر را از یک کانی جامد به دست آورده بود. درست برخلاف پتاسیم که از میان خاکستر گیاهان و همچنین در خون حیوانات شناسایی و به فراوانی یافت می ‌شد. پس از مدتی، آرفودسن وجود این عناصر در کانی‌ های اسپودومن و لپیدولیت را نیز اثبات نمود. در ۱۸۱۸ کریستین گملین نخستین کسی بود که دریافت نمک‌ های لیتیم شعله را به رنگ قرمز روشن در می‌آورند.

ویژگی و خواص عنصر لیتیم

یکی از سبک ترین فلزات عنصر لیتیم است. عنصر لیتیم فلزی تک ظریفیتی بوده و چگالی این ماده، نصف چگالی آب است. این عنصر مانند فلزات قلیایی دیگر به ‌راحتی در آب واکنش می دهد. به سبب فعالیت بالا این ماده هرگز در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی‌ شود. اما در نظر گرفته شود که واکنش‌پذیری آن از سدیم کمتر است.

رنگ شعله لیتیم وقتی که این ماده روی شعله قرار گیرد، رنگ زرشکی جالبی است. اگر این عنصر به شدت بسوزد، شعله ‌هایی سفید درخشان تولید می‌کند.

تعداد الکترون و عدد جرمی عنصر لیتیم

در جدول تناوبی عدد جرمی عنصر لیتیم ۶.۹۴۱  و عدد اتمی آن ۳ است. مانند سایر فلزات قلیایی گروه ۱، عنصر لیتیم یک الکترون در لایه ظرفیت خود دارد. این ماده تمایل دارد تا آن را به راحتی از دست داده و تبدیل به کاتیون شود. به همین دلیل است که عنصر لیتیم رسانای خوب گرما و جریان برق بوده و واکنش‌ پذیری بالایی نیز دارد. لازم به ذکر است که از نظر واکنش‌ پذیری در میان فلز های قلیایی رتبه آخر را داراست. به دلیل نزدیکی زیاد الکترون ‌های لایه ظرفیت به هسته اتم لیتیم، واکنش‌ پذیری آن نسبت به دیگر عنصر های گروه کمتر است. دو الکترون در تراز ابر الکترونی s1 جای گرفته اند. این تراز انرژی بسیار پایین است و این الکترون ها در پیوند های شیمیایی شرکت نمی‌کنند.

کاربرد و فواید عنصر لیتیم

یکی از اجزا مهم در باتری ‌های قابل شارژ، این عنصر است و در تلفن ‌های همراه، رایانه ‌های دستی و اتومبیل‌ های برقی کاربرد فراوانی دارد.

در صنایع هواپیما سازی آلیاژی از لیتیم آلومینیوم مورد استفاده قرار می گیرد. خواص این آلیاژ سبک، قابل انعطاف بودن و همین طور محکم و مقاوم بودن آن است.

از فواید عنصر لیتیم نیروی کششی زیاد آن است. از طرفی وزن کمی هم دارد. بنابراین گزینه بسیار مناسبی برای باتری ‌های کم‌ وزن و پر انژری است.

با کاربرد عنصر لیتیم همراه با سرب، آلیاژی تولید می‌ شود که در ساختن بلبرینگ چرخ ‌های قطار بکار گرفته می‌شود.

کاربرد عنصر لیتیوم حتی در صنایع داروسازی نیز صورت می گیرد.

به علت گرمای ویژه بالای عنصر لیتیم (بیشتر از تمامی جامدات) در انتقال حرارت بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. به علت خاصیت electrochemical، ماده مهمی در باطری‌ ها محسوب می‌شود. باید توجه شود که مصرف عنصر لیتیم در صنایع و داروسازی باید با دقت کامل صورت پذیرد. زیرا مرز بین سودمند بودن این ماده و سمی بودنش برای انسان و محیط زیست بسیار ناچیز است.

ویژگی مصرف عنصر لیتیم

کربنات لیتیم (Li_۲co_۳) و سیترات لیتیم، نمک عنصر لیتیم هستند. این نمک ها تثبیت کننده‌ های حالت بوده و در درمان بیماری ‌های متضاد نقش دارند.

لیتیم کلرید و لیتیم برمید نیز جذب رطوبت بالایی دارند. بنابراین کاربرد زیادی در خشک کننده‌ ها دارند.

استارات لیتیم، یک ماده لیزکننده در دمای بالا و برای تمامی مقاصد به شمار می ‌رود.

عنصر Li به‌طور کلی عاملی آلیاژ ساز است. این ماده در تولید ترکیبات آلی مورد استفاده قرار گرفته و دارای کاربرد های اتمی نیز است.

