VN

Lithi

Bài này viết về một nguyên tố hóa học. Đối với album của ca sĩ Tùng Dương, xem Li ti.

Liti,  3Li
Liti nổi trong parafin
LithiQuang phổ vạch của Liti
Tính chất chung
Tên, ký hiệu Liti, Li
Phiên âm /ˈlɪθiəm/ LI-thee-əm
Hình dạng Trắng bạc
Liti trong bảng tuần hoàn
Lithi
Vận tốc âm thanh que mỏng: 6000 m·s−1 (ở 20 °C)
Độ giãn nở nhiệt 46 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt 84,8 W·m−1·K−1
Điện trở suất ở 20 °C: 92,8 n Ω·m
Tính chất từ Thuận từ
Độ cảm từ (χmol) +14.2·10−6 cm3/mol (298 K)
Mô đun Young 4,9 GPa
Mô đun cắt 4,2 GPa
Mô đun nén 11 GPa
Độ cứng theo thang Mohs 0,6
Số đăng ký CAS 7439-93-2
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Liti
iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP
6Li 7.5% 6Li ổn định với 3 neutron
7Li 92.5% 7Li ổn định với 4 neutron
6Li tồn tại noài tự nhiên thấp hơn 3.75%.
7Li thì nhiều hơn với tỷ lệ 96.25%.

LithiLithiViên bột lithi được phủ bên trong lithi hydroxide (trái) và các thỏi lithi với một lớp mỏng màu đen nitride (phải)

Giống như các kim loại kiềm khác, lithi có một electron hóa trị nên nó dễ dàng cho đi electron này để tạo thành cation. Do đó, đây là một chất bán dẫn nhiệt và điện tốt đồng thời cũng là một chất phản ứng mạnh. Lithi có khả năng phản ứng thấp hơn so với các kim loại kiềm khác do electron hóa trị gần với hạt nhân (hai electron còn lại trong orbitan s của lithi có mức năng lượng thấp hơn, và do đó nó không tham gia tạo các liên kết hóa học).

Kim loại lithi đủ mềm để có thể cắt bằng dao. Vết cắt tươi có màu trắng bạc và đổi thành xám nhanh do sự oxy hóa tạo thành lithi ôxít. Lithi là một trong số các kim loại có điểm nóng chảy thấp nhất (180 °C), nhưng nó lại là kim loại có điểm sôi và nóng chảy cao nhất so với các kim loại kiềm.

Lithi có tỉ trọng rất thấp đạt 0,534 g/cm3, tương đương với gỗ thông. Nó có mật độ thấp nhất so với các nguyên tố ở dạng rắn trong điều kiện nhiệt độ phòng, nguyên tố rắn xếp sau nó (kali có tỉ trọng 0,862 g/cm3) có mật độ lớn hơn nó 60%. Thêm vào đó, ngoài heli và hydro, nó có mật độ nhỏ hơn bất kỳ nguyên tố ở dạng lỏng nào, nó chỉ bằng 2/3 so với nitơ lỏng (0,808 g/cm3). Lithi có thể nổi trên các hydrocarbon nhẹ và là một trong 3 kim loại có thể nổi trên nước, hai kim loại còn lại là natri và kali.

Lithi Lithi nổi trên dầu

Hệ số giãn nở nhiệt của Lithi lớn gấp đôi so với nhôm và gần 4 lần của sắt. Lithi là một chất siêu dẫn ở dưới 400 μK trong điều kiện áp suất tiêu chuẩn và ở nhiệt độ cao hơn (trên 9 K) ở áp suất rất cao (>20 GPa). Ở nhiệt độ dưới 70 K, lithi, giống như natri, trải qua sự chuyển pha không khuếch tán. Ở 4,2 K lithi có cấu trúc tinh thể trực thoi; ở nhiệt độ cao hơn nó chuyển sang cấu trúc lập phương tâm diện và sau đó là lập phương tâm khối. Ở nhiệt độ heli lỏng (4 K) cấu trúc thoi là dạng thường gặp nhất. Nhiều dạng thù hình của lithi đã được quan sát ở áp suất cao.

Lithi có nhiệt dung riêng đạt 3,58 kJ/kgK, là giá trị cao nhất trong tất cả các chất rắn. Do vậy, kim loại lithi thường được dùng làm chất làm mát trong các ứng dụng truyền tải nhiệt.

Hóa học và hợp chất

Lithi dễ phản ứng với nước nhưng tạo năng lượng ít hơn so với các kim loại kiềm khác. Phản ứng tạo ra khí hydro và lithi hydroxide trong dung dịch. Do phản ứng với nước nên lithi thường được lưu trữ trong bằng cách ngâm trong hydrocarbon, thường là dầu. Mặc dù các kim loại kiềm nặng hơn có thể được trữ trong các chất nặng hơn, như dầu khoáng, lithi thì không đủ nặng để chìm trong các chất lỏng như thế. Trong không khí ẩm, lithi nhanh chóng bị xỉn do tạo thành một lớp lithi hydroxide (LiOH và LiOH·H2O) màu đen phủ bên ngoài, lithi nitride (Li3N) và lithi cacbonat (Li2CO3, đây đều là các sản của phản ứng thứ cấp giữa LiOH và CO2).

