3 Li Litium
Atommasse:
6,94
Fase (ved 25 °C):
Fast
Smeltepunkt:
181 °C / 454 K
Kokepunkt:
1342 °C / 1615 K
Vis flere fakta
Gruppe:
1
Periode:
2
Blokk:
s
Elektronkonfigurasjon:
[He]2s<sup>1</sup>
Elektronegativitet:
0,98
Tetthet (ved 25 °C):
0,534 g/cm³
Vis færre fakta

Litium

Litium er det aller letteste metallet, men finnes stort sett aldri som rent metall i naturen. Derimot er både litium i metallform og andre litiumforbindelser mye brukt i  ulike batterier, og litium er derfor både nyttig og viktig for de fleste av oss. I tillegg brukes litiumsalter til å behandle biopolar lidelse.

Anvendelser

Bare på noen få tiår har litiumindustrien utviklet seg fra å være en spesialitet til en virksomhet som omsetter flere titalls tonn pr. år. Mesteparten går til fremstilling av litiumstearat som brukes som en fortykker i maling og i oljer for fremstilling av ”grease”. Litiumkarbonat (LiCO3) anvendes i keramikk og glassindustrien og tildels i medisinen.

Litium brukes også noe i legering med Al og Mg for å gi sterkere materialer. Den viktigste legeringen er en Al-legering som gir et lett og sterkt materiale for flyproduksjon (Ca 2-3 % Li). En Al-legering med Li og små tilskudd av Ag, Mg og Cu er nesten 30 % sterkere enn rent Al.

Elektrokjemiske celler (batterier) med Li som anode og fast jod som elektrolytt kan ha en levetid på opp til 10 år. Slike celler kan ha cellespenninger på 3 V eller mer, men til bruk i klokker, telefoner, datamaskiner og pace-makere er ofte spenningen regulert til 1,5 V ved å erstatte den vanlige MnO2-katoden med jerndisulfid.

El-sykkel med litiumbatteri
Li-ion-batterier kan brukes på sykler
Foto: Liberty Electric Bikes

I tillegg til Li-batteriet, har også det oppladbare Li-ion-batteriet svært mange viktige anvendelser, særlig innen elektronikk. For eksempel brukes det mye i mobiltelefoner og bærbare PCer. I motsetning til Li-batteriet, som har metallisk Li som anodemateriale, består anoden til Li-ion-batteriet av karbon innsatt med Li. Som katodemateriale har LiCoO2 vært mye brukt til nå, men LiFePO4 kan være et aktuelt katodemateriale i nær fremtid. I Li-ion-batterier består elektrolytten, som skal lede Li-ioner, av Li-salter løst i en organisk væske. Generelt har utviklingen innen disse batteriene vært enorm de siste årene og det er sannsynlig at enda bedre batterier vil dukke opp i fremtiden.

Litiumhydroksid (LiOH) brukes for å absorbere CO2, for eksempel i romfartøyer og U-båter.

Litiumhydrid (LiH) brukes i enkelte sammenhenger for fremstilling av hydrogen. Én variant, litiumdeuterid (LiD), benyttes i hydrogenbomber. Sprengkraften fra en slik bombe kommer fra forbindelsen mellom litiumisotopen 6Li og deuterium som kan frigi en enorm mengde energi gjennom fusjon. Ved å pakke litiumdeuterid utenpå en vanlig atombombe oppnås den nødvendige temperaturen for å få fusjonsprosessen i gang. Når eksplosjonen starter, frigis nøytroner fra fisjonen av uran-235, og når disse treffer 6Li-kjernene desintegrerer disse og danner helium og tritium som fusjonerer med deuterium og danner mer helium. Dette frigir nye nøytroner som så absorberes av bombens ytre skall som er laget av uran-238. Dette ytre skallet blir dermed omdannet til plutonium-239, som igjen frigir ny energi ved fisjon (til Th og He). Det samlede resultatet er en kjempeeksplosjon.

I forbindelse med atomvåpen fremstilles sannsynligvis 25,000 tonn LiH pr år bare i USA.

LiCl er et av de mest hygroskopiske faste stoffer som er kjent, og brukes blant annet til lufttørking (for eksempel i U-båter).

Før 1950 var en rekke typer mineralvann tilsatt litium, for eksempel 7-UP.

