Litio - Lithium

Litio,  3 Li
Parafina de litio.jpg
Litio flotando en aceite
Litio
Pronunciación / L ɪ theta i ə m / ( LITH -ee-əm )
Apariencia blanco plateado
Peso atómico estándar A r, estándar (Li) [6,9386.997 ] convencional: 6,94
Litio en la tabla periódica
Hidrógeno Helio
Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón
Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón
Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Planchar Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón
Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón
Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón
Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencium Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
H

Li

Na
heliolitioberilio
Número atómico ( Z ) 3
Grupo grupo 1: hidrógeno y metales alcalinos
Período período 2
Cuadra   bloque s
Configuración electronica [ Él ] 2 s 1
Electrones por capa 2, 1
Propiedades físicas
Fase en  STP sólido
Punto de fusion 453,65  K (180,50 ° C, 356,90 ° F)
Punto de ebullición 1603 K (1330 ° C, 2426 ° F)
Densidad (cerca de  rt ) 0,534 g / cm 3
cuando es líquido (a  mp ) 0,512 g / cm 3
Punto crítico 3220 K, 67 MPa (extrapolado)
Calor de fusión 3,00  kJ / mol
Calor de vaporización 136 kJ / mol
Capacidad calorífica molar 24,860 J / (mol · K)
Presión de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en  T  (K) 797 885 995 1144 1337 1610
Propiedades atómicas
Estados de oxidación +1 (unóxidofuertemente básico )
Electronegatividad Escala de Pauling: 0,98
Energías de ionización
Radio atómico empírico: 152  pm
Radio covalente 128 ± 7 pm
Radio de Van der Waals 182 pm
Líneas de color en un rango espectral
Líneas espectrales de litio
Otras propiedades
Ocurrencia natural primordial
Estructura cristalina centrada en el cuerpo cúbico (BCC)
Estructura de cristal cúbico centrada en el cuerpo para litio
Velocidad de sonido varilla fina 6000 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmica 46 µm / (m⋅K) (a 25 ° C)
Conductividad térmica 84,8 W / (m⋅K)
Resistividad electrica 92,8 nΩ⋅m (a 20 ° C)
Orden magnético paramagnético
Susceptibilidad magnética molar +14,2 × 10 −6  cm 3 / mol (298 K)
El módulo de Young 4,9 GPa
Módulo de corte 4,2 GPa
Módulo de volumen 11 GPa
Dureza de Mohs 0,6
Dureza Brinell 5 MPa
Número CAS 7439-93-2
Historia
Descubrimiento Johan August Arfwedson (1817)
Primer aislamiento William Thomas Brande (1821)
Principales isótopos de litio
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto
6 Li 7,59% estable
7 Li 92,41% estable
Categoría Categoría: Litio
| referencias

El litio (del griego : λίθος , romanizadolithos , literalmente 'piedra') es un elemento químico con el símbolo Li y número atómico  3. Es un metal alcalino blando, de color blanco plateado . En condiciones estándar , es el metal más ligero y el elemento sólido más ligero. Como todos los metales alcalinos, el litio es altamente reactivo e inflamable, y debe almacenarse al vacío, en una atmósfera inerte o en un líquido inerte como queroseno purificado o aceite mineral. Cuando se corta, exhibe un brillo metálico , pero el aire húmedo lo corroe rápidamente a un gris plateado opaco, luego a un deslustre negro. Nunca se produce libremente en la naturaleza, pero sólo en (generalmente iónicos) compuestos , tales como pegmatíticos minerales, que eran una vez que la fuente principal de litio. Debido a su solubilidad como ión, está presente en el agua del océano y se obtiene comúnmente de las salmueras . El metal de litio se aísla electrolíticamente de una mezcla de cloruro de litio y cloruro de potasio .

El núcleo del átomo de litio raya en la inestabilidad, ya que los dos isótopos de litio estables que se encuentran en la naturaleza tienen una de las energías de enlace más bajas por nucleón de todos los núclidos estables . Debido a su relativa inestabilidad nuclear, el litio es menos común en el sistema solar que 25 de los primeros 32 elementos químicos a pesar de que sus núcleos son muy livianos: es una excepción a la tendencia de que los núcleos más pesados ​​son menos comunes. Por razones relacionadas, el litio tiene usos importantes en la física nuclear . La transmutación de átomos de litio a helio en 1932 fue la primera reacción nuclear totalmente hecha por el hombre , y el deuteruro de litio sirve como combustible de fusión en armas termonucleares por etapas .

El litio y sus compuestos tienen varias aplicaciones industriales, que incluyen vidrio y cerámica resistentes al calor , lubricantes de grasa de litio , aditivos de fundente para la producción de hierro, acero y aluminio, baterías de litio y baterías de iones de litio . Estos usos consumen más de las tres cuartas partes de la producción de litio.

El litio está presente en los sistemas biológicos en cantidades mínimas; sus funciones son inciertas. Las sales de litio han demostrado ser útiles como estabilizadores del estado de ánimo y antidepresivos en el tratamiento de enfermedades mentales como el trastorno bipolar .

Propiedades

Un diagrama de litio-7, que muestra que tiene 3 protones, 4 neutrones y 3 electrones.
Estructura atómica del litio-7

Atómico y físico

Lingotes de litio con una fina capa de deslustre de nitruro negro

Los metales alcalinos también se denominan familia del litio , por su elemento principal. Al igual que los otros metales alcalinos (que son sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs) y francio (Fr)), el litio tiene un solo electrón de valencia que se libera fácilmente para formar un catión. . Debido a esto, el litio es un buen conductor de calor y electricidad, así como un elemento altamente reactivo, aunque es el menos reactivo de los metales alcalinos. La baja reactividad del litio se debe a la proximidad de su electrón de valencia a su núcleo (los dos electrones restantes están en el orbital 1s , tienen una energía mucho más baja y no participan en enlaces químicos). El litio fundido es significativamente más reactivo que su forma sólida.

El metal de litio es lo suficientemente suave como para cortarlo con un cuchillo. Cuando se corta, posee un color blanco plateado que rápidamente cambia a gris a medida que se oxida a óxido de litio . Su punto de fusión de 180,50 ° C (453,65 K; 356,90 ° F) y su punto de ebullición de 1,342 ° C (1,615 K; 2,448 ° F) son cada uno el más alto de todos los metales alcalinos, mientras que su densidad de 0,534 gramo/cm 3 es el más bajo.

El litio tiene una densidad muy baja (0,534 g / cm 3 ), comparable con la madera de pino . Es el menos denso de todos los elementos sólidos a temperatura ambiente; el siguiente elemento sólido más ligero (potasio, a 0,862 g / cm 3 ) es más de un 60% más denso. Aparte del helio y el hidrógeno , como sólido es menos denso que cualquier otro elemento como líquido, siendo solo dos tercios más denso que el nitrógeno líquido (0,808 g / cm 3 ). El litio puede flotar en los aceites de hidrocarburos más ligeros y es uno de los tres metales que pueden flotar en el agua, los otros dos son el sodio y el potasio .