Lithi Cấu trúc bát diện (tím) của một đoạn n-butyllithi ở dạng tinh thể

Khi đốt bằng ngọn lửa, các hợp chất của lithi tạo ra một màu đỏ thẫm, nhưng khi cháy mạnh nó cho ra màu bạc sáng. Lithi bắt lửa và bốc cháy trong ôxy khi tiếp xúc với nước hoặc hơi nước. Lithi là một chất dễ cháy, và nó có thể nổ khi tiếp xúc với không khí và đặc biệt là với nước, mặc dù nó ít xảy ra so với các kim loại kiềm khác. Phản ứng lithi-nước ở nhiệt độ thường thì nhanh nhưng không mãnh liệt, vì hydro được tạo ra sẽ không tự cháy. Giống như tất cả kim loại kiềm, các đám cháy lithi rất khó dập tắt, nó cần các bột chữa cháy phải khô (loại nhóm D). Lithi là kim loại duy nhất phản ứng với nitơ ở nhiệt độ thường.

Lithi có quan hệ chéo với magiê, một nguyên tố có cùng bán kính ion và nguyên tử. Sự tương đồng giữa hai kim loại như tạo thành các hơp chất nitride khi phản ứng với N2, sự hình thành lithi ôxít (Li
2O) và perôxít (Li
2O
2) khi cháy trong O2, các muối có tính tan tương tự, và khả năng kém bền nhiệt của các hợp chất cacbonat và nitride của chúng. Kim loại lithi phản ứng với khí hydro ở nhiệt độ cao tạo ra lithi hydride (LiH).

Các hợp chất hai cấu tử khác như halide (LiF, LiCl, LiBr, LiI) và sulfide (Li
2S), superoxide (LiO
2), carbide (Li
2C
2). Các hợp chất vô cơ khác cũng tồn tại khi lithi kết hợp với các anion để tạo thành nhiều muối khác nhau như Lithi borat, Lithi amua, Lithi cacbonat, Lithi nitrat, hay bohydride (LiBH
4). Lithi nhôm hydride (LiAlH
4) được sử dụng phổ biến làm chất khử trong phản ứng tổng hợp hữu cơ.

Nhiều chất vô cơ của lithi được biết ở dạng liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử cacbon và lithi tạo ra carbanion. Đây là những chất base và ái lực hạt nhân cacbon mạnh. Trong nhiều hợp chất lithi hữu cơ này, các ion lithi có khuynh hướng tập hợp thành các ô mạng có tính tự đối xứng cao, đây là trường hợp khá phổ biến đối với các kim loại kiềm. LiHe, là một chất van der Waals tương tác yếu, đã được phát hiện ở nhiệt độ rất thấp.

Lithi cũng được phát hiện thể hiện từ tính ở dạng khí trong các điều kiện nhất định.

Đồng vị

Lithi trong tự nhiên là hỗn hợp của 2 đồng vị ổn định 6Li và 7Li với 7Li là phổ biến nhất (92,5% trong tự nhiên). Cả hai đồng vị tự nhiên đều có năng lượng liên kết hạt nhân thấp trên mỗi hạt nhân so với các nguyên tố nhẹ hơn và nặng hơn nằm kề nó trong bảng tuần hoàn là heli và berylli, tức các nguyên tố nhẹ ổn định, lithi có thể sinh năng lượng qua phản ứng phân hạch hạt nhân. Hai hạt nhân có năng lượng liên kết thấp hơn trên mỗi hạt nhân so với các hạt nhân ổn định khác là deuterium và heli-3. Do đó, mặc dù khối lượng nguyên tử nhẹ, lithi ít phổ biến trong hệ mặt trời so với 25 trong 30 nguyên tố hóa học đầu tiên. Nó có 7 đồng vị phóng xạ đã biết với ổn định nhất là 8Li có chu kỳ bán rã 838 ms và 9Li có chu kỳ bán rã 178,3 ms. Các đồng vị còn lại có chu kỳ bán rã dưới 8,6 ms. Đồng vị có chu kỳ bán rã ngắn nhất là 4Li, bị phân rã theo bức xạ proton và có chu kỳ bán rã 7,6×10−23 s.

