نتيجة النشاط الكيميائي الكبير لعنصر الليثيوم فهو لا يوجد في الطبيعة بصورته الحرّة، لذلك يحفظ عادةً ضمن وسط من زيت معدني. عند درجة حرارة الغرفة وفي وسط جاف تماماً يبقى الليثيوم لفترة طويلة نسبياً قبل أن يتحول إلى نتريد الليثيوم نتيجة تفاعله مع نيتروجين الهواء. وفي الوسط الرطب يتشكّل على سطح الليثيوم النقي طبقة رماديّة من هيدروكسيد الليثيوم. كغيره من الفلزّات القلويّة يتفاعل الليثيوم بعنف مع الماء.
يوجد الليثيوم بآثار قليلة على شكل أملاح في المياه المعدنيّة وكذلك في جسم الإنسان، مع ضرورة الإشارة إلى أنّه لا ينتمي إلى فئة المغذّيات الضروريّة الأساسيّة، إذ لا توجد له أهميّة حيويّة. بالمقابل، فإنّ لبعض أملاح الليثيوم مثل الكربونات أثر طبي وتستخدم ضمن العلاج بالليثيوم لاضطرابات عصبيّة نفسيّة مثل الهوسوالاكتئابوالاضطراب ثنائي القطب. لليثيوم العديد من التطبيقات التقنيّة المهمّة، أشهرها دخوله في صناعة بطاريات الليثيوم المختلفة التي تستعمل لمرة واحدة بالإضافة إلى بطارية ليثيوم-أيون القابلة للشحن.
في عام 1818، كان العالم كريستيان غميلين أوّل من لاحظ أنّ أملاح الليثيوم تعطي لوناً أحمر زاهي للهب.[2] على الرغم من الاكتشافات التي تمّ التوصّل لها، إلاّ أنّ كلّاً من أرفيدسون وغميلين لم يتمكّنا من عزل عنصر الليثيوم النقي من أملاحه.[2][6][10] ولم يحدث ذلك إلا عام 1821، عندما تمكّن وليام توماس بريند من الحصول على الليثيوم النقي بإجراء عملية تحليل كهربائيلأكسيد الليثيوم، وهي العمليّة نفسها التي قام بها همفري ديفي للحصول على الفلزّات القلويّة كالصوديوم والبوتاسيوم من أملاحها.[10][11][12][13] قام بريند أيضاً بوصف أملاح نقيّة لليثيوم مثل الكلوريد وقدّر بأن الليثيا (أكسيد الليثيوم) يحوي حوالي 55% من الفلز، معتبراً بذلك أن الوزن الذرّي لليثيوم هو حوالي 9.8 غ/مول، في حين أنه فعلياً 6.94 غ/مول.[14] بنفس الأسلوب، تمكّن روبرت بنسنوأوغوستوس ماتيسن سنة 1855 من إنتاج كمّيّات كبيرة من الليثيوم تكفي لدراسة خواصه وذلك بإجراء عملية تحليل كهربائي لكلوريد الليثيوم.[2][15] هذه العملية فتحت الباب للإنتاج التجاري من الليثيوم، عندما قامت الشركة الألمانية للمعادن Metallgesellschaft AG عام 1923 بإنتاج الليثيوم من التحليل الكهربائي لمزيج من كلوريد الليثيوم وكلوريد البوتاسيوم.[2][16][17]
مرّ إنتاج واستخدام الليثيوم بمراحل عدّة خلال التاريخ الحديث. ويذكر أن أوّل تطبيق لليثيوم كان استخدامه في إنتاج صابون الليثيوم الذي استخدم في تشحيم محرّكات الطائرات وتطبيقات مشابهة في الحرب العالميّة الثانيّة. ما ميّز استخدام هذه الصوابين في هذه التطبيقات أنّ صابون الليثيوم له نقطة انصهار عالية مقارنةً مع صوابين الفلزّات القلويّة الأخرى، كما أنّها ذات تأثير أكّال أقلّ مقارنةً مع الصوابين المعتمدة على الكالسيوم.