Litio flotando en aceite

El coeficiente de expansión térmica del litio es dos veces mayor que el del aluminio y casi cuatro veces mayor que el del hierro . El litio es superconductor por debajo de 400 μK a presión estándar y a temperaturas más altas (más de 9 K) a presiones muy altas (> 20 GPa). A temperaturas por debajo de 70 K, el litio, como el sodio, sufre transformaciones de cambio de fase sin difusión . A 4,2 K tiene un sistema de cristales romboédricos (con un espaciado de repetición de nueve capas); a temperaturas más altas, se transforma en cúbico centrado en la cara y luego cúbico centrado en el cuerpo . A temperaturas de helio líquido (4 K) prevalece la estructura romboédrica. Se han identificado múltiples formas alotrópicas para el litio a altas presiones.

El litio tiene una capacidad calorífica específica de masa de 3,58 kilojulios por kilogramo-kelvin, la más alta de todos los sólidos. Debido a esto, el metal de litio se usa a menudo en refrigerantes para aplicaciones de transferencia de calor .

Isótopos

El litio de origen natural está compuesto por dos isótopos estables , 6 Li y 7 Li, siendo este último el más abundante (92,5% de abundancia natural ). Ambos isótopos naturales tienen una energía de enlace nuclear anormalmente baja por nucleón (en comparación con los elementos vecinos en la tabla periódica , helio y berilio ); el litio es el único elemento de bajo número que puede producir energía neta a través de la fisión nuclear . Los dos núcleos de litio tienen energías de unión por nucleón más bajas que cualquier otro nucleido estable que no sea el deuterio y el helio-3 . Como resultado de esto, aunque es muy liviano en peso atómico, el litio es menos común en el Sistema Solar que 25 de los primeros 32 elementos químicos. Se han caracterizado siete radioisótopos , siendo el más estable 8 Li con una vida media de 838 ms y 9 Li con una vida media de 178 ms. Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias inferiores a 8,6 ms. El isótopo de litio de vida más corta es 4 Li, que se desintegra por emisión de protones y tiene una vida media de 7,6 × 10 −23 s.

7 Li es uno de los elementos primordiales (o, más propiamente, nucleidos primordiales ) producidos en la nucleosíntesis del Big Bang . Una pequeña cantidad de 6 Li y 7 Li se produce en las estrellas durante la nucleosíntesis estelar , pero se quema aún más " quema " tan rápido como se produce. 7 Li también se puede generar en estrellas de carbono . Se pueden generar pequeñas cantidades adicionales de 6 Li y 7 Li a partir del viento solar, rayos cósmicos que golpean átomos más pesados y de la desintegración radiactiva 7 Be y 10 Be del sistema solar temprano .

Los isótopos de litio se fraccionan sustancialmente durante una amplia variedad de procesos naturales, incluida la formación de minerales (precipitación química), el metabolismo y el intercambio iónico . Los iones de litio sustituyen al magnesio y al hierro en los sitios octaédricos de los minerales arcillosos , donde se prefiere 6 Li a 7 Li, lo que resulta en el enriquecimiento del isótopo ligero en procesos de hiperfiltración y alteración de rocas. Se sabe que el exótico 11 Li exhibe un halo nuclear . El proceso conocido como separación de isótopos por láser se puede utilizar para separar isótopos de litio, en particular 7 Li de 6 Li.

La fabricación de armas nucleares y otras aplicaciones de la física nuclear son una fuente importante de fraccionamiento artificial del litio, y el isótopo ligero 6 Li es retenido por la industria y las reservas militares hasta tal punto que ha provocado un cambio leve pero mensurable en las proporciones de 6 Li a 7 Li. en fuentes naturales, como ríos. Esto ha llevado a una incertidumbre inusual en el peso atómico estandarizado del litio, ya que esta cantidad depende de las proporciones de abundancia natural de estos isótopos estables de litio de origen natural, ya que están disponibles en fuentes comerciales de minerales de litio.

Ambos isótopos estables de litio se pueden enfriar con láser y se utilizaron para producir la primera mezcla de Bose - Fermi degenerada cuántica .

Ocurrencia

El litio es tan común como el cloro en la corteza continental superior de la Tierra , por átomo.

Astronómico

Aunque fue sintetizado en el Big Bang , el litio (junto con el berilio y el boro) es notablemente menos abundante en el universo que otros elementos. Esto es el resultado de las temperaturas estelares comparativamente bajas necesarias para destruir el litio, junto con la falta de procesos comunes para producirlo.

Según la teoría cosmológica moderna, el litio, en ambos isótopos estables (litio-6 y litio-7), fue uno de los tres elementos sintetizados en el Big Bang. Aunque la cantidad de litio generada en la nucleosíntesis del Big Bang depende del número de fotones por barión , para los valores aceptados se puede calcular la abundancia de litio y existe una " discrepancia cosmológica de litio " en el universo: las estrellas más viejas parecen tener menos litio de lo que deberían, y algunas estrellas más jóvenes tienen mucho más. La falta de litio en las estrellas más viejas aparentemente se debe a la "mezcla" de litio en el interior de las estrellas, donde se destruye, mientras que el litio se produce en las estrellas más jóvenes. Aunque se transmuta en dos átomos de helio debido a la colisión con un protón a temperaturas superiores a 2,4 millones de grados Celsius (la mayoría de las estrellas alcanzan fácilmente esta temperatura en su interior), el litio es más abundante de lo que los cálculos predecirían en las estrellas de generaciones posteriores.

Nova Centauri 2013 es el primero en el que se ha encontrado evidencia de litio.

El litio también se encuentra en objetos subestelares enanos marrones y en ciertas estrellas anaranjadas anómalas. Debido a que el litio está presente en las enanas marrones más frías y menos masivas, pero se destruye en las estrellas enanas rojas más calientes , su presencia en los espectros de las estrellas se puede utilizar en la "prueba del litio" para diferenciar las dos, ya que ambas son más pequeñas que el Sol. . Algunas estrellas naranjas también pueden contener una alta concentración de litio. Esas estrellas naranjas que tienen una concentración de litio más alta de lo habitual (como Centaurus X-4 ) orbitan objetos masivos (estrellas de neutrones o agujeros negros) cuya gravedad evidentemente atrae litio más pesado a la superficie de una estrella de hidrógeno-helio, lo que provoca más litio a ser observado.

El 27 de mayo de 2020, los astrónomos informaron que las explosiones de novas clásicas son productores galácticos de litio-7.

Terrestre

Aunque el litio está ampliamente distribuido en la Tierra, no se encuentra naturalmente en forma elemental debido a su alta reactividad. El contenido total de litio del agua de mar es muy grande y se estima en 230 mil millones de toneladas, donde el elemento existe en una concentración relativamente constante de 0,14 a 0,25 partes por millón (ppm), o 25 micromolar ; cerca de los respiraderos hidrotermales se encuentran concentraciones más altas que se acercan a 7 ppm .

Las estimaciones del contenido de la corteza terrestre oscilan entre 20 y 70 ppm en peso. El litio constituye aproximadamente el 0,002 por ciento de la corteza terrestre. De acuerdo con su nombre, el litio forma una pequeña parte de las rocas ígneas , con las mayores concentraciones en granitos . Las pegmatitas graníticas también proporcionan la mayor abundancia de minerales que contienen litio, siendo la espodumena y la petalita las fuentes más viables comercialmente. Otro mineral importante de litio es la lepidolita, que ahora es un nombre obsoleto para una serie formada por polilitionita y trilitionita. Una nueva fuente de litio es la arcilla hectorita , cuyo único desarrollo activo es a través de Western Lithium Corporation en los Estados Unidos. Con 20 mg de litio por kg de corteza terrestre, el litio es el vigésimo quinto elemento más abundante.