Lithi-7 là một trong những nguyên tố nguyên thủy (sản xuất trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân của Vụ nổ lớn Big Bang). Một lượng nhỏ của 2 đồng vị 6Li và 7Li được tạo ra trong các sao, nhưng chúng được cho là bị đốt nhanh hơn tốc độ chúng được tạo ra. Một lượng khác lithi bao gồm các đồng vị 6Li and 7Li có thể được tạo ra từ gió mặt trời, các tia vũ trụ va vào các nguyên tử nặng hơn, và từ thời kỳ đầu của hệ mặt trời 7Be và 10Be phân rã phóng xạ. Trong khi lithi được tạo ra trong các sao qua sự tổng hợp hạt nhân sao, sau đó nó bị đốt cháy.7Li cũng có thể được tạo ra trong các sao cacbon.

Tỉ lệ các đồng vị lithi ổn định đáng kể trong nhiều quá trình tự nhiên, bao gồm sự thành tạo các khoáng vật (sự kết tủa hóa học), trao đổi chất, và trao đổi ion. Các đồng vị của lithi phân chia trong một loạt các quá trình tự nhiên, bao gồm cả việc hình thành khoáng chất (kết tủa hóa học), thủy phân, trao đổi ion (Lithi thay thế cho for magiê và sắt trong các cấu trúc bát giác của đất sét, trong đó Li-6 là có ưu thế hơn Li-7), trong các quá trình siêu lọc cũng như sự biến đổi đá. Đồng vị 11Li được biết là có tính chất quang hạt nhân. Quá trình chia tách hạt nhân bằng laser có thể được sử dụng để tác các hạt nhân lithi.

Sản xuất vũ khí hạt nhân và các ứng dụng vật lý hạt nhân khác chiếm tỷ lệ sử dụng lithi nhân tạo chính, với đồng vị nhẹ 6Li được lưu giữ trong công nghiệp và quân sự có sự thau đổi nhỏ nhưng có thể đo đạc được những thay đổi của tỉ lệ 6Li so với 7Li thậm chí trong các nguồn tự nhiên như sông suối. Điều này dẫn đến một điều không chắc chắn bất bình thường trong việc chuẩn hóa khối lượng hạt nhân lithi, vì đại lượng này phụ thuộc vào tỉ lệ có mặt trong tự nhiên của các đồng vị lithi bền, cũng do chúng là các nguồn khoáng sản lithi thương mại.

Sự phổ biến


Lithi Lithi phổ biến như clo trong vỏ lục địa của Trái Đất theo số lược nguyên tử.

Vũ trụ

Theo lý thuyết vũ trụ hiện đại, lithi (bao gồm cả hai đồng vị bền lithi-6 và lithi-7) nằm trong 3 nguyên tố được tổng hợp trong vụ nổ Big Bang. Mặc dù số lượng lithi được tạo ra trong sự tổng hợp hạt nhân Big Bang bị phụ thuộc vào số lượng các photon trong baryon, các giá trị lithi phổ biến được chấp nhận có thể tính toán được, và có một “sự khác biệt lithi vũ trụ học” trong Vũ trụ: các sao già có vẻ có ít lithi hơn mọi người vẫn nghĩ, và một số sao trẻ hơn có nhiều hơn nhiều. Sự thiếu vắng lithi trong các sao già hơn dường như được gây ra bởi sự trộn lẫn lithi vào bên trong sao đó, tại đó nó bị phân hủy. Hơn thế nữa, lithi được tạo ra trong các sao trẻ hơn. Mặc dù nó chuyển hóa thành 2 nguyên tử heli do sự va chạm với một proton ở nhiệt độ trên 2,4 triệu độ C (hầu hết các sao dễ dàng có được nhiệt độ này bên trong lòng của nó), lithi có nhiều hơn lượng dự đoán trong các sao được hình thành sau, còn về nguyên nhân thì chưa được hiểu rõ.

Lithi Nova Centauri 2013 là sao đầu tiên có lithi được tìm thấy.

Mặc dù nó là một trong 3 nguyên tố (cùng với heli và hydro) được tổng hợp từ Big Bang, lithi cùng với berylli và boron có số lượng thấp hơn đáng kể so với các nguyên tố lân cận. Đây là kết quả của nhiệt độ thấp cần thiểt để phân hủy lithi, và sự thiếu vắng một quá trình phổ biến để tạo ra nó.

Lithi cũng được tìm thấy trong sao lùn nâu và có giá trị dị thường trong các sao cam. Do lithi có mặt trong các sao lùn nâu có khối lượng nhỏ hơn, lạnh hơn, nhưng nó bị phân hủy ở các sao lùn đỏ nóng hơn, sự có mặt của nó trong phổ của các sao có thể được sử dụng làm thí nghiệm lithi để phân biệt các nhóm sao này, cũng như các sao nhỏ hơn Mặt trời. Một số ngôi sao màu cam cũng có thể chứa một nồng độ lithi cao. Các sao màu cam này được tìm thấy có hàm lượng lithi cao hơn so với hàm lượng bình thường (chẳng hạn như Centaurus X-4) quay quanh các vật thể lớn (có thể là các sao neutron hoặc các lỗ đen) toàn bộ lực hấp dẫn rõ ràng đã kéo lithi nặng hơn lên bề mặt của các sao hydro-heli, làm cho lithi được quan sát có nhiều hơn.