ازداد الطلب على إنتاج الليثيوم أثناء الحرب الباردة نتيجة سباق التسلح النووي. يُستخدم نظيرا الليثيوم ليثيوم-6 وليثيوم-7 في إنتاج التريتيوم، وذلك عندما تتعرّض للقذف من النيوترونات. كانت الولايات المتحدة الأمريكية المنتج الأول لليثيوم بين أواخر الخمسينات حتّى منتصف الثمانينات من القرن العشرين. كان حوالي 75% من الإنتاج من ليثيوم-6 على شكل هيدروكسيد الليثيوم، والذي كانت كمّيّته تقدّر بحوالي 42 ألف طن. كان لهذه الكمية من ليثيوم-6 تأثير على نسبة نظائر الليثيوم في الطبيعة عند الحاجة إلى إجراء عمليّة تقييس لمعرفة الوزن الذري لليثيوم، وذلك في العديد من المركّبات ذات التطبيق الصناعي أو حتّى في الطبيعة، عند استخدام مثل هذه الأملاح في الإجراءات الكيميائيّة، حيث يمكن أن تُحدث تلوّث للمياه الجوفيّة.[19][20]
استخدم الليثيوم فيما سبق لتخفيض درجة انصهار الزجاج ولتحسين سلوك الانصهار لأكسيد الألومنيوم في عمليّة هول-هيرو.[21][22] كان هذان التطبيقان هما المسيطران على سوق الليثيوم حتّى منتصف التسعينات. انخفضت أسعار الليثيوم بعد انخفاض الطلب عليه بعد توقّف سباق التسلح النووي، وقيام الدول المنتجة ببيع الكمّيّات المخزّنة للسوق بأسعار مخفّضة.[20]
بعد ظهور استخدام الليثيوم في صناعة البطاريّات، ازداد الطلب عليه مجدّداً، حيث كان هذا المجال هو المسيطر على السوق عام 2007.[23] بالإضافة إلى ذلك، طُوّرت طرق لإنتاج الليثيوم وذلك بالاستخراج من المحاليل المركّزة للأملاح، وظهرت شركات جديدة لتلبّي هذا الطلب.[24][25]
الوفرة الطبيعية
على الأرض
منجم سالار دو أويوني في بوليفيا الذي يستخرج منه الليثيوم
على الرغم من أنّ الليثيوم واسع الانتشار على الأرض، إلّا أنّه لا يوجد بصورته الحرّة نتيجة نشاطه الكيميائي الكبير.[8] يوجد الليثيوم على شكل أملاح في مياه البحار بنسبة تركيز ثابتة تتراوح بين 0.14 إلى 0.25 جزء في المليون (ppm)، بحيث أنّ الكمّيّة الكلّيّة تقدّر بحوالي 230 بليون طن.[26][27] يمكن أن تزيد هذه النسبة بالقرب من المنافس الحراريّة المائيّة إلى حوالي 7 أجزاء في المليون.
على الرغم من وفرته النسبية، فإنّ الليثيوم غالباً ما يوجد بتراكيز ضئيلة، إن كان في المحاليل الملحية المركزة أو في معادنه، ممّا يصعّب من مهمة الحصول عليه.[28][29] تقدّر نسبة الليثيوم في القشرة الأرضية بحوالي 20 إلى 70 جزء في المليون وزناً.[30][31] وهو بذلك يوجد في القشرة الأرضية بنسية أقلّ من الزنكوالنحاسوالتنغستن، ولكن بنسبة أكبر من الكوبالتوالقصديروالرصاص. يدخل الليثيوم في تركيب الصخور الناريّة، ويكون أكثر تركيزاً في الغرانيت، بالإضافة إلى صخور البيغماتيتالغرانيتيّة، والتي توفّر كمّيّة معتبرة من المعادن الحاوية على الليثيوم مثل الإسبودومينوالبيتاليت.[30] يُحصل أيضاً على الليثيوم من الليبيدوليت،[32]والأمبليغونيت، ومؤخّراً من وحل الهكتوريت.[33] عند نسبة مقدارها 20 مغ لكل كيلوغرام واحد، فإنّ الليثيوم يقع ترتيبه في المركز الخامس والعشرين من حيث ترتيب العناصر في القشرة الأرضيّة.[34]
حسب النظريّات الكونيّة الحديثة، فإنّ الليثيوم بنظيريه الثابتين ليثيوم-6 و ليثيوم-7 كان أحد ثلاث عناصر تشكّلت بعد الانفجار العظيم.[40] رغم ذلك، فإنّ نسبة الليثيوم في الكون أقلّ من عنصري الهيدروجينوالهيليوم، وذلك مثل العناصر الخفيفة الأخرى كالبيريليوموالبورون، وذلك نتيجة انخفاض الحرارة اللازمة لإفنائه، ولعدم توفّر عمليّات تخليق جديدة له.[41]
وجد أنّ النجوم الأقدم تستهلك الليثيوم وتنقله إلى داخلها حيث تفنيه.[42] يالمقابل، فإنّه في النجوم الأحدث تحدث عملية تحوّل لليثيوم إلى ذرّتي هيليوم نتيجة الاصطدام مع بروتون عند درجات حرارة تتجاوز 2.4 مليون درجة سلسيوس. ولكن رغم ذلك، فإنّ الليثيوم في النجوم الأحدث له وفرة أكبر منه في النجوم الأقدم، وذلك لأسباب لا يزال البحث مستمّراً لإيجاد تفسير لهذه الظاهرة.[11]
يوجد الليثيوم أيضاً في الأقزام البنيّة، وهي نجوم هزيلة ذات حرارة أقلّ من أقرانها، وذلك على العكس من نجوم الأقزام الحمراء الأكثر سخونة، والتي تقوم بإفناء الليثيوم. بناءً على ذلك، يمكن إجراء ما يدعى اختبار الليثيوم للتمييز بين الاثنين، خاصّة أنّ كليهما أقلّ حجماً من الشمس.[11][43][44][45] وجد أيضاً أن بعض النجوم البرتقاليّة تحوي تراكيز عالية من الليثيوم.[11]
