Lithium

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Možná hledáte: Kauza lithium.
Lithium
  [He]2s1
6,7 Li
3
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
↓ Periodická tabulka ↓
Lithium v parafínu

Lithium v parafínu

Obecné
Název, značka, číslo Lithium, Li, 3
Cizojazyčné názvy lat. Lithium
Skupina, perioda, blok 1. skupina, 2. perioda, blok s
Chemická skupina Alkalické kovy
Koncentrace v zemské kůře 20 až 65 ppm
Koncentrace v mořské vodě 0,18 mg/l
Koncentrace ve vzduchu 0,000524%
Vzhled Stříbřitě kovová látka
Identifikace
Registrační číslo CAS
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost 6.941
Atomový poloměr 152 pm
Kovalentní poloměr 128 pm
Van der Waalsův poloměr 182 pm
Elektronová konfigurace [He]2s1
Oxidační čísla +I
Elektronegativita (Paulingova stupnice) 0,98
Ionizační energie
První 520,2 KJ/mol
Druhá 7298,1 KJ/mol
Třetí 11815,0 KJ/mol
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava Krychlová
Molární objem 13,02×10−6 m3/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota 534 kg/m3
Skupenství Pevné
Tvrdost 0,6
Tlak syté páry 100 Pa při 99K
Rychlost zvuku 6000 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost 84,8 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání 180,54 °C (453,69 K)
Teplota varu 1342 °C (1 615,15 K)
Skupenské teplo tání 3,00 kJ/mol
Skupenské teplo varu 147,1 kJ/mol
Měrná tepelná kapacita 3582 Jkg−1K−1
Elektromagnetické vlastnosti
Elektrická vodivost 1,17×107 S/m
Měrný elektrický odpor 92,8 nΩ·m−1 (20 °C)
Standardní elektrodový potenciál 3,04 V
Magnetické chování Paramagnetický
Bezpečnost
GHS02 – hořlavé látky
GHS02
GHS05 – korozivní a žíravé látky
GHS05
[1]
Nebezpečí[1]
R-věty R14/15,R34
S-věty S1/2,S8,S43,S45
NFPA 704
0
3
2
W
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P
6Li 7,5% je stabilní s 3 neutrony
7Li 92,5% je stabilní s 4 neutrony
8Li umělý 839,9 ms β 16,004 8Be
9Li umělý 178,3 ms β 13,606 9Be
11Li umělý 8,75 ms β 20,551 11Be
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
H
Li Beryllium

Na

Lithium (chemická značka Li) je nejlehčí z řady alkalických kovů, značně reaktivní, stříbřitě lesklého vzhledu.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti[editovat | editovat zdroj]

Plamenová zkouška lithné soli

Jedná se o velmi lehký a měkký kov (ještě měkčí než mastek), který lze krájet nožem. Dobře vede elektrický proud a teplo. Lithium má nejmenší hustotu ze všech pevných prvků, je lehčí než voda a petrolej. S vodou však reaguje, v petroleji se uchovává. Ve srovnání s ostatními kovy má lithium poměrně nízké teploty tání a varu. V plynném lithiu se vyskytují vedle jednoatomových částic i dvouatomové molekuly lithia. Páry lithia mají hnědou barvu. Roztok vzniklý rozpuštěním lithia v kapalném amoniaku má temně modrou barvu.

Přírodní lithium obsahuje cca 7,5 % izotopu 6Li a 92,5 % 7Li. Poměr izotopů není stálý a závisí na geologických poměrech původního zdroje. Lehčí izotop 6Li dobře zachycuje neutrony za vzniku tritia a hélia. Tato reakce 6Li je k produkci těžkého vodíkového izotopu využívána, ať už pro civilní potřeby a nebo jako lithiumdeuterid v termonukleární zbrani, kde z lithia v 6LiD vznikne tritium a to následně zreaguje s deuteriem za uvolnění velké energie. Těžší izotop 7Li má naopak účinný průřez záchytu neutronu malý a soli 7Li proto mohou sloužit jako inertní médium v jaderné technologii. 7LiOH slouží k alkalizaci chladicí vody v některých typech jaderných reaktorů. Známé jsou např. taveninové palivové kompozice fluoridů uranu, plutonia či nejmoderněji thoria, ve kterých 7LiF účinně snižuje bod tání takové směsi, aniž by ze systému vychytával neutrony. Vzhledem k tomu, že rozdíl hmotností obou lithiových izotopů je procentně významný, obohacování lithia vcelku není obtížné. Používají se dvě hlavní metody:

  1. využití rozdílné afinity 6Li a 7Li ke rtuti, kdy se lithný amalgám v protiproudu k vodnému roztoku LiOH obohacuje lehčím izotopem a vodná fáze těžším
  2. díky relativně vysoké tenzi par lithia a nízkému bodu varu lze izotopy separovat i modifikovanou destilací, kdy těkající páry jsou obohaceny lehčím izotopem a v tavenině zůstává 7Li.