Trên Trái Đất

Sản lượng khai thác mỏ lithi (2014) và trữ lượng (tấn)
Quốc gia Sản lượng Trữ lượng
Lithi Argentina 2.900 850.000
Lithi Úc 13.000 1.500.000
Lithi Brazil 400 48,000
Lithi Canada (2010) 480 180.000
Lithi Chile 12.900 7.500.000
Lithi Trung Quốc 5.000 3.500.000
Lithi Bồ Đào Nha 570 60.000
Lithi Zimbabwe 1.000 23.000
Tổng thế giới 36.000 13.500.000

Mặc dù lithi phân bố rộng rãi trên Trái Đất, nó không xuất hiện tự nhiên ở dạng nguyên tố do tính phản ứng cao của nó. Tổng lượng lithi trong nước biển là rất lớn, ước tính khoảng 230 tỉ tấn, tức nồng độ ổn định khoảng 0,14 đến 0,25 ppm, hay 25 micromol;
hàm lượng cao hơn đạt đến 7ppm được tìm thấy trong các mạch nhiệt dịch.

Hàm lượng lithi trong vỏ Trái Đất ước tính dao động trong khoảng 20 đến 70 ppm. Lithi là một thành phần phủ trong các đá magma với hàm lượng cao nhất trong các đá granit. Các đá pegmatit cũng có hàm lượng lithi lớn nhất ở dạng khoáng vật, với spodumene và petalite là các nguồn khai thác lithi thương mại phổ biến. Khoáng vật lithi đáng kể khác là lepidolit. Một nguồn lithi mới là sét hectorit, các hoạt động khai thác chủ yếu thông qua công ty Western Lithium Corporation ở Hoa Kỳ. Với hàm lượng 20 mg lithi/kg trong vỏ Trái Đất, lithi là nguyên tố phổ biến thứ 25.

Theo cẩm nang Lithi và Calci tự nhiên, “Lithi là một nguyên tố tương đối hiếm, mặc dù nó được tìm thấy trong nhiều khối đá và một vài vùng nước mặn, nhưng luôn ở nồng độ rất thấp. Có một số lượng khá lớn của cả khoáng lithi và mỏ muối nhưng chỉ một ít trong số chúng thực sự hoặc có tiềm năng giá trị thương phẩm.

Trong những nơi có trữ lượng lithi lớn nhất là Salar de Uyuni ở Bolivia, với trữ lượng 5,4 triệu tấn. USGS ước tính năm 2010, Chile có trữ lượng lớn nhất (7,5 triệu tấn) và sản lượng hàng năm cao nhất (8.800 tấn). Các nhà cung cấp chính khác như Úc, Argentina và Trung Quốc. Tính đến năm 2015, một Khảo sát địa chất tại cộng hòa Séc coi toàn bộ Dãy núi Quặng tại Cộng hòa Séc là khu vực lithi. Năm mỏ đã được đăng ký, một mỏ gần Cínovec được coi là mỏ kinh tế tiềm năng với 160 000 tấn lithi.

Tháng 6 năm 2010, New York Times đưa ra thông báo rằng các nhà địa chất Hoa Kỳ đã tiến hành khảo sát vùng khô hạn của các hồ muối ở miền tây Afghanistan và tin rằng có trữ lượng lithi lớn nhất ở đây.”Các quan chức Lầu Năm Góc cho rằng các phân tích ban đầu của họ tại một địa điểm ở tỉnh Ghazni cho thấy tiềm năng tạo mỏ lithi lớn cỡ mỏ ở Bolivia, mà mỏ này hiện có trữ lượng lithi lớn nhất đã được biết đến.” Các ước tính này “chỉ dựa trên dữ liệu cũ, được thu thập chủ yếu từ thời Liên Xô trong khi họ chiếm đóng Afghanistan giai đoạn 1979–1989” và “Stephen Peters, trưởng dự án khoáng sản Afghanistan của USGS, cho rằng ông ta không ông biết về mối liên quan của USGS đến bất kỳ cuộc thăm dò khoáng sản mới nào tại Afghanistan trong 2 năm qua. ‘Chúng tôi cũng không chắc có bất kỳ phát hiện nào mới về lithi.”