في الأحياء
يوجد الليثيوم بكمّيّات نزيرة في العديد من النباتاتواللافقاريات بتراكيز تتراوح بين 69 إلى 5760 جزء في البليون، في حين أن تركيزه في الفقاريات أقلّ من ذلك، حيث أن التركيز فبها يتراوح بين 21 إلى 763 جزء في البليون. بشكل عام، فإن الأحياء البحرية تحوي نسبة أكثر من الليثيوم مقارنة مع الأحياء على اليابسة.[46] لا يعرف للآن إن كان لليثيوم دوراً حيوياً في هذه الكائنات،[47] إلاّ أنّ الدراسات الغذائيّة عند الثدييات أظهرت أهميّته بالنسبة للصحّة، بحيث ظهرت اقتراحات بجعل الليثيوم لهذه الكائنات أحد العناصر النادرة الأساسيّة، وقدرّت الكمية المنصح بإعطائها بحوالي 1 مغ في اليوم.[48] يوجد الليثيوم طبيعيّاً في مياه الشرب وفي بعض المغذّيات، مثل اللحم والسمك والبيض ومشتقات الحليب. على سبيل المثال، فإنّ كل 100 غرام لحم حيواني تحوي 100 ميكروغرام ليثيوم.[49] أظهرت دراسة في اليابان عام 2011 احتماليّة وجود علاقة بين طول عمر عيّنة من الأشخاص مع وجود نسبة طبيعيّة من الليثيوم في مياه الشرب.[50]
يُحضّر الليثيوم من محاليله الملحيّة (غالباً على شكل كلوريد الليثيوم) بإجراء عمليّة تبخر للماء وبإضافة كربونات الصوديوم (الصودا). يوضع المزيج في أحواض وتعرّض لأشعة الشمس لرفع التركيز بحيث نحصل على راسب من كربونات الليثيوم.
يعدّ كربونات الليثيوم الشكل الصلب الشائع الذي يحصل عليه من المناجم ويعرض في السوق العالمية. للحصول على الشكل الفلزّي من الليثيوم تجرى عملية تحليل كهربائي. في البداية يعالج ملح كربونات الليثيوم بحمض الهيدروكلوريك (حمض كلور الماء) حيث يتشكّل محلول كلوريد الليثيوم ويتحرّر غاز ثنائي أكسيد الكربون في العمليّة حسب المعادلة:
يتجمّع الليثيوم السائل على سطح الكهرل حيث يفصل فيما بعد، وفي هذه الحالة لا ينفصل البوتاسيوم لأن له كمون مسرى أقل في مصهور الكلوريد. بالمقابل، يمكن لآثار من الصوديوم أن تنفصل مع الليثيوم، ممّا يجعله أكثر فعاليّة كيميائيّة، وهذا أمر محبّذ في حال استخدام الليثيوم في الاصطناع العضوي، لكنّه غير محبّذ في حال استخدام الليثيوم في صناعة البطاريّات.
قدّر الاحتياطي العالمي من الليثيوم من الماسح الجيولوجي الأمريكي عام 2008 بحوالي 13 مليون طن.[36] تتوافر مناجم الليثيوم بكثرة في أمريكيا الجنوبيّة وذلك من البحيرات الملحيّة عبر جبال الأنديز، حيث تعدّ تشيلي البلد الأول في قائمة منتجي الليثيوم، تليها الأرجنتين. تعدّ بوليفيا، الواقعة على السفح الشرقي من جبال الأنديز، من الدول التي لديها احتياطي كبير من الليثيوم. في عام 2009، كانت بوليفيا تفاوض دولاً مثل اليابان وفرنسا للبدء في استخراج الليثيوم من صحراء أويوني، والتي تقدّر كمّيّة الليثيوم التي تحويها بحوالي 5.4 مليون طن.[52][53] يُحصل على الليثيوم في الولايات المتّحدة أيضاً من البحيرات المالحة في نيفادا،[54] ومؤخّراً تمّ اكتشاف مواقع جديدة في وايومنغ تقدّر إنتاجيّتها بحوالي 228 ألف طن، في حين أنّ الاحتياطي قدّر بحوالي 18 مليون طن.[55]
في عام 1998، كان سعر الكيلوغرام الواحد من الليثيوم حوالي 95 دولار أمريكي.[56] بعد الأزمة العالمية عام 2008، قام مزوّدو الليثيوم الرئيسيّون مثل شركة Sociedad Química y Minera بتخفيض سعر ملح كربونات الليثيوم بمقدار 20%.[57] إنّ الاستهلاك العالمي من الليثيوم في ازدياد نتيجة الطلب على بطاريّات الليثيوم بمعدّل 25% في السنة، لذلك فإنّه من المتوقّع أن يقفز هذا الاستهلاك العالمي من 150 ألف طن عام 2012 إلى 300 ألف طن سنوياً عام 2020.[58]
من المصادر المحتملة لليثيوم استخدام الآبار الحراريّة الأرضيّة، حيث أن السوائل الراشحة من جوف الأرض تحمل نسب من الليثيوم، حيث أجريت عمليات استحصال عليه في هذه المواقع.[59][60]
يتوافر الليثيوم طبيعيّاً على شكل نظيرين مستقرّين، وهما ليثيوم-6 6Li وليثيوم-7 7Li، علماً أن النظير ليثيوم-7 هو الأكثر من حيث الوفرة الطبيعية (92.5%).[8][11][61] إنّ طاقة الارتباط النوويّة لكل نوية بالنسبة للنظيرين الطبيعيّين منخفضة مقارنةً مع العنصرين المجاورين الأخف والأثقل، أي الهيدروجينوالبيريليوم، ممّا يعني أنّ الليثيوم هو الوحيد من بين العناصر الخفيفة المستقرّة الذي يمكن أن يعطي طاقة صافية نتيجة الاندماج النووي.
