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Lítio

Lítio (Li) , Elemento químico do Grupo 1 (Ia) no tabela periódica , o grupo de metal alcalino, o mais leve dos sólido elementos O metal em si - que é macio, branco e brilhante - e várias de suas ligas e compostos são produzidos em escala industrial.

lítio Três fragmentos de metal de lítio. Dennis S.K

Encyclopædia Britannica, Inc.

Ocorrência e produção

Descoberto em 1817 pelo químico sueco Johan August Arfwedson no mineral petalita, o lítio também é encontrado em salmoura depósitos e como sais em fontes minerais; sua concentração na água do mar é de 0,1 parte por milhão (ppm). O lítio também é encontrado em minérios pegmatíticos, como espodumênio (LiAlSi_dois OU ₆) e lepidolita (de estrutura variável), ou em ambligonita (LiAlFPO₄) minérios, com Li_doisO conteúdo varia entre 4 e 8,5 por cento. Isto constitui cerca de 0,002 por cento da crosta terrestre.

Até a década de 1990, o mercado de produtos químicos e metálicos de lítio era dominado pela produção americana de depósitos minerais, mas na virada do século 21 a maior parte da produção era derivada de fontes não americanas; Austrália , Chile e Portugal foram os maiores fornecedores do mundo. (A Bolívia tem metade dos depósitos de lítio do mundo, mas não é um grande produtor de lítio.) A principal forma comercial é o carbonato de lítio, Li_doisO QUE₃, produzido a partir de minérios ou salmouras por vários processos diferentes. A adição de ácido clorídrico (HCl) produz cloreto de lítio, que é o composto usado para produzir metal de lítio por eletrólise. O metal de lítio é produzido pela eletrólise de uma mistura fundida de cloretos de lítio e potássio. O mais baixo ponto de fusão da mistura (400–420 ° C ou 750–790 ° F) em comparação com o cloreto de lítio puro (610 ° C ou 1.130 ° F) permite a operação da eletrólise em temperatura mais baixa. Como a voltagem na qual ocorre a decomposição do cloreto de lítio é menor do que a do cloreto de potássio, o lítio é depositado em um nível de pureza superior a 97 por cento. Os ânodos de grafite são usados ​​na produção eletrolítica de lítio, enquanto os cátodos são feitos de aço. O lítio puro formado no cátodo se aglutina na superfície do eletrólito para formar uma poça fundida, que é protegida da reação com o ar por uma fina película do eletrólito. O lítio é retirado da célula com uma concha e vazado em um molde a uma temperatura ligeiramente acima do ponto de fusão, deixando para trás o eletrólito solidificado. O lítio solidificado é então fundido novamente, e os materiais insolúveis no fundido flutuam para a superfície ou afundam no caldeirão. A etapa de refusão reduz o teor de potássio para menos de 100 partes por milhão. O metal de lítio, que pode ser transformado em arame e enrolado em folhas, é mais macio do que o chumbo, mas mais duro do que os outros metais alcalinos e tem a estrutura de cristal cúbico centrado no corpo.

Muitas ligas de lítio são produzidas diretamente pela eletrólise de sais fundidos, contendo cloreto de lítio na presença de um segundo cloreto, ou pelo uso de materiais catódicos que interagem com o lítio depositado, introduzindo outros elementos no fundido.

A tabela lista os principais produtores de lítio.

Usos significativos

As principais aplicações industriais do metal de lítio são na metalurgia, onde o elemento ativo é usado como um limpador (removedor de impurezas) no refino de metais como ferro , níquel , cobre , e zinco e suas ligas. Uma grande variedade de elementos não metálicos são eliminados pelo lítio, incluindo oxigênio, hidrogênio , nitrogênio, carbono , enxofre , e os halogênios. O lítio é amplamente utilizado na síntese orgânica, tanto em reações de laboratório como industrialmente. Um reagente chave que é produzido comercialmente em grande escala é n -butil-lítio, C₄H₉Li. Seu principal uso comercial é como iniciador de polimerização, por exemplo, na produção de sintético borracha. Também é amplamente utilizado na produção de outros produtos químicos orgânicos, especialmente produtos farmacêuticos. Devido ao seu peso leve e grande potencial eletroquímico negativo, o metal de lítio, puro ou na presença de outros elementos, serve como ânodo (eletrodo negativo) em muitas baterias primárias de lítio não recarregáveis. Desde o início da década de 1990, muito trabalho foi feito em baterias de armazenamento de lítio recarregáveis ​​de alta potência para veículos elétricos e para armazenamento de energia. O mais bem sucedido deles prevê a separação do ânodo e um cátodo, como LiCoO_doispor um polímero condutor sem solvente que permite a migração do cátion de lítio, Li⁺. Baterias de lítio recarregáveis ​​menores são amplamente utilizadas em telefones celulares, câmeras e outros dispositivos eletrônicos.

Ligas leves de lítio-magnésio e ligas resistentes de lítio-alumínio, mais duras que o alumínio sozinho, têm aplicações estruturais na indústria aeroespacial e em outras indústrias. O lítio metálico é usado na preparação de compostos como o hidreto de lítio.