Según el Handbook of Lithium and Natural Calcium , "El litio es un elemento comparativamente raro, aunque se encuentra en muchas rocas y algunas salmueras, pero siempre en concentraciones muy bajas. Hay una cantidad bastante grande de depósitos de minerales de litio y salmueras, pero sólo comparativamente pocos de ellos tienen un valor comercial real o potencial. Muchos son muy pequeños, otros tienen un grado demasiado bajo ".

Se estima que Chile (2020) tiene las mayores reservas con diferencia (9,2 millones de toneladas), y Australia la mayor producción anual (40.000 toneladas). Una de las mayores bases de reservas de litio se encuentra en el área del Salar de Uyuni de Bolivia, que tiene 5,4 millones de toneladas. Otros proveedores importantes son Australia, Argentina y China. A partir de 2015, el Servicio Geológico Checo consideró la totalidad de los Montes Metálicos en la República Checa como provincia de litio. Se registran cinco depósitos, uno cerca de Cínovec  [ cs ] se considera un depósito potencialmente económico, con 160 000 toneladas de litio. En diciembre de 2019, la empresa minera finlandesa Keliber Oy informó que su depósito de litio Rapasaari tiene reservas de mineral probadas y probables estimadas en 5.280 millones de toneladas.

En junio de 2010, The New York Times informó que los geólogos estadounidenses estaban realizando estudios sobre el terreno en los lagos secos de sal en el oeste de Afganistán, creyendo que allí se encuentran grandes depósitos de litio. Estas estimaciones se basan "principalmente en datos antiguos, que fueron recopilados principalmente por los soviéticos durante su ocupación de Afganistán de 1979 a 1989". El Ministerio de Defensa de Estados Unidos estimó que las reservas de litio en Afganistán equivalen a las de Bolivia y lo denominó una potencial "Arabia Saudita de litio". En Cornwall , Inglaterra, la presencia de salmuera rica en litio era bien conocida debido a la industria minera histórica de la región , y los inversores privados han realizado pruebas para investigar la posible extracción de litio en esta área.

Biológico

El litio se encuentra en cantidades mínimas en numerosas plantas, plancton e invertebrados, en concentraciones de 69 a 5,760 partes por billón (ppb). En los vertebrados, la concentración es ligeramente menor y casi todos los tejidos y fluidos corporales de los vertebrados contienen litio en un rango de 21 a 763 ppb. Los organismos marinos tienden a bioacumular el litio más que los organismos terrestres. Se desconoce si el litio tiene un papel fisiológico en alguno de estos organismos.

Los estudios de concentraciones de litio en suelos ricos en minerales dan rangos entre alrededor de 0.1 y 50-100 ppm , con algunas concentraciones tan altas como 100-400 ppm, aunque es poco probable que todo esté disponible para ser absorbido por las plantas . La concentración de litio en el tejido vegetal es típicamente de alrededor de 1 ppm , y algunas familias de plantas bioacumulan más litio que otras; La acumulación de litio no parece afectar la composición de nutrientes esenciales de las plantas. La tolerancia al litio varía según la especie de planta y típicamente es paralela a la tolerancia al sodio ; el maíz y el pasto Rhodes , por ejemplo, son muy tolerantes al daño causado por el litio, mientras que el aguacate y la soja son muy sensibles. De manera similar, el litio en concentraciones de 5 ppm reduce la germinación de semillas en algunas especies (por ejemplo, arroz asiático y garbanzo ) pero no en otras (por ejemplo, cebada y trigo ). Muchos de los principales efectos biológicos del litio se pueden explicar por su competencia con otros iones. El ion de litio monovalente Li +
compite con otros iones como el sodio (inmediatamente debajo del litio en la tabla periódica ), que como el litio también es un metal alcalino monovalente . El litio también compite con
los iones de magnesio bivalentes , cuyo radio iónico (86 pm ) es aproximadamente el del ion litio (90 pm). Los mecanismos que transportan sodio a través de las membranas celulares también transportan litio. Por ejemplo, los canales de sodio (tanto epiteliales como dependientes de voltaje ) son vías de entrada particularmente importantes para el litio. Los iones de litio también pueden penetrar a través de canales iónicos activados por ligandos y atravesar membranas nucleares y mitocondriales . Al igual que el sodio, el litio puede entrar y bloquear parcialmente (aunque no permear ) los canales de potasio y los canales de calcio . Los efectos biológicos del litio son muchos y variados, pero sus mecanismos de acción solo se comprenden parcialmente. Por ejemplo, los estudios de pacientes tratados con litio con trastorno bipolar muestran que, entre muchos otros efectos, el litio revierte parcialmente el acortamiento de los telómeros en estos pacientes y también aumenta la función mitocondrial, aunque no se comprende cómo produce el litio estos efectos farmacológicos . Incluso los mecanismos exactos involucrados en la toxicidad del litio no se comprenden completamente.

Historia

A Johan August Arfwedson se le atribuye el descubrimiento del litio en 1817

La petalita (LiAlSi 4 O 10 ) fue descubierta en 1800 por el químico y estadista brasileño José Bonifácio de Andrada e Silva en una mina en la isla de Utö , Suecia. Sin embargo, no fue hasta 1817 que Johan August Arfwedson , que entonces trabajaba en el laboratorio del químico Jöns Jakob Berzelius , detectó la presencia de un nuevo elemento mientras analizaba el mineral de petalita. Este elemento formó compuestos similares a los del sodio y el potasio , aunque su carbonato e hidróxido eran menos solubles en agua y menos alcalinos . Berzelius le dio al material alcalino el nombre " lithion / lithina ", de la palabra griega λιθoς (transcrito como lithos , que significa "piedra"), para reflejar su descubrimiento en un mineral sólido, a diferencia del potasio, que había sido descubierto en cenizas de plantas. y sodio, conocido en parte por su gran abundancia en sangre animal. Llamó al metal dentro del material "litio".

Más tarde, Arfwedson demostró que este mismo elemento estaba presente en los minerales espodumena y lepidolita . En 1818, Christian Gmelin fue el primero en observar que las sales de litio dan un color rojo brillante a las llamas. Sin embargo, tanto Arfwedson como Gmelin intentaron y fracasaron en aislar el elemento puro de sus sales. No se aisló hasta 1821, cuando William Thomas Brande lo obtuvo por electrólisis de óxido de litio , proceso que había sido empleado previamente por el químico Sir Humphry Davy para aislar los metales alcalinos potasio y sodio. Brande también describió algunas sales puras de litio, como el cloruro, y, estimando que el litio ( óxido de litio ) contenía aproximadamente un 55% de metal, calculó que el peso atómico del litio era de alrededor de 9,8 g / mol (valor moderno ~ 6,94 g / mol ). En 1855, mayores cantidades de litio se producen a través de la electrólisis de cloruro de litio por Robert Bunsen y Augustus Matthiessen . El descubrimiento de este procedimiento llevó a la producción comercial de litio en 1923 por la empresa alemana Metallgesellschaft AG , que realizó una electrólisis de una mezcla líquida de cloruro de litio y cloruro de potasio .