هنالك سبعة نظائر مشعّة لليثيوم، أكثرها ثباتاً هو النظير ليثيوم-8 8Li، والذي له عمر نصف مقداره 838 ميلي ثانية وليثيوم-9 9Li بعمر نصف 178 ميلي ثانية. إنّ باقي النظائر المشعّة لها أعمار نصف أقل من 8.6 ميلي ثانية، أقلّها هو النظير ليثيوم-4 4Li والذي عمر النصف له يبلغ 7.6 × 10−23 ثانية.[62]
يتجزّأ نظيري الليثيوم الطبيعيين تدريجياً من خلال عدّة عمليّات طبيعيّة،[66] من ضمنها تشكّل المعادن (ترسيب كيميائي) والاستقلابوالتبادل الأيوني. تحلّ أيونات الليثيوم محل أيونات المغنيسيوموالحديد في معادن الغضار التي لها بنية ثمانيّة السطوح، حيث تفضّل نوى ليثيوم-6 6Li على ليثيوم-7 7Li، ممّا يؤدي إلى تخصيب النظير الأخف في هذه المعادن وفي الصخور التي تحويها.
كان إنتاج الأسلحة النوويّة أحد المصادر الرئيسيّة لعمليّة تجزئة النظائر الاصطناعيّة، حيث كان يحتفظ بالنظير الأخفّ ليثيوم-6 لتطبيقات صناعيّة وعسكريّة إلى حدٍّ أثّر على نسبة التوزّع الطبيعيّة بين النظيرين 6Li إلى 7Li. أدّت هذه الظاهرة إلى حدوث عدم يقين في تقييس الوزن الذري لليثيوم، حيث أنّ قيمة الوزن الذري تعتمد على التوزّع الطبيعي للنظائر في مصادر الليثيوم المعدنيّة المتوفّرة تجاريّاً.[19]
إنّ النظير ليثيوم-7 عيارة عن بوزون،[68] في حين أنّ النظير ليثيوم-6 هو فرميون. جرى مؤخّراً التوصّل إلى تحضير جزيئات من النظير ليثيوم-6 في حالة الميوعة الفائقة.[69]
حبيبات ليثيوم مغطّاة بهيدروكسيد الليثيوم الأبيض (يمين) وقطع من الليثيوم مغطّاة بطبقة رقيقة من نتريد الليثيوم الأسود (يسار)
الليثيوم يطفو في الزيت
يتميّز الليثيوم بأنّ كثافته منخفضة، إذ أنّه هو الأخف وزناً من جميع العناصر الأخرى الصلبة في درجة حرارة الغرفة، حيث تصل كثافته إلى 0.534 غ/سم3[71]
هذه الكثافة المنخفضة لليثيوم مقاربة لكثافة خشب الصنوير، وهي أقلّ بحوالي 60% من العنصر التالي من حيث ترتيب الكثافة (البوتاسيوم والذي كثافته 0.862 غ/سم3)، حتّى أنّها أقلّ من كثافة النيتروجين السائل (0.808 غ/سم3). يمكن لليثيوم أن يطفو في الزيوت الهيدروكرونيّة، وهو مع الصوديوم والبوتاسيوم أحد ثلاثة فلزّات، والتي يمكن أن تطفو على سطح الماء. بالإضافة إلى ذلك، فإنّ الليثيوم طري جداً، بحيث يمكن قطعه بسكّين، ويكون مقطعه ذو لون أبيض فضي، والذي يتحوّل مباشرةً إلى اللون الرمادي نتيجة الأكسدة.[8] تبلغ نقطة انصهار الليثيوم حوالي 180°س، وهي، رغم انخفاضها بالنسبة للفلزّات الصلبة، فإنّها بذلك أعلى نقطة انصهار بين الفلزّات القلويّة.[72]
يبدي أيون الليثيوم أعلى حرارة إماهة من بين الفلزّات القلويّة الأخرى (−520 كيلوجول/مول)،[81] بذلك فإنّ أيون الليثيوم في الماء يتميّه بالكامل، ويجذب إليه جزيئات الماء. يشكّل أيون الليثيوم كرتي إماهة حوله، واحدة داخليّة مكوّنة من أربع جزيئات ماء، والتي تكون ذرات الأكسجين فيها مرتبطة بشكل قوي بأيون الليثيوم، ومن كرة إماهة خارجيّة، والتي تتشكّل عن طريق جسور هيدروجينيّة بين جزيئات ماء إضافيّة وبين كرة الإماهة الداخليّة +Li[H2O]4، بالتالي يكون نصف القطر الأيوني للأيون المميّه كبير، وذلك بشكل أكبر حتى من أيونات الفلزّات القلويّة الثقيلة مثل الروبيديوموالسيزيوم.