Propriedades quimicas

Em muitas de suas propriedades, o lítio exibe as mesmas características dos metais alcalinos mais comuns, sódio e potássio. Assim, o lítio, que flutua na água, é altamente reativo com ela e forma fortes soluções de hidróxido, produzindo hidróxido de lítio (LiOH) e gás hidrogênio. O lítio é o único metal alcalino que não forma o ânion Li^-, em solução ou no estado sólido.

O lítio é quimicamente ativo, perdendo prontamente um de seus três elétrons para formar compostos contendo o⁺cátion. Muitos deles diferem marcadamente em solubilidade dos compostos correspondentes dos outros metais alcalinos. Carbonato de lítio (Li_doisO QUE₃) exibe a propriedade notável de solubilidade retrógrada; é menos solúvel em água quente do que fria.

O lítio e seus compostos conferem uma cor carmesim a uma chama, que é a base de um teste para verificar sua presença. É comumente mantido em óleo mineral porque reage com a umidade do ar.

Compostos de organolítio, em que o átomo de lítio não está presente como o Li⁺ íon mas está ligado diretamente a um átomo de carbono, são úteis na produção de outros compostos orgânicos. Butilítio (C₄H₉Li), que é utilizado na fabricação de borracha sintética, é preparado pela reação de brometo de butila (C₄H₉Br) com lítio metálico.

Em muitos aspectos, o lítio também mostra semelhanças com os elementos do grupo alcalino-terroso, especialmente o magnésio, que tem raios atômicos e iônicos semelhantes. Esta semelhança é observada nas propriedades de oxidação, sendo o monóxido normalmente formado em cada caso. As reações de compostos de organolítio também são semelhantes às reações de Grignard de compostos de organomagnésio, um procedimento sintético padrão em química orgânica.

Vários compostos de lítio têm aplicações práticas. Hidreto de lítio (LiH), um sólido cristalino cinza produzido pela combinação direta de seus constituir elementos em temperaturas elevadas, é uma fonte pronta de hidrogênio, instantaneamente liberando esse gás após o tratamento com água. Também é usado para produzir hidreto de alumínio e lítio (LiAlH₄), que reduz rapidamente aldeídos, cetonas e ésteres carboxílicos a álcoois.

O hidróxido de lítio (LiOH), comumente obtido pela reação do carbonato de lítio com cal, é usado na fabricação de sais de lítio (sabões) de esteárico e outros ácidos graxos; esses sabões são amplamente utilizados como espessantes em graxas lubrificantes. O hidróxido de lítio também é usado como aditivo no eletrólito de baterias alcalinas e como absorvente para dióxido de carbono . Outros compostos industrialmente importantes incluem cloreto de lítio (LiCl) e brometo de lítio (LiBr). Eles formam salmouras concentradas capazes de absorver a umidade do ar em uma ampla gama de temperaturas; essas salmouras são comumente empregadas em grandes sistemas de refrigeração e ar condicionado. O fluoreto de lítio (LiF) é usado principalmente como fundente em esmaltes e vidros.

Propriedades nucleares

O lítio, que não exibe radioatividade natural, tem dois isótopos de número de massa 6 (92,5 por cento) e 7 (7,5 por cento). A relação lítio-7 / lítio-6 está entre 12 e 13.

O lítio foi usado em 1932 como o metal alvo no trabalho pioneiro do físico britânico John Cockcroft e do físico irlandês Ernest Walton na transmutação de núcleos por partículas atômicas aceleradas artificialmente; cada núcleo de lítio que absorveu um próton tornou-se dois hélio núcleos. O bombardeio de lítio-6 com nêutrons lentos produz hélio e trítio (³H); esta reação é a principal fonte de produção de trítio. O trítio assim produzido é empregado na fabricação de bombas de hidrogênio, entre outros usos, como fornecer um hidrogênio radioativo isótopo para pesquisa biológica.

O lítio tem valor potencial como fluido de transferência de calor para reatores nucleares de alta densidade de potência. O isótopo de lítio-7, o isótopo estável mais comum, tem uma seção transversal nuclear baixa (ou seja, absorve muito pouco nêutrons) e, portanto, tem potencial como refrigerante primário para reatores nucleares em que temperaturas do refrigerante acima de 800 ° C (1.500 ° F) são necessários. Os isótopos lítio-8 (meia-vida de 0,855 segundo) e lítio-9 (meia-vida de 0,17 segundo) foram produzidos por bombardeio nuclear.

Propriedades biológicas

A ocorrência generalizada de lítio em plantas resulta em uma ampla, embora de baixo nível, distribuição de lítio em animais. Os sais de lítio têm efeitos complexos quando absorvidos pelo corpo. Eles não são altamente tóxicos, embora níveis elevados possam ser fatais. O uso de sais de lítio e água mineral contendo-os para tratar a gota (sem sucesso) e para evitar a depressão (com sucesso) data da última metade do século 19, mas caiu em descrédito médico no início do século 20. O uso de carbonato de lítio para tratar a depressão maníaca (também conhecido como transtorno bipolar) foi demonstrado clinicamente em 1954. Temores sobre a toxicidade do lítio atrasaram sua aprovação por muitos anos, mas agora é a principal droga para o tratamento de episódios maníacos e para manutenção terapia em pacientes bipolares.

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