برای خارج کردن دی ‌اکسید کربن از هوا در فضاپیما و زیردریایی از هیدروکسید لیتیم استفاده می ‌شود.

در ساخت قطعات هواپیما های بلند پرواز از آلیاژ عنصر لیتیم با آلومنیوم، کادمیم، مس و منگنز استفاده می‌گردد.

مصرف و کاربرد قرص لیتیم در پزشکی

از Li در درمان و پیشگیری از بیماری هایی مانند مانیا، بیماری مانیک دپرسیو، افسردگی عود کننده و رفتار تهاجمی استفاده می گردد.

مکانیسم اثر قرص لیتیم

درواقع مکانیسم اثر این ماده دقیقاً مشخص نیست. به دلیل شباهت یون لیتیم به یون سدیم، این ماده جایگزین سدیم در بدن می شود. بنابراین در ایجاد پتانسیل عمل سلول‌ های عصبی اختلال ایجاد می‌کند. واسطه‌ های شیمیایی عصبی مانند نور اپی نفرین، سروتونین، دوپامین، استیل کولین و گیرنده‌ های آن ها تحت تاثیر این ماده قرار می گیرند. بنابراین با کاهش تولید پیام رسان ثانویه اینوزیتول تری فسفات ایجاد پاسخ سلولی تضعیف می‌شود.

نکات مهم در کاربرد قرص لیتیم (یون لیتیم)

مقدار مصرف قرص لیتیم باید به گونه ‌ای باشد که غلظت پلاسمایی در محدوده مجاز پزشکی قرار گیرد.

مقدار مصرف قرص لیتیم برای درمان نگهدارنده در سالمندان، باید به گونه ‌ای تنظیم شود که غلظت پلاسمایی در محدوده مناسبی قرار گیرد.

غلظت پلاسمایی مطلوب در هر فرد برای مصرف این ماده باید به طور جداگانه تعیین گردد.

قطع دارو و تجویز مقادیر زیاد آب و نمک برای رفع خفیف با قرص لیتیم کافی است.

درصورت تثبیت رژیم دارویی عنصر لیتیم، غلظت پلاسمایی آن هر ۳ ماه یک‌بار باید اندازه گیری شود.

بیمار باید در طول دوره درمان با این ماده آب و سدیم به اندازه کافی مصرف کند.

در صورت بروز علائمی مانند استفراغ، اسهال، عفونت و تعریق شدید ممکن است لازم باشد مصرف قرص لیتیم قطع یا مقدار مصرف آن کاهش یابد.

از قطع ناگهانی دارو باید پرهیز شود.

این دارو نباید تحت هیچ شرایطی بیشتر از مقدار تعیین شده مصرف گردد.

بررسی پیشرفت، درمان و تعیین دوز بر عهده پزشک است.

مصرف کنندگان این دارو در هنگام ورزش و هوای گرم باید احتیاط کنند.

مقدار مصرف قرص لیتیم

مصرف عنصر لیتیم به صورت قرص در بزرگسالان: ابتدا ۳۰۰ تا ۶۰۰ میلی گرم برای سه بار در روز مصرف می‌شود. مقدار مصرف این دارو می تواند برحسب نیاز و تحمل بیمار به صورت هفتگی تنظیم شود. مقدار مصرف قرص پیوسته رهش ابتدا ۴۵۰ تا ۹۰۰ میلی گرم دو بار در روز و یا ۳۰۰ تا ۶۰۰ میلی گرم سه بار در روز است. مقدار مصرف بر اساس نیاز و تحمل بیمار تنظیم خواهد شد.

به عنوان نگهدارنده، ۳۰۰ میلی گرم یا چهار بار در روز مصرف می‌شود. مقدار مصرف بر حسب نیاز و تحمل بیمار تنظیم می‌شود

کاربرد عنصر لیتیم به صورت قرص در کودکان: در کودکان تا ۱۲ سال، ابتدا دارو در دو یا سه مقدار منقسم مصرف می‌شود. مقدار مصرف دارو را می توان بر حسب نیاز و تحمل بیمار تنظیم می‌شود.

در کودکان با سن بیشتر از سال، مقدار مصرف مانند بزرگسالان است. مقدار مصرف قرص پیوسته رهش در کودکان با سن بیشتر از ۱۲ سال، مانند بزرگسالان است.

واکنش عنصر لیتیم با آب

عنصر لیتیم فلزی است که به سادگی با آب واکنش می‌دهد. اما انرژی بسیار کمتری نسبت به سایر فلز های قلیایی در این واکنش حاصل می‌ شود. گاز هیدروژن و هیدروکسید لیتیم در محلول آبی از محصولات این واکنش است. البته به دلیل واکنش بالای لیتیم با آب، آن را زیر پوشش هیدروکربن‌ هایی مانند وازلین نگه می‌دارند.