إنّ الليثيوم في الحالة الغازية يكون ليس فقط على شكل أحادي الذرة، إنّما أيضاً على شكل ثنائي الذرة يدعى ثنائي الليثيوم Li2. تكون الرابطة المتشكّلة ذات صفة مدار ذري من النمط s، والتي تكون ذات طاقة منخفضة ملائمة. يبلغ طول الرابطة في ثنائي الليثيوم 267.3 بيكومتر، وله طاقة ارتباط مقدارها 101 كيلوجول/مول.[82] يظهر الليثيوم في حالته الغازية خواص مغناطيسية حديدية وذلك تحت شروط خاصة معينة.[83]
الخواص الكيميائية
كبقية الفلزّات القلويّة فإنّ الليثيوم لديه إلكترون تكافؤ وحيد، والذي يمكن بسهولة التخلّي عنه والتحوّل إلى كاتيون.[8] لذلك، فإنّ الليثيوم نشيط كيميائيّاً مقارنةً مع باقي العناصر الكيميائيّة، رغم أنّه أقلّ الفلزّات القلويّة من حيث النشاط الكيميائي، بسبب قرب الإلكترون التكافؤي لليثيوم من النواة، إذ أنّه كلّما كبر قطر الذرّة كلّما سهل التخلّي عن الإلكترون التكافؤي في المدار الأخير.[8]
تعود هذه الخاصّيّة إلى ارتفاع كثافة الشحنة لأيونات +Li، وبالتالي نتيجة طاقة الشبكة البلّوريّة العالية لنتريد الليثيوم. بذلك يعدّ الليثيوم الفلزّ الوحيد الذي يتفاعل مع النيتروجين في الشروط العاديّة.[84][85]
لمنع تفاعل الليثيوم مع الوسط المحيط الرطب ينبغي حفظه بطبقة من الهيدروكربونات مثل الفازلين، في حين أنّ باقي الفلزّات القلويّة تحفظ في الكيروسين وفي زيت البرافين، وذلك لانخفاض كثافة الليثيوم وصعوبة غمره في السوائل الهيدروكربونية.[11] يشتعل الليثيوم النقي ويحترق عند تعرضه لأكسجين الهواء وعند التماس مع الماء أو الرطوبة.[86]
يبلغ الكمون النظامي لليثيوم −3.04 فولت، وهو بذلك له أقلّ كمون بين عناصر الجدول الدوري.[88]
إنّ القطر الأيوني لأيون الليثيوم +Li وأيون المغنيسيوم 2+Mg متقاربين، لذلك فإنّ هناك تشابه كبير في الخواص. هذا التشابه في الخواص بين عنصرين ينتميان لمجموعتين متجاورتين في الجدول الدوري تدعى باسم العلاقة القطريّة. على هذا الأساس، فإنّ الليثيوم مثل المغنيسيوم، وعلى العكس من الصوديوم، يشكّل مركّبات عضويّة فلزّيّة. من الخواص الأخرى المتشابهة بين الليثيوم والمغنيسيوم تشكيل النتريد عند التفاعل مع النيتروجين، وتشكيل الأكسيدوفوق الأكسيد عند الاحتراق في الأكسجين، بالإضافة إلى خواص الانحلاليّة المتشابهة وعدم الثباتيّة الحراريّة لأملاح الكربونات والنتريدات.[30][89]
المركّبات الكيميائيّة
تلوّن اللهب باللون الأحمر القرمزي بسبب وجود أملاح الليثيوم.
إنّ الليثيوم مركّب نشط كيميائيّاً ويشكّل العديد من المركّبات الكيميائيّة مع اللا فلزات، حيث يكون له دائماً حالة الأكسدة +I. لهذه المركبات غالباً صفة أيونيّة، ولكن توجد هنالك صفة تساهميّة للرابطة في بعض مركّبات الليثيوم الأخرى وذلك على العكس من باقي الفلزّات القلويّة. فلذلك وعلى العكس من أملاح الصوديوم أو البوتاسيوم الموافقة، فإنّ العديد من أملاح الليثيوم تنحل بشكل جيد في المذيبات العضويّة مثل الأسيتون أو الإيثانول.
بشكل عام، تعطي أملاح الليثيوم عند تعريضها للهب لوناً أحمر قرمزي، ولكن عند حرقها بالكامل فإنّ اللهب يصبح ذو لون فضي. تستخدم هذه الخاصّة في اختبار اللهب للكشف عن الليثيوم. تقع الخطوط الطيفيّة الرئيسيّة المميّزة لليثيوم عند طول موجة مقداره 670.776 و 670.791 نانومتر، في حين أنّ بعض الخطوط الطيفيّة الصغيرة تقع عند 610.3 نانومتر. تستخدم هذه البيانات لتحليل الليثيوم باستخدام القياس الضوئي.