I kroppen

Sinnets bølgedemper

Rocke bandet Evanescence
Det hevdes at Evanescence har brukt 'Lithium' som en metafor på lykke i deres sang med samme navn. Copyright: Wind-up Records

Mange mennesker strever med bipolar lidelse, der de opplever at humøret kan svinge mellom oppstemthet og nestemthet på en måte som gjør livet vanskelig. Flere av disse får en mer stabil sinnsstemning ved hjep av legemidler som inneholder litiumioner. Da brusen 7-up ble lansert i 1929, inneholdt den 7 mg litiumsitrat, og det sies at navnet 7-up spiller på den antatt positive effekten dette skulle ha på sinsstemningen (Litium ble fjernet fra 7-up i 1948). Det kan også være interessant å merke seg at legen Soramus, som levde i Roma i det andre hundreåret etter Kristus, beskriver vannet i den gamle byen Ephesus som bra for hjernen. Dette vannet er senere vist å være relativt rikt på litium. Selvmedisinering med litiumprodukter kan fort føre til forgiftning og anbefales ikke.

Selv om litium er et nyttig legemiddel, har man ikke funnet noen spesifikk rolle for litium i kroppen hos friske mennesker. Geiter som fores opp på en helt litiumfri diett vokser riktignok langsommere enn normalt, men hvorfor det er slik, vet man ikke. Et voksent menneske inneholder bare rundt 7 mg litium. Mesteparten av dette får vi i oss via maten vi spiser. Det finnes en del litium både i poteter og korn. Likevel tar vi opp lite av den totale mengden litium vi får i oss, det meste skilles fort ut igjen.

Medisinsk bruk

Naturligvis ble et nytt grunnstoff prøvd på en rekke sykdommer på 1800-tallet. I 1871 foreslo Dr. William Hammond at store doser LiBr skulle brukes mot akutt mania, og den danske legen Carl Lange foreskrev en blanding av alkalimetaller (der Li dominerte) for periodisk depresjon. Men først i 1949 kom det til et gjennombrudd da den australske legen John Cade viste at Li var den beste behandling for slike lidelser. Cade gjorde oppdagelsen på marsvin som han hadde eksperimentert med ved å injisere urin fra maniske pasienter, og deretter gi marsvinene LiCO3. Han fant at marsvinene ble betydelig roligere, og en manisk pasient som ble behandlet med LiCO3 kunne etter kort tid vende tilbake til et normalt liv (etter år i lukket anstalt). Medikamentet ble likevel godkjent som medikament først i 1970 (i USA). Det er registrert noen bivirkninger, men ca 80 % av pasientene opplever god effekt.

I en periode ble det også brukt mot gikt, der problemet var opphopning av uløselige urinsyrekrystaller i leddene. Litiumureat er lettløselig, og man trodde derfor at tilførsel av Li ville føre til at urinsyrekrystallene ble løst opp raskere. Dette holdt imidlertid ikke stikk, og etter 50 år med forsøk ble denne bruken oppgitt.

Epidemiologisk ser det ut til at områder i USA der det er forholdsvis mye Li i drikkevannet har mindre kriminalitet og selvmord. (John Emsley. Vanity, Vitality and Virility)

Det er også reist spørsmål om litium i tillegg kan være effektivt for Alzheimer og schizofreni.

Men Li er slett ikke ufarlig. Det viste en rekke dødsfall blant pasienter
som var på saltfri diett, men som fikk Li-salt istedet. En dose på 2,5 g ansees som farlig og en blodkonsentrasjon på 15 mg indikerer en mild Li-forgiftning. LiCO3 foreskrives gjerne i form av tabletter på 250 mg, men gis vanligvis ikke i en tidsperiode på mer enn 5 år siden lenger eksponering kan skade nyrene.

Det finnes en rekke hypoteser om hvordan Li kan påvirke sentralnervesystemet. Li, som i kjemiske reaksjoner kan ligne litt på Mg (”diagonalregelen” i periodesystemet), kan erstatte Mg i spesielle enzymer som dermed inaktiveres. Eksempelvis kan det dreie seg om inositol monophosphatase som har betydning for Ca-signalene over cellemembraner. Litium er også knyttet til mulig beskyttelse av neuroner i visse deler av hjernen. (Nature. 425, 11/9 2003 s. 118)

Navn

Navnet litium ble valgt av den svenske kjemikeren Johann Arfvedson fordi grunnstoffet ble funnet i en sten (av gresk: lithos), i motsetning til natrium og kalium som ble funnet fra vegetabilsk materiale (av Humphrey Davy).