Obě technologie mají pochopitelně původ v poválečném vojenském výzkumu s cílem připravit 6LiD pro zbraně a neutrony neabsorbující soli 7Li jsou vlastně odpadem.

Lithium se výrazně liší svými vlastnostmi od vlastností ostatních alkalických kovů, ale v mnohém se podobá vlastnostem kovů alkalických zemin. Rychle reaguje s kyslíkemvodou a v přírodě se s ním proto setkáváme pouze ve formě sloučenin, za vyšší teploty slučuje přímo s dusíkem na nitrid lithný Li3N. Ze skupiny alkalických kovů je lithium nejméně reaktivní, avšak jako jediný alkalický kov se slučuje za vyšší teploty přímo s uhlíkem na karbid Li2C2křemíkem na silicid Li6Si2. Elementární kovové lithium lze dlouhodobě uchovávat např. překryté vrstvou alifatických uhlovodíků jako petrolej nebo nafta. Lithium se stejně jako i ostatní alkalické kovy vyskytuje pouze v oxidačním stavu Li+. Soli lithia barví plamen karmínově červeně.

Historický vývoj[editovat | editovat zdroj]

Bylo objeveno roku 1817 švédským chemikem Johannem Arfvedsonem v nerostu petalitu. Brzy na to bylo lithium dokázáno a objeveno i ve spodumenu a lepidolitu. Podobnost lithia s dalšími již objevenými alkalickými kovy zpozoroval již Johann Arfvedson. Lithium dostalo název z řeckého lithos – kámen. Červené zbarvení plamene lithia pozoroval poprvé Leopold Gmelin roku 1818. Čisté lithium bylo poprvé připraveno Robertem Wilhelmem Bunsenem a Michaelem Matthiessenem v roce 1855 elektrolýzou roztaveného chloridu lithného.

Výskyt v přírodě[editovat | editovat zdroj]

Petalit – (Li,Na)AlSi4O10
Takzvaný lithiový trojúhelník v suchém pásu v Jižní Americe.
Ceny lithia během let 2021-2022 začaly rychle narůstat.[2][3] Roku 2023 ale ceny začaly prudce klesat,[4] a tak přibližně kopírují ceny energií.

Ve vesmíru patří lithium přes svoji velmi nízkou atomovou hmotnost mezi poměrně vzácné prvky – na jeden jeho atom připadá přibližně 1 miliarda atomů vodíku. Při termonukleárních reakcích horkých hvězd vzniká totiž jen přechodně a brzy se zpětně štěpí na lehčí prvky. Lithium na Zemi tudíž nepochází z protoplanetárního disku (na rozdíl od většiny prvků), ale vznikalo až jaderným rozpadem těžších kovů.

V zemské kůře je lithium obsaženo v množství 20–60 mg/kg, mořská voda vykazuje průměrný obsah lithia 0,18 mg/l v podobě rozpuštěných solí. Kvůli velké elektropozitivitě se Lithium vyskytuje jen ve sloučeninách jako příměs různých hornin (rudy lithia obsahují okolo 1–6 % lithia). Nejznámější minerály obsahující lithium jsou aluminosilikáty lepidolit KLi2[AlSi3O6(OH,F)4](OH,F)2, spodumen LiAl[Si2O6], trifylin LiFe[PO4], petalit (Li,Na)AlSi4O10, amblygonit: (Li,Na)Al(PO4)(F,OH) a cinvaldit: KLiFeAl[AlSi3O10(F,OH)2].

Největší rezervy lithia v roce 2017 (podle The United States Geological Survey)[5] a jejich stav k r. 2022[6]: 1. Argentina 9,8 mil. t → 20 mil. t, 2. Bolívie 9 mil. t → 21 mil. t, 3. Chile 8,4 mil. t → 11 mil. t, 4. Čína 8,4 mil. t → 6,8 mil. t, 5. Austrálie 5 mil. t → 7,9 mil. tun, t.j. celkové světové známé zásoby suroviny narostly, nejvíce pak v USA, které se s 12 mil. tun dostaly na třetí místo na světě.