من الصعب الكشف عن الليثيوم بشكل كمّي باستخدام طرق التحليل الكيميائي التقليديّة الرطبة، حيث أنّ معظم أملاح الليثيوم سهلة الانحلال. إحدى الوسائل للقيام بذلك هو إجراء عمليّة ترسيب لملح فوسفات الليثيوم، وذلك من خلال إضافة فوسفات ثنائي الصوديوم Na2HPO4 في وسط قلوي من محلول هيدروكسيد الصوديوم إلى العيّنة المراد تحليلها. بإجراء عملية تسخين يترسّب ملح أبيض من فوسفات الليثيوم في حال وجود أيونات +Li حسب المعادلة:
يستخدم أكسيد الليثيوم بشكل واسع في مجال صناعة الزجاج كصهارة وذلك من أجل معالجة السيليكا،[15] حيث تعمل على تخفيض درجة انصهار ولزوجة المواد الداخلة في العمليّة، كما تؤدي إلى تزجيج الخزف بخواص فيزيائيّة محسّنة، من ضمنها انخفاض قيمة معامل التمدّد الحراري. يعدّ هذا التطبيق من أكبر استخدامات مركّبات الليثيوم.[91] يستخدم مركّب كربونات الليثيوم كمادّة أوليّة لهذا التطبيق، حيث أنّه يعطي أكسيد الليثيوم إبّان التسخين.[92]
الإلكترونيّات
في مجال الإلكترونيّات جرى مؤخراً استخدام الليثيوم بشكل كبير في صناعة البطاريّات وذلك إمّا بدخوله في تركيب المحاليل الكهرلية أو في المساري، وذلك لكون قيمة كمون المسرى ونسبة الطاقة إلى الوزن بالنسبة لليثيوم مرتفعة. على سبيل المثال، فإنّ بطارية ليثيوم-أيون يمكن أن تولّد حوالي 3 فولت لكلّ خلية، مقابل 2.1 فولت لبطارية الرصاص أو 1.5 فولت لبطارية زنك-كربون. إنّ بطارية ليثيوم-أيون هي بطاريّات قابلة لإعادة الشحن وذات كثافة طاقة عالية، في حين أن بطارية الليثيوم بشكل عام هي بطاريّات تستخدم لمرة واحدة، يكون فيها الليثيوم أو أحد مركّباته كمصعد.[93][94] من بطاريّات الليثيوم التي يمكن إعادة شحنها بطارية ليثيوم بوليمروبطارية فوسفات حديد-ليثيوم.
استخدم ديوتيريد الليثيوم كوقود في اختبار القنبلة الهيدروجينيّة الأمريكيّة، والتي كان لها الاسم المستعار Castle Bravo.
استخدم دويتيريد الليثيوم (LiD، وهو مركّب يحلّ فيه الديوتيريوم مكان الهيدروجين في هيدريد الليثيوم) كوقود في النسخ الأولى من القنبلة الهيدروجينيّة. عند قذف الليثيوم بالنيوترونات فإنّ كلّ من النظيرين 6Li و 7Li ينتجان التريتيوم، والذي يتّحد مع الديوتيريوم في تفاعل اندماج نووي. لا يزال الليثيوم-6 له تطبيقات في مجال الأسلحة النوويّة.[103]
يدرس مستقبلاً إمكانيّة استخدام الليثيوم لإنتاج التريتيوم من أجل توليد الطاقة بالاندماج وذلك في مفاعلات الاندماج بالحصر المغناطيسي. ينتج التريتيوم من تفاعل النيوترونات الموجودة في البلازما مع غطاء المفاعل الحاوي على الليثيوم حسب التفاعل:
يدخل مركّب فلوريد الليثيوم عندما يخصّب بالنظير ليثيوم-7 في تركيب المزيج الفلوريدي الملحي LiF-BeF2 وذلك مع فلوريد البيريليوم، والمستخدم في مفاعلات الملح المنصهر. يعود اختيار فلوريد الليثيوم إلى الثباتيّة العالية للمركّب، ولكون المزيج LiF-BeF2 ذو نقطة انصهار منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، فإنّ كلّ من 7Li و Be و F تعدّ من النويدات التي لها مقطع نيوتروني منخفض بحيث أنّها لا تؤثّر على تفاعل الانشطار داخل المفاعل.[106]
يستخدم مسحوق فلوريد الليثيوم الناعم في مقياس الجرعة الحراري الضوئي (TLD)، حيث أنّه في حال تعرّض مادّة للإشعاع يحدث تراكم للعيوب البلوريّة، وعندما تسخّن البلّورة فإنّ هذه العيوب تحلّ عن طريق إطلاق إشعاع ذو لون مزرقّ تكون شدّته متناسبة مع جرعة الطاقة الممتصة، مما يمكّن من تعيينها كمّيّاً.[114]
إنّ طربيد مارك-50 Mark 50 Torpedo يعتمد على نظام الدفع بالطاقة الكيميائيّة المخزّنة (SCEPS)، بحيث يوجد خزّان صغير من سداسي فلوريد الكبريت والذي يرشّ على قطع من الليثيوم الصلب. إنّ التفاعل الناتج يولّد حرارة تنتج بخاراً، والذي يدفع الطربيد، وذلك في دورة رانكن مغلقة.[121]
المخاطر
إنّ استنشاق غبار الليثيوم أو مركّباته يسبّب تهييج في الأنف والحنجرة، وعند التعرّض لتراكيز مرتفعة يمكن أن يؤدي ذلك إلى تشكّل سائل في الرئة، والذي يمكن أن ينتهي بحدوث وذمة الرئة. يجب الانتباه إلى عدم تعرّض الجلد إلى الليثيوم الفلزّي حيث أنّه يشكّل هيدروكسيد الليثيوم المخرّش عند التعرّض للرطوبة،[122] لذلك ينبغي حفظه في وسط من مادّة غير فعّآلة مثل النافثا.[123]
عند درجات حرارة مرتفعة تتجاوز 190 °س فإنّ الليثيوم الفلزّي يشكّل الأكسيد عند التماس مع الهواء. في وسط من الأكسجين فإنّ الليثيوم يشتعل تلقائيّاً بدءاً من 100 °س.[122] في وسط من النيتروجين يتفاعل الليثيوم أوّلاً عند درجات حرارة مرتفعة ليشكّل النتريد. عند التماس مع مواد حاوية على الأكسجين أو الهالوجين فإنّ الليثيوم يمكن أن يتفاعل بشكل انفجاري.