توجه شود که واکنش Li با آب در دمای معمولی، به تندی صورت می‌گیرد. اما این واکنش آسیب رسان نیست و هیدروژن تولیدی به خودی خود نیز آتش نمی‌گیرد. خاموش کردن آتش شعله عنصر لیتیم کمی دشوار است و حتماً باید از گرد های خاموش کننده آتش، رده D کمک گرفته شود. جالب است بدانید که لیتیم فلزی است که در دمای معمولی و شرایط معمولی با نیتروژن واکنش می‌دهد. درواقع تنها فلزی است که در این شرایط و به این صورت با نیتروژن واکنش می‌دهد.

رنگ شعله عنصر لیتیم

هنگامی که این ماده در برابر آتش قرار گیرد، ترکیب‌ های آن رنگ قرمز سیر از خود نشان می‌دهند. اما درصورتی که این ماده آتش بگیرد، رنگ شعله عنصر لیتیم به رنگ نقره‌ای در می آید. در صورتی که لیتیم در تماس با آب یا بخار آن قرار گیرد شعله‌ ور شده و با اکسیژن می ‌سوزد. لیتیم به خودی خود آتش‌گیر است و توان انفجار دارد. خطر انفجار در این ترکیب هنگامی که در هوای آزاد و در تماس با آب قرار گیرد بیشتر هم می شود.

هشدار و خطرات کاربرد عنصر لیتیم

لیتیم همانند فلزات قلیایی دیگر در حالت خالص، شدیدا آتش ‌زا بوده و در معرض هوا و مخصوصاً آب تا حدی انفجاری است.

این فلز همچنین خورنده بوده، لذا باید توجه خاص داشت و از تماس آن با پوست بدن اجتناب کرد.

در صورت ذخیره، باید آن را در هیدروکربن مایع قابل اشتعالی مانند نفت نگهداری نمود.

لیتیم، هیچ گونه نقش بیولوژیکی نداشته، تا حدی سمی محسوب می‌شود.

قیمت هر کیلو لیتیم

بازار لیتیوم صنعت جهانی درگیر در استخراج و تولید لیتیوم را در بر می گیرد. این عنصر جزء مهمی است که در کاربردهای مختلف مانند باتری های لیتیوم یونی برای وسایل نقلیه الکتریکی، لوازم الکترونیکی مصرفی و سیستم های ذخیره انرژی مورد استفاده قرار می گیرد. بازار استخراج لیتیوم به دلیل چندین عامل فرصت های رشد قابل توجهی را ارائه می دهد:

افزایش تقاضا برای وسایل نقلیه الکتریکی (EVs): پذیرش فزاینده وسایل نقلیه الکتریکی، به دلیل نگرانی های زیست محیطی و مشوق های دولتی، محرک قابل توجهی در بازار استخراج لیتیوم است. باتری‌ های لیتیوم یونی برای خودروهای الکتریکی ضروری هستند که منجر به افزایش تقاضا برای لیتیوم می ‌شود.

گسترش بخش انرژی های تجدید پذیر: بخش رو به رشد انرژی های تجدیدپذیر، به ویژه انرژی خورشیدی و بادی، برای ذخیره انرژی به باتری های لیتیوم یونی متکی است. با گسترش بازار انرژی های تجدیدپذیر، تقاضا برای لیتیوم نیز افزایش می یابد و باعث رشد در بخش معدن می شود.

پیشرفت‌های فناوری: پیشرفت ‌های مداوم در فناوری باتری‌ های لیتیوم یون، همراه با توسعه روش‌ های استخراج لیتیوم کارآمدتر، به رشد بازار استخراج لیتیوم کمک می ‌کند. این پیشرفت‌ ها عملکرد باتری را افزایش داده و هزینه‌ ها را کاهش می ‌دهد و تقاضا برای لیتیوم را بیشتر تحریک می ‌کند.

سیاست‌ها و مقررات دولتی: سیاست‌ ها و مقررات حمایتی دولت که انرژی پاک و تحرک الکتریکی را ترویج می ‌کنند، تقاضا برای لیتیوم را افزایش می‌ دهند. مشوق هایی مانند یارانه برای خرید خودروهای برقی و دستورات برای استقرار انرژی های تجدیدپذیر، مشوق استفاده از باتری های لیتیوم یونی است و بازار استخراج لیتیوم را تقویت می کند. برای آگاهی از قیمت لیتیم باید بازارهای روز دنیا بررسی نمایید زیرا قیمت این عنصر تحت تاثیر عوامل مختلفی تغییر خواهد کرد. این ترکیب بر اساس کشوری که از آن استخراج شده است نیز قیمت های مختلفی دارد.