Al psiquiatra australiano John Cade se le atribuye la reintroducción y la popularización del uso del litio para tratar la manía en 1949. Poco después, a mediados del siglo XX, la aplicabilidad estabilizadora del estado de ánimo del litio para la manía y la depresión despegó en Europa y Estados Unidos.

La producción y el uso de litio sufrió varios cambios drásticos en la historia. La primera aplicación importante del litio fue en grasas de litio de alta temperatura para motores de aviones y aplicaciones similares en la Segunda Guerra Mundial y poco después. Este uso fue respaldado por el hecho de que los jabones a base de litio tienen un punto de fusión más alto que otros jabones alcalinos y son menos corrosivos que los jabones a base de calcio. La pequeña demanda de jabones de litio y grasas lubricantes fue respaldada por varias pequeñas operaciones mineras, principalmente en los EE. UU.

La demanda de litio aumentó drásticamente durante la Guerra Fría con la producción de armas de fusión nuclear . Tanto el litio-6 como el litio-7 producen tritio cuando se irradian con neutrones y, por lo tanto, son útiles para la producción de tritio por sí mismos, así como una forma de combustible de fusión sólido utilizado dentro de las bombas de hidrógeno en forma de deuteruro de litio . Estados Unidos se convirtió en el principal productor de litio entre finales de la década de 1950 y mediados de la de 1980. Al final, la reserva de litio era de aproximadamente 42.000 toneladas de hidróxido de litio. El litio almacenado se redujo en litio-6 en un 75%, lo que fue suficiente para afectar el peso atómico medido del litio en muchos productos químicos estandarizados, e incluso el peso atómico del litio en algunas "fuentes naturales" de iones de litio que habían sido "contaminados "por las sales de litio descargadas de las instalaciones de separación de isótopos, que habían llegado a las aguas subterráneas.

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Imágenes satelitales del Salar del Hombre Muerto, Argentina (izquierda) y Uyuni , Bolivia (derecha), salares ricos en litio. La salmuera rica en litio se concentra bombeándola a estanques de evaporación solar (visible en la imagen de la izquierda).

El litio se utiliza para disminuir la temperatura de fusión del vidrio y mejorar el comportamiento de fusión del óxido de aluminio en el proceso Hall-Héroult . Estos dos usos dominaron el mercado hasta mediados de los noventa. Después del final de la carrera de armas nucleares , la demanda de litio disminuyó y la venta de las reservas de energía del departamento en el mercado abierto redujo aún más los precios. A mediados de la década de 1990, varias empresas comenzaron a aislar el litio de la salmuera, lo que resultó ser una opción menos costosa que la minería subterránea o a cielo abierto. La mayoría de las minas cerraron o cambiaron su enfoque a otros materiales porque solo el mineral de las pegmatitas divididas en zonas podía extraerse a un precio competitivo. Por ejemplo, las minas de Estados Unidos cerca de Kings Mountain , Carolina del Norte, cerraron antes del comienzo del siglo XXI.

El desarrollo de baterías de iones de litio aumentó la demanda de litio y se convirtió en el uso dominante en 2007. Con el aumento de la demanda de litio en baterías en la década de 2000, las nuevas empresas han ampliado los esfuerzos de aislamiento de salmuera para satisfacer la creciente demanda.

Se ha argumentado que el litio será uno de los principales objetos de competencia geopolítica en un mundo que funciona con energías renovables y depende de las baterías, pero esta perspectiva también ha sido criticada por subestimar el poder de los incentivos económicos para expandir la producción.

Propiedades del elemento

Estructura hexámera del fragmento de n-butillitio en un cristal

Cuando se colocan sobre una llama, los compuestos de litio emiten un llamativo color carmesí, pero cuando el metal arde con fuerza, la llama se vuelve plateada brillante. El litio se encenderá y arderá en oxígeno cuando se expone al agua o vapores de agua.

Química

De litio metal

El litio reacciona con el agua fácilmente, pero con notablemente menos vigor que otros metales alcalinos. La reacción forma hidrógeno gaseoso e hidróxido de litio . En aire húmedo, el litio se empaña rápidamente para formar una capa negra de hidróxido de litio (LiOH y LiOH · H 2 O), nitruro de litio (Li 3 N) y carbonato de litio (Li 2 CO 3 , el resultado de una reacción secundaria entre LiOH y CO 2 ). El litio es uno de los pocos metales que reacciona con el gas nitrógeno .

Debido a su reactividad con el agua, y especialmente con el nitrógeno, el metal de litio generalmente se almacena en un sellador de hidrocarburo, a menudo vaselina . Aunque los metales alcalinos más pesados ​​se pueden almacenar bajo aceite mineral , el litio no es lo suficientemente denso como para sumergirse completamente en estos líquidos.

El litio tiene una relación diagonal con el magnesio , un elemento de radio iónico y atómico similar . Las semejanzas químicas entre los dos metales incluyen la formación de un nitruro por reacción con N 2 , la formación de un óxido ( Li
2
O
) y peróxido ( Li
2
O
2
) cuando se quema en O 2 , sales con solubilidades similares e inestabilidad térmica de los carbonatos y nitruros. El metal reacciona con hidrógeno gaseoso a altas temperaturas para producir hidruro de litio (LiH).

El litio forma una variedad de materiales binarios y ternarios por reacción directa con los elementos del grupo principal. Estas fases de Zintl , aunque muy covalentes, pueden verse como sales de aniones poliatómicos como Si 4 4- , P 7 3- y Te 5 2- . Con el grafito, el litio forma una variedad de compuestos de intercalación .

Se disuelve en amoníaco (y aminas) para dar [Li (NH 3 ) 4 ] + y el electrón solvatado .

Compuestos inorgánicos

El litio forma derivados salinos con todos los haluros y pseudohaluros. Algunos ejemplos incluyen los haluros LiF , LiCl , LiBr , LiI , así como los pseudohaluros y aniones relacionados. El carbonato de litio se ha descrito como el compuesto más importante de litio. Este sólido blanco es el principal producto del beneficio de los minerales de litio. Es un precursor de otras sales, incluidas las cerámicas y los materiales para baterías de litio.

Los compuestos LiBH
4
y LiAlH
4
son reactivos útiles . Estas sales y muchas otras sales de litio exhiben una solubilidad notablemente alta en éteres, en contraste con las sales de metales alcalinos más pesados.

En solución acuosa, el complejo de coordinación [Li (H 2 O) 4 ] + predomina para muchas sales de litio. Se conocen complejos relacionados con aminas y éteres.

Química Orgánica

Los compuestos de organolitio son numerosos y útiles. Se definen por la presencia de un enlace entre el carbono y el litio. Sirven como carbaniones estabilizados con metal , aunque su solución y estructuras de estado sólido son más complejas que esta visión simplista. Por lo tanto, se trata de bases y nucleófilos extremadamente poderosos . También se han aplicado en síntesis asimétrica en la industria farmacéutica. Para la síntesis orgánica de laboratorio, muchos reactivos de organolitio están disponibles comercialmente en forma de solución. Estos reactivos son muy reactivos y, a veces, pirofóricos.