في حال حدوث حرائق فإنّ الليثيوم يتفاعل مع مطفئات الحريق التقليدية كالماء أو ثنائي أكسيد الكربون أو النيتروجين وذلك بشكل ناشر للحرارة، لذلك ينبغي إطفاء حرائق الليثيوم باستخدام غازات خاملة مثل الآرغون أو بعض وسائل مكافحة حرائق الفلزّات بمطافئ حريق خاصّة (Class D) الحاوية على مسحوق النحاس أو باستخدام الرمل أو الملح.[124]
^ ابجدهوزEmsley، John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. ISBN:0-19-850341-5.
^Various authors (1818). "The Quarterly journal of science and the arts". The Quarterly Journal of Science and the Arts. Royal Institution of Great Britain. ج. 5: 338. مؤرشف من الأصل(PDF) في 2020-03-02. اطلع عليه بتاريخ 2010-10-05. {{استشهاد بدورية محكمة}}: |archive-date= / |archive-url= timestamp mismatch (مساعدة)
^Brande، William Thomas؛ MacNeven، William James (1821). A manual of chemistry. Long. ص. 191. مؤرشف من الأصل في 2020-03-02. اطلع عليه بتاريخ 2010-10-08. {{استشهاد بكتاب}}: |archive-date= / |archive-url= timestamp mismatch (مساعدة)
^C. Elschenbroich: Organometallchemie. 5. Auflage. Teubner, Leipzig 2005, S. 16.
^ ابCoplen، T.B.؛ Bohlke، J.K.؛ De Bievre، P.؛ Ding، T.؛ Holden، N.E.؛ Hopple، J.A.؛ Krouse، H.R.؛ Lamberty، A.؛ Peiser، H.S.؛ وآخرون (2002). "Isotope-abundance variations of selected elements (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. ج. 74 ع. 10: 1987. DOI:10.1351/pac200274101987.
^ ابOber، Joyce A. (1994). "Commodity Report 1994: Lithium"(PDF). United States Geological Survey. مؤرشف من الأصل(PDF) في 2019-01-10. اطلع عليه بتاريخ 2010-11-03.
^Deberitz، Jürgen؛ Boche، Gernot (2003). "Lithium und seine Verbindungen – Industrielle, medizinische und wissenschaftliche Bedeutung". Chemie in unserer Zeit. ج. 37 ع. 4: 258. DOI:10.1002/ciuz.200300264.
^Bauer، Richard (1985). "Lithium – wie es nicht im Lehrbuch steht". Chemie in unserer Zeit. ج. 19 ع. 5: 167. DOI:10.1002/ciuz.19850190505.
^Ober، Joyce A. (1994). "Minerals Yearbook 2007 : Lithium"(PDF). United States Geological Survey. مؤرشف من الأصل(PDF) في 2019-01-10. اطلع عليه بتاريخ 2010-11-03.
^Garrett, Donald (2004) Handbook of Lithium and Natural Calcium, Academic Press, cited in The Trouble with Lithium , Meridian International Research (2008) نسخة محفوظة 06 مايو 2018 على موقع واي باك مشين.
^Chassard-Bouchaud، C؛ Galle، P؛ Escaig، F؛ Miyawaki، M (1984). "Bioaccumulation of lithium by marine organisms in European, American, and Asian coastal zones: microanalytic study using secondary ion emission". Comptes rendus de l'Academie des sciences. Serie III, Sciences de la vie. ج. 299 ع. 18: 719–24. PMID:6440674.