Historie

Egentlig begynner ikke historien om litium før i det attende århundret da det første Li-mineralet, petalitt, ble funnet. Det gjorde den brasilianske forskeren José Bonifácio de Andrea É Silva da han en gang på 1790-tallet befant seg på den svenske øya Utø (like syd for Strømstad). Mineralet ble analysert av Johann August Arfvedson (assistent hos den store svenske kjemikeren Berzelius), men han kunne til å begynne med ikke gjøre rede for mer enn 96% av totalen. De siste 4 % fant han ikke før han i 1817 kunne påvise et nytt grunnstoff som han korrekt beskrev som et alkalimetall. Samme år ble det påvist at Li i en flamme ga en vakker rødfarge, og dette kunne brukes for å påvise Li. På denne måten ble Li påvist i mange mineraler. I 1818 kunne Robert Bunsen, ved elektrolyse av LiCl, isolere nok Li til å bestemme metallets egenskaper, mens W. T. Brande fremstilte det rene grunnstoffet ved elektrolyse av Li2O. Kommersiell produksjon kom ikke i gang før i 1923. Spektroskopisk ble litium påvist i sjøvann i 1859 (0,17 ppm), i mange planter og i blod, melk og urin.

Fremstilling

Litium fremstilles elektrolytisk fra en smelte av KCl og LiCl.

Det produseres ca 7500 tonn Li-metall/år.

Forekomst

Spodumen, LiAlSi2O6, fra Pakistan. Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.

Litium er relativt sjeldent i universet, til tross for at grunnstoffet ble dannet tidlig etter ”Big Bang”. I stjerner der temperaturen er over 2.4 millioner grader blir Li såpass heftig bombardert med nøytroner at litiumkjernen går over til to heliumkjerner.
På vår klode er litium det 33. vanligste grunnstoff, men forekommer ikke i ren form, til det er det altfor reaktivt. Den viktigste forekomsten i form av mineralet spodumen, LiAlSi2O6, finnes i Syd-Dakota. Andre vanlige mineraler er petalitt, LiAlSi4O10, lepidolitt, K(Li,Al)3(Si,Al)4O10(F2,(OH)2) og amblygonitt, (Li,Na)AlPO4(F2,(OH)2).

Spondumen kan forkomme som store krystaller. Den største som er funnet var 15 m lang og veide 10 tonn.

Enkelte innsjøer kan ha et Li-innhold på 1 g/L(!).

Verdensproduksjonen av Li-salter er ca 40,000 tonn/år, og det antas at det finnes 7 millioner tonn Li i mineraler og sjøer.

Kjemien

Litium er et mykt, sølvfarget metall som kan skjæres med kniv. Det er det letteste av alle metaller og meget reaktivt som resultat av en elektronkonfigurasjonen: 1s22s1. Det ytterste 2s-elektronet avgis relativt lett slik at det dannes Li+-ioner, og litiumforbindelsene har derfor saltkarakter. Li vil antennes og brenne i kontakt med vann, men kan ikke oppbevares under olje slik som Na fordi det har så lav tetthet at det flyter opp til overflaten. Li oppbevares derfor innbakt i vaselin.

Mens Li i fuktig luft raskt får et sort overtrekk av LiOH, Li3N og Li2CO3 så avgis H2 i kontakt med vann. Dette er dermed en mulig måte å lagre H2 på. 1 kg LiH vil frigjøre 2800 liter H2.

Ved 750oC vil Li reagere med H2 og gi litiumhydrid.

Li danner lett organometall-forbindelser, og dette har gitt Li stor industriell betydning.

Isotoper

Det foreligger to stabile isotoper, 6Li og 7Li, der den siste utgjør ca 92 % av forekomsten. 7 radioaktive isotoper har blitt karakterisert, der de to mest stabile, 8Li og 9Li, har halveringstider på henholdsvis 838 og 178,3 millisekunder. De øvrige har halveringstider på mindre enn 8,6 millisekunder.