Sinh học

Lithi được tìm thấy ở dạng vết trong nhiều nhóm thực vật, thực vật phù du, và động vật không xương sống với hàm lượng 69 đến 5.760 ppb. Trong các động vật không xương sống thì hàm lượng hơi thấp hơn, và hầu như tất cả tế bào và chất dịch của động vật có xương sống có mặt lithi với mức dao động trong khoảng 21 đến 763 ppb. Các sinh vật ở biển có khuynh hướng tích tụ sinh học lithi nhiều hơn các sinh vật trên cạn. Hiện con người không rõ liệu lithi có vai trò sinh lý học như thế nào trong các sinh vật trên, nhưng các nghiên cứu về dinh dưỡng ở các động vật có vú chỉ ra rằng lithi có vai trò quan trọng đối với sức khỏe của chúng, điều này cho thấy rằng lithi có thể được xếp vào nhóm nguyên tố vết thiết yếu với RDA of 1 mg/ngày. Các nghiên cứu quan sát ở Nhật Bản thông báo năm 2011 cho rằng lithi tự nhiên có trong nước uống có thể giúp kéo dài tuổi thọ của con người.

Lịch sử


Lithi Pin Lithium ion cho máy ảnh Canon

Petalit (LiAlSi4O10) được một nhà hóa học người Brazil José Bonifácio de Andrada e Silva phát hiện năm 1800 trong một mỏ trên đảo Utö Thụy Điển. Tuy nhiên mãi cho đến năm 1817, Johan August Arfwedson, làm việc trong một phòng thí nghiệm hóa của Jöns Jakob Berzelius, phát hiện sự có mặt của một nguyên tố mới trong khi phân tích quặng petalit. Nguyên tố này tạo thành các hợp chất tương tự như các hợp chất của natri và kali, mặc dù hợp chất cacbonat và hydroxide của nó ít tan trong nước và có tính base hơn. Berzelius đặt tên vật liệu kiềm này là “lithion/lithina“, từ tiếng Hy Lạp λιθoς (nghĩa là đá), để chỉ trạng thái được phát hiện của nó là một khoáng chất rắn, trái với kali được phát hiện trong tro của thực vật, và natri được biết là một phần từ nồng độ của nó cao trong máu động vật. Ông đặt tên kim loại trong vật liệu này là “lithium“.

Arfwedson sau đó chỉ ra rằng nguyên tố cùng tên này có mặt trong các khoáng vật như spodumene và lepidolit. Năm 1818, Christian Gmelin là người đầu tiên quan sát các muối lithi tạo ngọn lửa đỏ rực khi cháy. Tuy nhiên, cả Arfwedson và Gmelin đã cố thử và thất bại về việc cô lập nguyên tố tinh khiết từ các muối của nó. Nó không được tách ra mãi cho đến năm 1821, khi William Thomas Brande đã tách được lithi kim loại bằng phương pháp điện phân lithi hydroxide, một quá trình mà trước kia nhà hóa học Humphry Davy đã tách các kim loại kiềm natri và kali. Brande cũng đã mô tả các muôi lithi tinh khiết, ở dạng chloride, và ước tính rằng lithia (lithi ôxít) chứa khoảng 55% kim loại, ước tính khối lượng nguyên tử lithi khoảng 9,8 g/mol (giá trị ngày nayy là ~6,94 g/mol). Năm 1855, Một lượng lớn hơn lithi được tạo ra bằng phương pháp điện phân lithi chloride do Robert Bunsen và Augustus Matthiessen thực hiện. Việc phát hiện ra quy trình này đã dẫn đến việc sản xuất lithi thương mại kể từ năm 1923 do một công ty của Đức là Metallgesellschaft AG. Công ty này đã dùng phương pháp điện phân hỗn hợp lithi chloride và kali chloride.

Việc sản xuất và sử dụng lithi đã trãi qua nhiều thay đổi mạnh mẽ về lịch sử. Ứng dụng quan trọng đầu tiên của lithi là chất bôi trơn lithi nhiệt độ cao cho các động cơ máy bay hay các ứng dụng tương tự trong thế chiến thứ 2 và một thời gian ngắn sau đó. Ứng dụng này được ủng hộ mạnh mẽ do xá phòng gốc lithi có điểm nóng chảy cao hơn các xà phòng nhóm kiềm khác, và ít bị ăn mòn hơn so với các xà phòng gốc calci. Thị trường nhỏ về các loại xà phòng lithi và dầu mỡ bôi trơn dựa vào lithi được hỗ trợ từ nhiều mỏ nhỏ chủ yếu ở Hoa Kỳ.

Nhu cầu lithi tăng mạnh trong suốt thời kỳ chiến tranh lạnh do cung cấp cho việc sản xuất vũ khí hạt nhân. Cả lithi-6 và lithi-7 đều tạo ra tritium khi chiếu các hạt neutron, và do đó nó rất hữu ích trong việc sản xuất tritium, cũng như ở dạng nhiên liệu nhiệt hạch rắn được dùng trong các bom hydro ở dạng lithium deuterua. Hoa Kỳ trở thành nhà sản xuất lithi chínhtrong giai đoạn cuối thập niên 1950 và giữa thập niên 1980. Vào Cuối cùng các do dự trữ lithi chứa gần 42.000 tấn lithi hydroxide. Lithi trong kho bị làm nghèo lithi-6 khoảng 75%, lượng này không đủ để ảnh hưởng đến khối lượng nguyên tử cần thiết về lithi trong các chất hóa học chuẩn, và thậm chí trọng lượng nguyên tử lithi trong một số ion “nguồn tự nhiên” đã bị “nhiễm” bởi các muối lithi từ các nhà máy tách đồng vị, các nguồn này cũng được tìm thấy trong nước dưới đất.