Al igual que sus compuestos inorgánicos, casi todos los compuestos orgánicos de litio siguen formalmente la regla del dúo (por ejemplo, BuLi, MeLi). Sin embargo, es importante tener en cuenta que en ausencia de disolventes o ligandos coordinadores, los compuestos de organolitio forman grupos diméricos, tetraméricos y hexaméricos (p. Ej., BuLi es en realidad [BuLi] 6 y MeLi es en realidad [MeLi] 4 ) que presentan múltiples vinculación central y aumentar el número de coordinación alrededor del litio. Estos grupos se descomponen en unidades más pequeñas o monoméricas en presencia de solventes como dimetoxietano (DME) o ligandos como tetrametiletilendiamina (TMEDA). Como excepción a la regla del dúo, un complejo de lithate de dos coordenadas con cuatro electrones alrededor del litio, [Li (thf) 4 ] + [((Me 3 Si) 3 C) 2 Li] - , se ha caracterizado cristalográficamente.

Producción

Gráficos de dispersión de la ley y el tonelaje de litio para depósitos mundiales seleccionados, a partir de 2017

La producción de litio ha aumentado considerablemente desde el final de la Segunda Guerra Mundial . Las principales fuentes de litio son las salmueras y los minerales.

El metal de litio se produce mediante electrólisis a partir de una mezcla de cloruro de litio al 55% fundido y cloruro de potasio al 45% a aproximadamente 450 ° C.

Reservas y ocurrencia

Las reservas identificadas en todo el mundo en 2020 y 2021 fueron estimadas por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) en 17 millones y 21 millones de toneladas , respectivamente. Es difícil realizar una estimación precisa de las reservas mundiales de litio. Una razón de esto es que la mayoría de los esquemas de clasificación de litio se desarrollan para depósitos de minerales sólidos, mientras que la salmuera es un fluido que es problemático de tratar con el mismo esquema de clasificación debido a las concentraciones variables y los efectos de bombeo.

Los recursos mundiales de litio identificados por USGS comenzaron a aumentar en 2017 debido a la exploración continua. Los recursos identificados en 2016, 2017, 2018, 2019 y 2020 fueron 41, 47, 54, 62 y 80 millones de toneladas, respectivamente.

Se estimó que el mundo en 2013 contenía alrededor de 15 millones de toneladas de reservas de litio, mientras que 65 millones de toneladas de recursos conocidos eran razonables. Un total del 75% de todo se podría encontrar típicamente en los diez depósitos más grandes del mundo. Otro estudio señaló que el 83% de los recursos geológicos de litio se encuentran en seis salmueras, dos pegmatitas y dos depósitos sedimentarios.

En los EE. UU., El litio se recupera de los charcos de salmuera en Nevada . Se estima que un depósito descubierto en 2013 en Rock Springs Uplift de Wyoming contiene 228.000 toneladas. Se estimó que los depósitos adicionales en la misma formación ascendían a 18 millones de toneladas.

Triángulo de litio

Los cuatro principales países productores de litio del mundo desde 2019, según lo informado por el Servicio Geológico de EE. UU., Son Australia, Chile, China y Argentina. La intersección de Chile , Bolivia y Argentina conforman la región conocida como Triángulo de Litio . El Triángulo de Litio es conocido por sus salares de alta calidad, incluido el Salar de Uyuni de Bolivia , el Salar de Atacama de Chile y el Salar de Arizaro de Argentina . Se cree que el Triángulo de Litio contiene más del 75% de las reservas de litio conocidas existentes. Los depósitos se encuentran en América del Sur a lo largo de la cadena montañosa de los Andes . Chile es el primer productor, seguido de Argentina. Ambos países recuperan el litio de los charcos de salmuera. Según el USGS, el desierto de Uyuni en Bolivia tiene 5,4 millones de toneladas de litio. La mitad de las reservas conocidas del mundo se encuentran en Bolivia a lo largo de la vertiente central oriental de los Andes. Desde 2009, el gobierno boliviano buscaba inversionistas para el desarrollo de la mina Salar de Uyuni , entre los que se encontraban empresas japonesas, francesas y coreanas. En 2019, la empresa estatal boliviana YLB firmó un contrato con ACI Systems de Alemania por un valor estimado de $ 1.2 mil millones para construir plantas de hidróxido de litio y baterías de iones de litio, pero rápidamente desechó el trato.

Producción de mina de litio (2020), reservas y recursos en toneladas según USGS
País Producción Reservas Recursos
Argentina 6.200 1,900,000 19,300,000
Australia 40.000 4.700.000 6.400.000
Austria - - 50.000
Bolivia - - 21.000.000
Brasil 1900 95.000 470.000
Canadá 0 530.000 2,900,000
Chile 18.000 9.200.000 9,600,000
República Checa - - 1.300.000
República Democrática del Congo - - 3,000,000
Finlandia - - 50.000
Alemania - - 2,700,000
Ghana - - 90.000
Kazajstán - - 50.000
Mali - - 700.000
México - - 1,700,000
Namibia - - 50.000
República Popular de China 14.000 1,500,000 5.100.000
Perú - - 880.000
Portugal 900 60.000 270.000
Serbia - - 1.200.000
España - - 300.000
Estados Unidos 870 750.000 7,900,000
Zimbabue 1200 220.000 500.000
Total mundial 82.000 21.000.000 86,000,000+

Desde 2018, se sabe que la República Democrática del Congo tiene el depósito de roca dura de espodumena de litio más grande del mundo. El recurso total del depósito ubicado en Manono, en el centro de la República Democrática del Congo , tiene el potencial de ser de 1.500 millones de toneladas de roca dura de espodumena de litio. Las dos pegmatitas más grandes (conocidas como Carriere de l'Este Pegmatite y Roche Dure Pegmatite) son cada una de tamaño similar o más grande que la famosa Pegmatita Greenbushes en Australia Occidental. En un futuro cercano para 2023, se espera que la República Democrática del Congo sea ​​un importante proveedor de litio para el mundo con su alto grado y baja impureza.

Según un estudio posterior de 2011 realizado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y la Universidad de California, Berkeley , la base de reserva estimada de litio en ese momento no debería ser un factor limitante para la producción de baterías a gran escala para vehículos eléctricos porque se estima que mil millones 40 kWh Li- con esas reservas se podrían construir baterías basadas en aproximadamente 10 kg de litio por automóvil. Otro estudio de 2011 en la Universidad de Michigan y Ford Motor Company encontró suficientes recursos para respaldar la demanda global hasta 2100, incluido el litio requerido para el posible uso generalizado del transporte. El estudio estimó las reservas globales en 39 millones de toneladas y la demanda total de litio durante el período de 90 años anualizada en 12-20 millones de toneladas, dependiendo de los escenarios relacionados con el crecimiento económico y las tasas de reciclaje.