^Schrauzer، GN (2002). "Lithium: Occurrence, dietary intakes, nutritional essentiality". Journal of the American College of Nutrition. ج. 21 ع. 1: 14–21. DOI:10.1080/07315724.2002.10719188. PMID:11838882.
^"Isotopes of Lithium". Berkeley National Laboratory, The Isotopes Project. مؤرشف من الأصل في 2014-02-14. اطلع عليه بتاريخ 2008-04-21.
^Sonzogni, Alejandro. "Interactive Chart of Nuclides". National Nuclear Data Center: Brookhaven National Laboratory. مؤرشف من الأصل في 2018-12-20. اطلع عليه بتاريخ 2008-06-06.
^Denissenkov، P. A.؛ Weiss، A. (2000). "Episodic lithium production by extra-mixing in red giants". Astronomy and Astrophysics. ج. 358: L49–L52. arXiv:astro-ph/0005356. Bibcode:2000A&A...358L..49D.
^Seitz، H.M.؛ Brey، G.P.؛ Lahaye، Y.؛ Durali، S.؛ Weyer، S. (2004). "Lithium isotopic signatures of peridotite xenoliths and isotopic fractionation at high temperature between olivine and pyroxenes". Chemical Geology. ج. 212 ع. 1–2: 163–177. DOI:10.1016/j.chemgeo.2004.08.009.
^C. C. Bradley, C. A. Sackett, J. J. Tollett, R. G. Hulet: Evidence of Bose-Einstein Condensation in an Atomic Gas with Attractive Interactions. In: Physical Review Letters 75, Nr. 9, 1995, S. 1687–1690, دُوِي:10.1103/PhysRevLett.75.1687 (PDF[وصلة مكسورة]). "نسخة مؤرشفة"(PDF). مؤرشف من الأصل في 2020-04-07. اطلع عليه بتاريخ 2020-04-07.{{استشهاد ويب}}: صيانة الاستشهاد: BOT: original URL status unknown (link)
^Arnold F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 91.–100. Auflage, de Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-11-007511-3, S. 928–931.(بالألمانية)
^Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
^K. Schubert: Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente in: Acta Crystallographica 30, 1974, S. 193–204, دُوِي:10.1107/S0567740874002469.(بالألمانية)
^H. Malissa: Die Trennung des Lithiums vom Magnesium in Lithium-Magnesium-Legierungen. In: Fresenius’ Journal of Analytical Chemistry. 171, Nr. 4, 1959, S. 281–282, دُوِي:10.1007/BF00555410.(بالألمانية)
^M. Binnewies: Allgemeine und Anorganische Chemie. Spektrum Verlag, 2006, S. 328.(بالألمانية)
^Mark J. Winter: Chemical Bonding. Oxford University Press, 1994, ISBN 0-19-855694-2.
^Institute, American Geological؛ Union, American Geophysical؛ Society, Geochemical (1 يناير 1994). "Geochemistry international". ج. 31 ع. 1–4: 115. مؤرشف من الأصل في 2019-10-31. {{استشهاد بدورية محكمة}}: الاستشهاد بدورية محكمة يطلب |دورية محكمة= (مساعدة)
^"XXIV.—On chemical analysis by spectrum-observations". Quarterly Journal of the Chemical Society of London. ج. 13 ع. 3: 270. 1861. DOI:10.1039/QJ8611300270.
^Yacobi S, Ornoy A (2008). "Is lithium a real teratogen? What can we conclude from the prospective versus retrospective studies? A review". Isr J Psychiatry Relat Sci. ج. 45 ع. 2: 95–106. PMID:18982835.
^Ernst-Christian, K. (2004). "Special Materials in Pyrotechnics: III. Application of Lithium and its Compounds in Energetic Systems". Propellants, Explosives, Pyrotechnics. ج. 29 ع. 2: 67–80. DOI:10.1002/prep.200400032.
^Mulloth, L.M. and Finn, J.E. (2005). "Air Quality Systems for Related Enclosed Spaces: Spacecraft Air". The Handbook of Environmental Chemistry. ج. 4H. ص. 383–404. DOI:10.1007/b107253.{{استشهاد بكتاب}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
^Yurkovetskii, A. V.؛ Kofman، V. L.؛ Makovetskii، K. L. (2005). "Polymerization of 1,2-dimethylenecyclobutane by organolithium initiators". Russian Chemical Bulletin. ج. 37 ع. 9: 1782–1784. DOI:10.1007/BF00962487.
^Quirk, Roderic P.؛ Cheng، Pao Luo (1986). "Functionalization of polymeric organolithium compounds. Amination of poly(styryl)lithium". Macromolecules. ج. 19 ع. 5: 1291. Bibcode:1986MaMol..19.1291Q. DOI:10.1021/ma00159a001.
^Hughes, T.G.; Smith, R.B. and Kiely, D.H. (1983). "Stored Chemical Energy Propulsion System for Underwater Applications". Journal of Energy. ج. 7 ع. 2: 128–133. DOI:10.2514/3.62644.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
^ ابEintrag zu CAS-Nr. 7439-93-2 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA بيانات نظام معلومات المواد الخطرة GESTIS من المعهد الألماني للسلامة المهنية