Lithi đã được sử dụng để làm giảm nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh và làm tăng nhiệt độ nóng chảy của nhôm ôxít khi dùng công nghệ Hall-Héroult. Hai ứng dụng này được sử dụng chính trên thị trường mãi cho đến giữa thập niên 1990. Vào cuối cuộc chạy đua vũ trang hạt nhân, nhu cầu lithi tăng và giá bán của Department of Energy stockpiles trên thị trường giảm mạnh. Nhưng vào giữa thập niên 1990, nhiều công ty bắt đầu tách lithi từ nước biển một phương pháp được cho là rẻ hơn việc khai thác hầm lò hoặc thậm chí là khai thác lộ thiên. Hầu hết các mỏ bị đóng cửa hoặc chuyển trọng tâm của họ các loại vật liệu khác trong khi đó chỉ có nguồn quặng khai thác từ các mạch pegmatit là có thể mang lại giá cạnh tranh.

Sự phát triển của pin lithi làm gia tăng nhu cầu lithi và trở thành đối tương sử dụng chính trong năm 2007. Với dự dao động nhu cầu lithi làm pin trong thập nhiên 2000, các công ty mới đã mở rộng việc khai thác lithi từ nguồn nước biển để đáp ứng nhu cầu gia tăng này.

Sản xuất


LithiLithiẢnh vệ tinh vùng Salar del Hombre Muerto, Argentina (trái), và Uyuni, Bolivia (phải), các đồng bằng muối giàu lithi. Nước mặn giàu lithi được cô đặc bằng cách bơm nó vào các hồ bốc hơi tự nhiên từ nắng (như hình bên trái).

Lithi Đường cong sản lượng lithi toàn cầu

Từ cuối Chiến tranh thế giới thứ hai, sản xuất lithi đã tăng lên đáng kể. Kim loại này được tách ra từ khoáng sản liên quan đến các đá mácma như Lepidolit, spodumen, petalit và amblygonit. Các muối lithi được tách ra từ các suối nước khoáng, các hồ nước mặn và các mỏ trầm tích nguồn gốc biển. Kim loại được sản xuất bằng phương pháp điện phân hỗn hợp gồm 55% lithi chloride và 45% kali chloride ở khoảng 450 °C. Năm 1998, kim loại này có giá khoảng 95 USD/kg.

Việc tách lithi (* là đồng vị của lithi, ví dụ * bằng 7 hay 6) bằng điện phân được thực hiện như sau:

catốt:







Li



+




*


+



e









Li*




{displaystyle {mbox{Li}}^{+}{mbox{*}}+{mbox{e}}^{-}to {mbox{Li*}}}

Lithi Ước tính lượng tiêu thụ lithi toàn cầu năm 2011   Sứ và thủy tinh (29%)   Pin (27%)   Chất bôi trơn (12%)   Đúc liên tục (5%)   Xử lý không khí (4%)   Polymer (3%)   Sản xuất nhôm (2%)   Dược phẩm (2%)   Khác (16%)

Vì nhiệt dung riêng lớn của nó (lớn nhất trong số các chất rắn), lithi được sử dụng trong các ứng dụng truyền nhiệt. Nó cũng là vật liệu quan trọng trong chế tạo anốt của pin vì khả năng điện hóa học cao của nó. Các ứng dụng khác còn có:

Sứ và thủy tinh

Lithi ôxít được sử dụng rộng rãi làm chất tẩy trong việc xử lý silica, giảm điểm nóng chảy và độ nhớt của vật liệu và làm men sứ trong việc cải thiện các tính chất vật lý bao gồm các hệ số giãn nở nhiệt thấp. Trên toàn cầu đây là ứng dụng đơn lớn nhất đối với hợp chất lithi. Lithi cacbonat (Li2CO3) thường được sử dụng trong ứng dụng này vì nó chuyển đổi oxit khi nung nóng.

Điện và điện tử

Vào các năm cuối của thế kỷ XX, do sở hữu thế điện cao của nó, lithi trở thành một thành phần quan trọng trong các chất điện phân và một trong các thành phần quan trọng trong pin. Do có khối lượng nguyên tử thấp, lithi có tỉ lệ khối lượng tích điện và năng lượng cao. Loại pin ion lithi có thể tạo ra khoảng 3 vôn mỗi ô, so với 2,1 vôn đối với pin axit chì hay 1,5 vôn đối với pin kẽm-cacbon. Các pin ion lithi, có thể sạc được và có mật độ năng lượng cao, không thể nhầm lẫn với pin lithi không thể sạc được. Các loại pin sạc khác sử dụng lithi như pin polymer ion lithi, pin lithi sắt phốtphat, và pin dây nano.