En 2014, The Financialist declaró que la demanda de litio estaba creciendo a más del 12% anual. Según Credit Suisse, esta tasa superó la disponibilidad proyectada en un 25%. La publicación comparó la situación del litio en 2014 con la del petróleo, en la que "los precios más altos del petróleo estimularon la inversión en costosas técnicas de producción de arenas petrolíferas y aguas profundas"; es decir, el precio del litio continuaría aumentando hasta que los métodos de producción más costosos que podrían impulsar la producción total recibieran la atención de los inversores.

El 16 de julio de 2018, se encontraron 2,5 millones de toneladas de recursos de litio de alta ley y 124 millones de libras de recursos de uranio en el depósito de roca dura Falchani en la región de Puno, Perú.

En 2019, la producción mundial de litio a partir de espodumena fue de alrededor de 80.000 toneladas por año, principalmente de la pegmatita Greenbushes y de algunas fuentes chinas y chilenas . Se informa que la mina Talison en Greenbushes es la más grande y tiene la ley más alta de mineral con un 2,4% de Li 2 O (cifras de 2012).

Se estima que los océanos contienen 230 mil millones de toneladas de litio, pero la concentración es de 0.1-0.2ppm, lo que hace que sea más costoso aislarlos con la tecnología 2020 que con salmueras y rocas terrestres.

Fuentes

Otra fuente potencial de litio a partir de 2012 fue identificada como los lixiviados de pozos geotérmicos , los cuales son transportados a la superficie. La recuperación de este tipo de litio se ha demostrado en el campo; el litio se separa por simple filtración. Las reservas son más limitadas que las de los reservorios de salmuera y roca dura.

Precios

En 1998, el precio del metal de litio era de unos 95 USD / kg (o 43 USD / lb ). Después de la crisis financiera de 2007 , los principales proveedores, como Sociedad Química y Minera (SQM), redujeron el precio del carbonato de litio en un 20%. Los precios subieron en 2012. Un artículo de Business Week de 2012 describía un oligopolio en el espacio del litio: "SQM, controlado por el multimillonario Julio Ponce , es el segundo más grande, seguido por Rockwood , que cuenta con el respaldo de KKR & Co. de Henry Kravis , y Filadelfia -basada en FMC ", con Talison mencionado como el mayor productor. El consumo global puede saltar a 300,000 toneladas métricas por año para 2020 desde alrededor de 150,000 toneladas en 2012, para igualar la demanda de baterías de litio que ha estado creciendo aproximadamente un 25% al ​​año, superando la ganancia general de 4% a 5% en la producción de litio.

Extracción

Análisis de la extracción de litio del agua de mar, publicados en 1975

Litio y sus compuestos fueron históricamente aislada y extraída a partir de roca dura, pero por la década de 1990 fuentes minerales , salmuera piscinas, y depósitos de salmuera se habían convertido en la fuente dominante. La mayoría de ellos estaban en Chile, Argentina y Bolivia.

A principios de 2021, gran parte del litio extraído a nivel mundial proviene de " espodumena , el mineral contenido en rocas duras que se encuentran en lugares como Australia y Carolina del Norte" o de la salmuera salada bombeada directamente del suelo, como ocurre en ubicaciones en Chile.

Se espera que los cátodos bajos en cobalto para baterías de litio requieran hidróxido de litio en lugar de carbonato de litio como materia prima, y ​​esta tendencia favorece a la roca como fuente.

En un método para fabricar intermedios de litio a partir de salmuera, la salmuera se bombea primero desde piscinas subterráneas y se concentra por evaporación solar. Cuando la concentración de litio es suficiente, se precipitan carbonato de litio e hidróxido de litio mediante la adición de carbonato de sodio e hidróxido de calcio, respectivamente. Cada lote tarda de 18 a 24 meses.

Se ha propuesto el uso de electrodiálisis e intercalación electroquímica para extraer compuestos de litio del agua de mar (que contiene 0,2 partes por millón de litio ), pero aún no es comercialmente viable.

Cuestiones ambientales

Los procesos de fabricación de litio, incluidos los disolventes y los residuos mineros , presentan importantes peligros para el medio ambiente y la salud. La extracción de litio puede ser fatal para la vida acuática debido a la contaminación del agua . Se sabe que causa contaminación de aguas superficiales, contaminación del agua potable, problemas respiratorios, degradación del ecosistema y daño al paisaje. También conduce a un consumo de agua insostenible en las regiones áridas (1,9 millones de litros por tonelada de litio). La generación masiva de subproductos de la extracción de litio también presenta problemas no resueltos, como grandes cantidades de desperdicio de magnesio y cal .

En los Estados Unidos, existe una competencia activa entre la minería a cielo abierto ambientalmente catastrófica , la extracción de remoción de la cima de la montaña y la extracción de salmuera menos dañina en un esfuerzo por expandir drásticamente la capacidad de extracción de litio nacional. Las preocupaciones ambientales incluyen la degradación del hábitat de la vida silvestre, la contaminación del agua potable, incluida la contaminación por arsénico y antimonio , la reducción insostenible del nivel freático y los desechos mineros masivos , incluido el subproducto de uranio radiactivo y la descarga de ácido sulfúrico .

Inversión

Hay varias opciones disponibles en el mercado para invertir en el metal. Si bien es difícil comprar acciones físicas de litio, los inversores pueden comprar acciones de empresas dedicadas a la extracción y producción de litio. Además, los inversores pueden comprar un ETF de litio dedicado que ofrezca exposición a un grupo de productores de materias primas.

Con un crecimiento sustancial de la demanda de litio en la década de 2020, las empresas mineras y de producción de litio están creciendo y algunas están experimentando aumentos marcados en la valoración del mercado. Los precios de las acciones de Lithium Americas, Piedmont Lithium , AVZ Minerals y MP Materials han aumentado sustancialmente como resultado de la mayor importancia del litio para la economía mundial. En 2021, AVZ Minerals, una empresa australiana, está desarrollando el proyecto Manono Lithium and Tin en Manono, República Democrática del Congo , el recurso tiene impurezas bajas de alto grado a 1,65% Li2O (óxido de litio) espodumena hard-rock basado en estudios y perforación de Roche Dure, una de varias pegmatitas en el depósito. Existe un impulso a nivel mundial por parte de la UE y los principales fabricantes de automóviles ( OEM ) para que todo el litio se produzca y se obtenga de manera sostenible con iniciativas ESG y una huella de carbono de cero a baja . El proyecto AVZ Minerals Manono ha completado un estudio de efecto invernadero de GEI en 2021 sobre su futura huella de carbono. Esto se ha vuelto más común ahora para que las compañías de la cadena de suministro de baterías cumplan con las prácticas ambientales, sociales y de gobernanza (ESG) , las prácticas sostenibles, el cumplimiento de las regulaciones ambientales del gobierno, la EIA y el desempeño de baja huella de carbono, a fin de ser considerados para actividades de financiamiento / inversión. y carteras de fondos. Las inversiones responsables son fundamentales para ayudar a cumplir el Acuerdo de París y los ODS de la ONU. El estudio muestra que el proyecto AVZ Minerals DRC Manono probablemente tenga una de las huellas de carbono más bajas de todos los productores de roca dura de espodumena en un 30% a 40% y algunos productores de salmuera en todo el mundo. AVZ Minerals firmó una asociación de compra a largo plazo con el importante Ganfeng Lithium, el mayor productor de compuestos de litio de China. Es importante destacar que la asociación establece disposiciones para que ambas partes se centren en el desarrollo ambiental, social y de gobernanza (ESG) .