Polovina známých zásob lithia leží v Bolívii na dně solných pánví – největší z nich je Salar de Uyuni. Těžba tzv. „bílého zlata“ v Jižní Americe vyžaduje mnoho vody a ohrožuje tak místní obyvatele.[7] Extraktivismus má pak koloniální podobu.[8] V ČR se zásoby odhadují na 1 milión tun, ale vytěžitelná může být zhruba desetina.[9]

Producenti podle zemí (2022)[6]: 1. Austrálie 61 tis. t, 2. Chile 39 tis. t, 3. Čína 19 tis. t, 4. Argentina 6,2 tis. t, 5. Brazílie 2,2 tis. t ... Těžební společnosti nicméně většinou jak v Austrálii, tak v Jižní Americe, či Kongu patří čínským firmám (až do 100 % akcií). V červnu 2023 byla oznámena investice ruského Rosatomu v Bolivii, jejímž výsledkem má být těžba 25 tis. t lithia pro produkci vlastních autobaterií v Rusku[10] (gigafactory se staví v Kaliningradské oblasti[11]).

Biologický význam[editovat | editovat zdroj]

Lithium je přítomné v tělech rostlin, živočichů a dalších organismů jen ve stopovém (extrémně nízkém) množství a pravděpodobně tam chemicky vystupuje podobně, jako jiné alkalické kovy přítomné v těle. V lidské krvi je přítomno lithium v koncentraci pouhých cca 70 nmol/litr.[12] Je sporné, zda má pro funkci organizmu nějaký význam; koncentrace lithia, které se používají k léčbě maniodepresivity, jsou o 3–4 řády vyšší, než je jeho přirozená koncentrace v krvi. Při experimentálním krmení zvířat potravou s nízkým obsahem lithia byly pozorovány některé vývojové poruchy a snížený věk dožití.[12][13] Lithium také v nízkých koncentracích stimuluje růst rostlin, některé druhy ho však pravděpodobně aktivně zakoncentrovávají ve svých pletivech až do hladiny 1 mg/g váhy.[14] Rozbor izotopů lithia ve fosilizovaných kostech pravěkých obratlovců i v kostech recentních obratlovců může být významnou metodou pro jejich výzkum, a to z hlediska ekologie i potravních návyků.[15]

Výroba[editovat | editovat zdroj]

Při výrobě se vychází z rudy spodumenu, který se zahřívá na 1 100 °C, aby došlo ke změně modifikace, která má menší hustotu. Ta se promývá kyselinou sírovou při 250 °C a z výluhu se získává síran lithný. Ten reaguje s uhličitanem sodným za vzniku nerozpustného uhličitanu lithného, který je následně rozpuštěn v kyselině chlorovodíkové za vzniku chloridu lithného.

Kovové lithium lze průmyslově nejsnáze připravit elektrolýzou roztaveného chloridu lithného, protože je čistý chlorid nejlépe získatelný a má relativně nízkou teplotu tání. K přípravě lithia je možno použít i snadněji tavitelnou směs chloridu lithnéhochloridu draselného.

Železná katoda 2 Li+ + 2 e → 2 Li
Grafitová anoda 2 Cl → Cl2 + 2 e

V laboratoři lze k přípravě lithia použít i elektrolýzu chloridu lithného rozpuštěného v pyridinu.

Využití[editovat | editovat zdroj]

Elementární lithium – peletky
Lithiová baterie
  • Organické soli lithia se používají ve farmaceutickém průmyslu jako součásti uklidňujících léků tlumících afekt.
  • Lithium je přísadou pro výrobu speciálních skel a keramik, především pro účely jaderné energetiky, ale i pro konstrukci hvězdářských teleskopů.

Sloučeniny[editovat | editovat zdroj]

Anorganické sloučeniny[editovat | editovat zdroj]

Uhličitan lithný
Chlorid lithný
Dusičnan lithný
  • Hydroxid lithný LiOH je bílá krystalická látka, středně silně zásaditá, která se na rozdíl od ostatních alkalických hydroxidů rozpouští ve vodě a lihu o poznání hůře. Vzniká reakcí oxidu lithnéhovodou nebo reakcí kovového lithia s vodou, která je poměrně bouřlivá a exotermní, kromě uvedeného hydroxidu lithného při ní dochází ve vývoji plynného vodíku.

Soli[editovat | editovat zdroj]

Lithné soli jsou ze solí alkalických kovů obecně nejméně rozpustné ve vodě (paradox u lithných solí tvoří chlorečnan lithný, který je nejrozpustnější anorganickou látkou ve vodě – 313,5 g ve 100 ml při 18 °C). Naproti tomu se však lithné soli velmi dobře rozpouští v jiných polárních rozpouštědlech než voda (například kapalný amoniak nebo etanol).