Chất bôi trơn

Ứng dụng phổ biến thứ ba của lithi là làm các chất bôi trơn. Lithi hydroxide là một chất base mạnh và khi nung với mỡ, nó tạo ra một loại xà phòng lithi có tên là stearat. Xà phòng lithi có khả năng thicken oils, và nó được sử dụng để sản xuất các chất bôi trơn nhiệt độ cao nhiều mục đích.

Luyện kim

Lithi (cũng như lithi cacbonat) được dùng làm phụ gia trong hoạt động đúc liên tục trong xỉ làm tăng tính linh động, chiếm khoảng 5% lượng lithi toàn cầu (2011). Các hợp chất lithi cũng được sử dụng làm phụ gia trong cát đúc cho hoạt động đúc sắt nhằm giảm veining.

Lithi (ở dạng lithi fluoride) được sử dụng làm phụ gia trong nấu chảy nhôm (công nghệ Hall–Héroult), làm giảm nhiệt độ nóng chảy và làm tăng điện trở suất, nguồn này chiếm 3% sản lượng toàn cầu năm 2011. Các hợp kim của lithi với nhôm, cadmi, đồng và mangan được sử dụng trong các bộ phần của máy bay (xem thêm hợp kim lithi-nhôm). Lithi còn có hiệu quả trong việc hỗ trợ sự hoàn hảo của mối hàn silicon nano trong những thành phần điện tử cho pin điện và các thiết bị khác.

Các ứng dụng công nghiệp và hóa học khác

Lithi Lithi được sử dụng làm pháo sáng và pháo hoa do nó cháy có ngọn lửa màu đỏ hoa hồng.

  • Các hợp chất lithi được sử dụng làm chất tạo màu và chất oxy hóa trong pháo hoa và pháo sáng.
  • Lithi peroxide (Li2O2) trong môi trường ẩm không chỉ phản ứng với cacbon dioxide tạo thành lithi cacbonat mà còn giải phóng ôxy. Phản ứng diễn ra theo phương trình:
2 Li2O2 + 2 CO2 → 2 Li2CO3 + O2.

Một số hợp chất aforementioned hay lithi perclorat, được sử dụng làm nến ôxy để cung cấp ôxy cho các tàu ngầm. Loại này có thể chứa một lượng nhỏ boron, magie, nhôm, silicon, titan, mangan, và sắt.

Quang học

Lithi fluoride có một trong những chỉ số khúc xạ thấp nhất và phạm vi truyền dẫn xa nhất trong tia UV sâu của hầu hết các vật liệu thông thường. Tính chia bột lithi fluoride đã được sử dụng cho Liều lượng phát quang (TLD): khi một mẫu như vậy tiếp xúc với bức xạ, nó tích lũy phần thiếu tinh thể khi nóng lên, phát ra một ánh sáng xanh có cường độ lớn tỉ lệ với độ hấp thụ, cho phép cách này định lượng. Đôi khi lithi fluoride còn được sử dụng trong các ống tiêu cự của kính viễn vọng. Ứng dụng lithi được sử dụng trong hơn 60% điện thoại di động.

Hữu cơ và polyme hóa học

Hợp chất Organolithium được sử dụng rộng rãi trong sản xuất polyme hóa học. Trong ngành công nghiệp polyme mà người tiêu dùng chi phối những hợp chất này, hợp chất lithi ankyl là chất xúc tác trong trùng hợp anionic của nhóm chức Anken. Hợp chất Organolithium được chuẩn bị từ lithi kim loại và alkyl halide.

Ứng dụng quân sự

Lithi Sự ra đời của một quả ngư lôi sử dụng nguồn nguyên liệu từ lithi.

Lithi kim loại và hỗn hợp Hydride của nó như Li[AlH4] được sử dụng làm chất phụ năng lượng cao để đẩy tên lửa. Li[AlH4] cũng có thể tự chế thành nhiên liệu rắn. Một quả ngư lôi MK-50 chứa hệ thống năng lượng đẩy hóa học (SCEPS) sử dụng một chiếc xe tăng nhỏ chứa khí SF6 rải xuống một khối lithi rắn. Phản ứng sau đó sinh nhiệt, tạo ra hơi nước để đẩy ngư lôi trong một chu kì Rankine khép kín. Hydride lithi chứa lithi-6 được sử dụng trong vũ khí nhiệt hạch để bọc thành lõi của bom hạt nhân.

Hạt nhân

Lithi Hyđro lithi nặng được sử dụng làm nhiên liệu trong thiết bị hạt nhân Castle Bravo.