A principios de 2021, Piedmont Lithium Ltd, una empresa australiana fundada en 2016, está explorando 2,300 acres (930 ha) de tierra que posee o sobre la que tiene derechos minerales en el condado de Gaston, Carolina del Norte . "La moderna industria minera de litio comenzó en esta región de Carolina del Norte en la década de 1950, cuando el metal se usaba para fabricar componentes para bombas nucleares . Una de las mayores mineras de litio del mundo por producción, Albemarle Corp , tiene su sede en las cercanías de Charlotte. Casi todos de su litio, sin embargo, se extrae en Australia y Chile, que tienen depósitos grandes y accesibles del metal ". A partir de 2021, solo el uno por ciento del suministro mundial de litio se extrae y procesa en los Estados Unidos (3,150 t (6,940,000 lb)), mientras que 233,550 t (514,890,000 lb) se producen en Australia y Chile.

Se espera que el litio se recicle de las baterías de iones de litio al final de su vida útil en el futuro, pero a partir de 2020, no hay cantidades suficientes de baterías para reciclar y la tecnología no está bien desarrollada. En cualquier caso, es probable que el componente más valioso siga siendo el material del cátodo NCM , y se espera que la recuperación de este material sea el motor.

Aplicaciones

Estimaciones de los usos mundiales de litio en 2011 (imagen) y 2019 (números a continuación)
  Cerámica y vidrio (18%)
  Baterías (65%)
  Grasas lubricantes (5%)
  Colada continua (3%)
  Tratamiento de aire (1%)
  Polímeros
  Producción de aluminio primario
  Productos farmacéuticos
  Otro (5%)

Pilas

En 2021, la mayor parte del litio se utilizará para fabricar baterías de iones de litio para automóviles eléctricos y dispositivos móviles .

Cerámica y vidrio

El óxido de litio se usa ampliamente como fundente para procesar sílice , lo que reduce el punto de fusión y la viscosidad del material y produce esmaltes con propiedades físicas mejoradas, incluidos bajos coeficientes de expansión térmica. En todo el mundo, este es uno de los usos más importantes de los compuestos de litio. Para la vajilla se utilizan esmaltes que contienen óxidos de litio. El carbonato de litio (Li 2 CO 3 ) se usa generalmente en esta aplicación porque se convierte en óxido al calentarse.

Eléctrico y electronico

A fines del siglo XX, el litio se convirtió en un componente importante de los electrolitos y electrodos de las baterías, debido a su alto potencial de electrodos . Debido a su baja masa atómica , tiene una alta relación de carga y potencia a peso. Una batería de iones de litio típica puede generar aproximadamente 3 voltios por celda, en comparación con 2,1 voltios de plomo-ácido y 1,5 voltios de zinc-carbono . Las baterías de litio, que son recargables y tienen una alta densidad de energía , se diferencian de las baterías de litio , que son desechables ( primarios ) baterías con litio o sus compuestos como el ánodo . Otras baterías recargables que usan litio incluyen la batería de polímero de iones de litio , la batería de fosfato de hierro y litio y la batería de nanocables .

A lo largo de los años, las opiniones han diferido sobre el crecimiento potencial. Un estudio de 2008 concluyó que "la producción realista de carbonato de litio sería suficiente para solo una pequeña fracción de los futuros requisitos del mercado global de PHEV y EV ", que "la demanda del sector de la electrónica portátil absorberá gran parte de los aumentos de producción planificados en la próxima década". , y que "la producción masiva de carbonato de litio no es ambientalmente racional, causará daños ecológicos irreparables a los ecosistemas que deben protegerse y que la propulsión de LiIon es incompatible con la noción de 'Coche Verde'".

Grasas lubricantes

El tercer uso más común del litio es en grasas. El hidróxido de litio es una base fuerte y, cuando se calienta con una grasa, produce un jabón hecho de estearato de litio . El jabón de litio tiene la capacidad de espesar los aceites y se utiliza para fabricar grasas lubricantes de uso general para altas temperaturas .

Metalurgia

El litio (por ejemplo, como carbonato de litio) se utiliza como aditivo para las escorias de fundente de moldes de colada continua donde aumenta la fluidez, un uso que representa el 5% del uso mundial de litio (2011). Los compuestos de litio también se utilizan como aditivos (fundentes) en la arena de fundición para fundición de hierro para reducir el veteado.

El litio (como fluoruro de litio ) se utiliza como aditivo en las fundiciones de aluminio ( proceso Hall-Héroult ), reduciendo la temperatura de fusión y aumentando la resistencia eléctrica, uso que representa el 3% de la producción (2011).

Cuando se utiliza como fundente para soldar o soldar , el litio metálico promueve la fusión de metales durante el proceso y elimina la formación de óxidos al absorber impurezas. Las aleaciones del metal con aluminio, cadmio , cobre y manganeso se utilizan para fabricar piezas de aviones de alto rendimiento (ver también aleaciones de litio-aluminio ).

Nano-soldadura de silicio

Se ha descubierto que el litio es eficaz para ayudar a la perfección de las nano soldaduras de silicio en componentes electrónicos para baterías eléctricas y otros dispositivos.

El uso de litio en bengalas y pirotecnia se debe a su llama rosa roja.

Pirotécnica

Los compuestos de litio se utilizan como colorantes pirotécnicos y oxidantes en fuegos artificiales rojos y bengalas .

Purificación de aire

El cloruro de litio y el bromuro de litio son higroscópicos y se utilizan como desecantes para corrientes de gas. El hidróxido de litio y el peróxido de litio son las sales más utilizadas en áreas confinadas, como a bordo de naves espaciales y submarinos , para la eliminación de dióxido de carbono y la purificación del aire. El hidróxido de litio absorbe dióxido de carbono del aire formando carbonato de litio y se prefiere sobre otros hidróxidos alcalinos por su bajo peso.

El peróxido de litio (Li 2 O 2 ) en presencia de humedad no solo reacciona con el dióxido de carbono para formar carbonato de litio, sino que también libera oxígeno. La reacción es la siguiente:

2 Li 2 O 2 + 2 CO 2 → 2 Li 2 CO 3 + O 2 .

Algunos de los compuestos antes mencionados, así como el perclorato de litio , se utilizan en velas de oxígeno que suministran oxígeno a los submarinos . Estos también pueden incluir pequeñas cantidades de boro , magnesio , aluminio , silicio , titanio , manganeso y hierro .

Óptica

El fluoruro de litio , cultivado artificialmente como cristal , es claro y transparente y, a menudo, se utiliza en ópticas especializadas para aplicaciones IR , UV y VUV ( vacío UV ). Tiene uno de los índices de refracción más bajos y el rango de transmisión más lejano en la radiación ultravioleta profunda de los materiales más comunes. El polvo de fluoruro de litio finamente dividido se ha utilizado para la dosimetría de radiación termoluminiscente (TLD): cuando una muestra de este se expone a la radiación, acumula defectos cristalinos que, al calentarse, se resuelven mediante una liberación de luz azulada cuya intensidad es proporcional a la dosis absorbida. , lo que permite cuantificarlo. El fluoruro de litio se usa a veces en lentes focales de telescopios .