Organické sloučeniny[editovat | editovat zdroj]

Mezi organické sloučeniny lithia patří zejména lithné soli organických kyselin a lithné alkoholáty. K dalším lithným sloučeninám patří organické komplexy lithných sloučenin – komplexy s crown ethery (koronandy), a kryptáty. Zcela zvláštní skupinu organických lithných sloučenin tvoří organokovové sloučeniny.

Bezpečnost[editovat | editovat zdroj]

Kovové lithium je hodně reaktivní, a oxiduje i na vzduchu. Aby se tomuto jevu zabránilo, uchovává se obvykle v petroleji. Při manipulaci s lithiem se musejí používat ochranné rukavice, aby lithium nezreagovalo na povrchu kůže s vodou na hydroxid lithný, který je velice nebezpečný.

Při vdechování prachu kovového lithia dochází k podráždění či až k bolesti nosu a dýchacích cest, dále taky může vzniknout plicní edém.

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. a b Lithium. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov [online]. PubChem [cit. 2021-05-24]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. https://www.voxpot.cz/lithiove-dilema-novou-ropu-potrebujeme-pro-zelenou-tranzici-jeji-tezba-ma-ale-velka-uskali/ - Lithiové dilema: Jak může zelená tranzice vést k ekologické katastrofě
  3. Chart: Lithium prices are through the roof this year. www.canarymedia.com [online]. [cit. 2023-10-11]. Dostupné online. 
  4. Jakub Mráček: Splasknutí lithiové bubliny. ekolist.cz [online]. [cit. 2023-12-15]. Dostupné online. 
  5. https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/lithium/mcs-2018-lithi.pdf [online]. U.S. Geological Survey, 2018-01 [cit. 2018-03-11]. [U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2018 Dostupné online]. 
  6. a b https://www.visualcapitalist.com/visualizing-the-worlds-largest-lithium-producers/
  7. https://www.reutersevents.com/sustainability/indigenous-peoples-livelihoods-risk-scramble-lithium-new-white-gold - ‘Indigenous people’s livelihoods at risk in scramble for lithium, the new white gold’
  8. https://media.business-humanrights.org/media/documents/Lithium_extractivism_and_water_injustices_in_the_Salar_de_Atacama_Chile.pdf - Lithium extractivism and water injustices in the Salar de Atacama, Chile: The colonial shadow of green electromobility
  9. Stát chce mít lithium pod kontrolou, ČEZ vyjednává o těžbě v Cínovci. echo24.cz [online]. [cit. 2023-07-26]. Dostupné online. 
  10. «Росатом» будет добывать литий в Боливии. Ведомости. Dostupné online [cit. 2024-01-04]. (rusky) 
  11. КАЛИНИНГРАД.RU. Гигафабрику в Калининградской области должны запустить в сентябре 2025 года. kgd.ru [online]. [cit. 2024-01-04]. Dostupné online. (rusky) 
  12. a b ANDERSON, Charles E. Lithium in Plants. Příprava vydání Ricardo O. Bach Ph D, Vincent S. Gallicchio Ph D. MT (ASCP). [s.l.]: Springer New York Dostupné online. ISBN 9781461279679, ISBN 9781461233244. DOI 10.1007/978-1-4612-3324-4_3. S. 25–46. (anglicky) DOI: 10.1007/978-1-4612-3324-4_3. 
  13. DEMLING, J.H.; EGLAU, M.C.; AUTENRIETH, T. On the physiological function oflithium from a psychiatric view point. Medical Hypotheses. Roč. 57, čís. 4, s. 506–509. Dostupné online. DOI 10.1054/mehy.2001.1375. 
  14. ARAL, Hal; VECCHIO-SADUS, Angelica. Toxicity of lithium to humans and the environment—A literature review. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2008-07-01, roč. 70, čís. 3, s. 349–356. Dostupné online [cit. 2016-03-26]. DOI 10.1016/j.ecoenv.2008.02.026. 
  15. Fanny Thibon, Jean Goedert, Nicolas Séon, Lucas Weppe, Jeremy E. Martin, Romain Amiot, Sylvain Adnet, Olivier Lambert, Paco Bustamante, Christophe Lécuyer & Nathalie Vigier (2022). The ecology of modern and fossil vertebrates revisited by lithium isotopes. Earth and Planetary Science Letters. 599: 117840. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117840

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Cotton F. A., Wilkinson J.: Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
  • Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
  • Jursík F.: Anorganická chemie nekovů. 1. vyd. 2002. ISBN 80-7080-504-8
  • Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
  • N. N. Greenwood – A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]