Lithi-6 có giá trị làm nguồn nguyên liệu để sản xuất Triti và chất hấp thụ neutron trong phản ứng tổng hợp hạt nhân. Lithi tự nhiên chứa khoảng 7.5% lithi-6, từ đó một lượng lớn lithi-6 được sản xuất bằng phép tách đồng vị để sử dụng trong vũ khí hạt nhân. Lithi-7 cũng được quan tâm để sử dụng trong chất lỏng của lò phản ứng hạt nhân. Tritium hòa lẫn với hyđro nặng trong phản ứng tổng hợp hạt nhân chỉ mang tính tương đối để sinh ra sản phẩm. Mặc dù các chi tiết được giữ bí mật, hyđro lithi-6 nặng dường như vẫn có một vai trò làm vật liệu nhiệt hạch trong các vũ khí hạt nhân hiện đại.

Lithi fluoride có tính hóa học ổn định khác thường và hỗn hợp LiF-BeF2 đạt độ nóng chảy thấp. Ngoài ra, 7Li, Be và F là một trong số ít các nuclid với những mặt cắt ngang nhiệt neutron thấp vừa đủ để không đầu độc các phản ứng phân hạt nhân bên trong một lò phản ứng phân hạt nhân. Lithi cũng được sử dụng làm nguyên liệu cho hạt alpha hoặc hạt nhân heli. Khi 7Li bởi các proton tăng tốc hình thành từ 8Be, nó trải qua quá trình phân hạch để tạo nên hai hạt alpha. Chiến công này do Cockroft và Walton phát hiện năm 1932, được gọi là “tách nguyên tử vào thời điểm đó, đồng thời là phản ứng hạt nhân đầu tiên hoàn toàn do con người thực hiện. Các lò phản ứng sử dụng pin lithi để chống lại những tác động ăn mòn từ Axit boric, chất được đưa vào nước để hấp thụ neutron dư thừa.

Y học

Các muối lithi như cacbonat lithi (Li2CO3), citrat lithi và orotat lithi là các chất ổn định thần kinh được sử dụng để điều trị các rối loạn lưỡng cực, vì không giống như phần lớn các loại thuốc ổn định thần kinh khác, chúng trung hòa cả hai sự cuồng và trầm cảm. Lithi có thể được sử dụng để tăng thêm hiệu quả của các thuốc chống trầm cảm khác. Lượng có ích của lithi trong việc này thấp hơn so với mức có độc tính chỉ một chút, vì thế các nồng độ của lithi trong máu phải được kiểm soát kỹ trong quá trình điều trị. Các muối lithi có thể cũng giúp ít trong việc chẩn đoán liên quan như rối loạn schizoaffective và trầm cảm có chu kỳ. Phần tác dụng của muối này là ion lithi Li+. Chúng có thể làm tăng nguy cơ phát triển dị tật Ebstein ở trẻ sinh ra từ các phụ nữ uống lithi trong ba tháng đầu của thai kỳ. Lithi cũng được nghiên cứu với khả năng trị bệnh đau đầu từng chùm.

Cảnh báo


NFPA 704
Biểu đồ cháy
Flammability code 2: Phải nung mức độ trung bình hoặc để trong môi trường nhiệt độ tương đối cao trước thì mới có thể cháyr. Điểm cháy từ 38 đến 93 °C (100 and 200 °F). Ví dụ dầu diesel 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, sodium

Lithi
2
3
2W

Dấu hiệu cháy kim cương gây nguy hiểm cho lithi kim loại

Giống như các kim loại kiềm khác, lithi trong dạng đơn chất là một chất dễ cháy và nổ khi để trần ngoài không khí và đặc biệt là trong nước. Lithi kim loại là một chất ăn mòn và yêu cầu có trang thiết bị bảo hộ lao động đặc biệt để chống tiếp xúc trực tiếp với da. Lithi có thể lưu giữ trong các hợp chất không có phản ứng như napta hay hydrocarbon. Các hợp chất lithi không đóng vai trò sinh học tự nhiên gì và được coi là chất độc nhẹ. Khi sử dụng như thuốc, nồng độ Li+ trong máu phải được kiểm soát chặt chẽ.

Quy định

Một số điều luật hạn chế việc bán pin lithi, nguồn có sẵn nhất của lithi dành cho người tiêu dùng bình thường. Lithi có thể được sử dụng để làm giảm Pseudoephedrine và Ephedrine đến ma túy đá trong phương pháp giảm Birch, trong đó sử dụng những giải pháp của kim loại kiềm hòa tan trong muối amonia khan. Những thiếu hụt nội bộ từ khiếm khuyết trong sản xuất hoặc thiệt hại về vật lý có thể dẫn đến sự phát nổ tự phát.

Related Articles

Check Also
Close
Back to top button