La alta no linealidad del niobato de litio también lo hace útil en aplicaciones de óptica no lineal . Se utiliza ampliamente en productos de telecomunicaciones como teléfonos móviles y moduladores ópticos , para componentes como cristales resonantes . Las aplicaciones de litio se utilizan en más del 60% de los teléfonos móviles.

Química orgánica y de polímeros

Los compuestos de organolitio se utilizan ampliamente en la producción de polímeros y productos químicos finos. En la industria de los polímeros, que es el consumidor dominante de estos reactivos, los compuestos de alquil litio son catalizadores / iniciadores . en la polimerización aniónica de no funcionalizadas de olefinas . Para la producción de productos químicos finos, los compuestos de organolitio funcionan como bases fuertes y como reactivos para la formación de enlaces carbono-carbono . Los compuestos de organolitio se preparan a partir de metal litio y haluros de alquilo.

Muchos otros compuestos de litio se utilizan como reactivos para preparar compuestos orgánicos. Algunos compuestos populares incluyen hidruro de litio y aluminio (LiAlH 4 ), trietilborohidruro de litio , n-butillitio y terc-butillitio .

El lanzamiento de un torpedo utilizando litio como combustible.

Militar

El litio metálico y sus hidruros complejos , como el Li [AlH 4 ] , se utilizan como aditivos de alta energía para los propulsores de cohetes . El hidruro de litio y aluminio también se puede utilizar solo como combustible sólido .

El sistema de propulsión de energía química almacenada por torpedos Mark 50 (SCEPS) utiliza un pequeño tanque de hexafluoruro de azufre , que se rocía sobre un bloque de litio sólido. La reacción genera calor, creando vapor para propulsar el torpedo en un ciclo Rankine cerrado .

El hidruro de litio que contiene litio-6 se usa en armas termonucleares , donde sirve como combustible para la etapa de fusión de la bomba.

Nuclear

El litio-6 se valora como material de partida para la producción de tritio y como absorbente de neutrones en la fusión nuclear . El litio natural contiene aproximadamente un 7,5% de litio-6 a partir del cual se han producido grandes cantidades de litio-6 por separación de isótopos para su uso en armas nucleares . El litio-7 ganó interés para su uso en refrigerantes de reactores nucleares .

El deuteruro de litio se utilizó como combustible en el dispositivo nuclear Castle Bravo .

El deuteruro de litio fue el combustible de fusión preferido en las primeras versiones de la bomba de hidrógeno . Cuando son bombardeados por neutrones , tanto 6 Li como 7 Li producen tritio ; esta reacción, que no se entendió completamente cuando se probaron las bombas de hidrógeno por primera vez, fue responsable del rendimiento desbocado de la prueba nuclear de Castle Bravo . El tritio se fusiona con el deuterio en una reacción de fusión que es relativamente fácil de lograr. Aunque los detalles siguen siendo secretos, el deuteruro de litio-6 aparentemente todavía juega un papel en las armas nucleares modernas como material de fusión.

El fluoruro de litio , cuando está altamente enriquecido en el isótopo litio-7, forma el constituyente básico de la mezcla de sal de fluoruro LiF- BeF 2 utilizada en los reactores nucleares de fluoruro líquido . El fluoruro de litio es excepcionalmente estable químicamente y las mezclas de LiF-BeF 2 tienen puntos de fusión bajos. Además, 7 Li, Be y F se encuentran entre los pocos nucleidos con secciones transversales de captura de neutrones térmicos lo suficientemente bajas como para no envenenar las reacciones de fisión dentro de un reactor de fisión nuclear.

En las plantas de energía de fusión nuclear conceptualizadas (hipotéticas) , el litio se utilizará para producir tritio en reactores confinados magnéticamente utilizando deuterio y tritio como combustible. El tritio de origen natural es extremadamente raro y debe producirse sintéticamente rodeando el plasma en reacción con una `` capa '' que contenga litio, donde los neutrones de la reacción deuterio-tritio en el plasma fisión del litio para producir más tritio:

6 Li + n → 4 He + 3 H.

El litio también se utiliza como fuente de partículas alfa o núcleos de helio . Cuando 7 Li es bombardeado por protones acelerados se forma 8 Be , que sufre fisión para formar dos partículas alfa. Esta hazaña, llamada "dividir el átomo" en ese momento, fue la primera reacción nuclear completamente hecha por el hombre . Fue producido por Cockroft y Walton en 1932.

En 2013, la Oficina de Responsabilidad del Gobierno de EE. UU. Dijo que la escasez de litio-7, fundamental para el funcionamiento de 65 de cada 100 reactores nucleares estadounidenses, "pone en riesgo su capacidad para continuar proporcionando electricidad". Castle Bravo utilizó por primera vez litio-7, en el Shrimp , su primer dispositivo, que pesaba solo 10 toneladas, y generó una contaminación atmosférica nuclear masiva del atolón Bikini . Esto quizás explica el declive de la infraestructura nuclear estadounidense. El equipo necesario para separar el litio-6 del litio-7 es principalmente un sobrante de la guerra fría. Estados Unidos cerró la mayor parte de esta maquinaria en 1963, cuando tenía un enorme excedente de litio separado, consumido principalmente durante el siglo XX. El informe dijo que se necesitarían cinco años y entre $ 10 y $ 12 millones para restablecer la capacidad de separar el litio-6 del litio-7.

Los reactores que utilizan litio-7 calientan el agua a alta presión y transfieren calor a través de intercambiadores de calor que son propensos a la corrosión. Los reactores utilizan litio para contrarrestar los efectos corrosivos del ácido bórico , que se agrega al agua para absorber el exceso de neutrones.

Medicamento

El litio es útil en el tratamiento del trastorno bipolar . Las sales de litio también pueden ser útiles para diagnósticos relacionados, como el trastorno esquizoafectivo y la depresión mayor cíclica . La parte activa de estas sales es el ion litio Li + . Pueden aumentar el riesgo de desarrollar la anomalía cardíaca de Ebstein en los bebés nacidos de mujeres que toman litio durante el primer trimestre del embarazo.

El litio también se ha investigado como un posible tratamiento para los dolores de cabeza en racimo .

Precauciones

Litio
Riesgos
Pictogramas GHS GHS02: InflamableGHS05: corrosivo
Palabra de señal GHS Peligro
H260 , H314
P223 , P231 + 232 , P280 , P305 + 351 + 338 , P370 + 378 , P422
NFPA 704 (diamante de fuego)
3
2
2

El metal de litio es corrosivo y requiere un manejo especial para evitar el contacto con la piel. Respirar polvo de litio o compuestos de litio (que a menudo son alcalinos ) inicialmente irrita la nariz y la garganta, mientras que una mayor exposición puede causar una acumulación de líquido en los pulmones , lo que lleva a un edema pulmonar . El metal en sí mismo es un peligro de manipulación porque el contacto con la humedad produce el hidróxido de litio cáustico . El litio se almacena de forma segura en compuestos no reactivos como la nafta .

Ver también

Notas

Referencias

enlaces externos