Lityum

Lityum, ₃Li ⓘ

Petrol içinde yüzen lityum
Lityum
Telaffuz	/ˈlɪθiəm/ (LITH-ee-əm)
Görünüş	gümüşi-beyaz
Standart atom ağırlığı Ar°(Li)	[6.938, 6.997] 6,94±0,06 (kısaltılmış)
Periyodik tabloda lityum
Hidrojen Helyum Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen Flor Neon Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Sülfür Klor Argon Potasyum Kalsiyum Skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko Galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum Niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum Paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Kalay Antimon Tellür İyot Xenon Sezyum Baryum Lantan Seryum Praseodimyum Neodimyum Promethium Samaryum Europium Gadolinyum Terbiyum Disprosiyum Holmiyum Erbiyum Thulium Ytterbium Lutesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Cıva (element) Talyum Kurşun Bizmut Polonyum Astatin Radon Francium Radyum Actinium Toryum Protaktinyum Uranyum Neptünyum Plütonyum Americium Curium Berkelium Kaliforniyum Einsteinium Fermiyum Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonyum Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson H ↑ Li ↓ Na helyum ← Lityum → berilyum
Atom numarası (Z)	3
Grup	grup 1: hi̇drojen ve alkali̇ metaller
Dönem	dönem 2
Blok	s-blok
Elektron konfigürasyonu	[O] 2s1
Kabuk başına elektron	2, 1
Fiziksel özellikler
STP'de Faz	katı
Erime noktası	453,65 K (180,50 °C, 356,90 °F)
Kaynama noktası	1603 K (1330 °C, 2426 °F)
Yoğunluk (r.t.'ye yakın)	0,534 g/cm3
sıvı olduğunda (m.p.'de)	0,512 g/cm3
Kritik nokta	3220 K, 67 MPa (ekstrapole edilmiş)
Füzyon ısısı	3.00 kJ/mol
Buharlaşma ısısı	136 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	24,860 J/(mol-K)
Buhar basıncı P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k T'de (K) 797 885 995 1144 1337 1610
Atomik özellikler
Oksidasyon durumları	+1 (güçlü bazik bir oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 0.98
İyonlaşma enerjileri	1: 520,2 kJ/mol 2.: 7298,1 kJ/mol 3.: 11815,0 kJ/mol
Atomik yarıçap	ampi̇ri̇k: 152 pm
Kovalent yarıçap	128±7 pm
Van der Waals yarıçapı	182 pm
Lityumun spektral çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum	ilkel
Kristal yapı	gövde merkezli kübik (bcc)
Ses hızı ince çubuk	6000 m/s (20 °C'de)
Termal genleşme	46 µm/(m⋅K) (25 °C'de)
Termal iletkenlik	84,8 W/(m⋅K)
Elektriksel direnç	92,8 nΩ⋅m (20 °C'de)
Manyetik sıralama	paramanyetik
Molar manyetik duyarlılık	+14,2×10-6 cm3/mol (298 K)
Young modülü	4,9 GPa
Kayma modülü	4,2 GPa
Yığın modülü	11 GPa
Mohs sertliği	0.6
Brinell sertliği	5 MPa
CAS Numarası	7439-93-2
Tarih
Keşif	Johan August Arfwedson (1817)
İlk izolasyon	William Thomas Brande (1821)
Lityumun ana izotopları
İzotop Bolluk Yarılanma ömrü (t1/2) Çürüme modu Ürün 6Li 7.59% kararlı 7Li 92.41% kararlı

Lityum (Yunanca: λίθος, romanize: lithos, lit. 'taş'), sembolü Li ve atom numarası 3 olan kimyasal bir elementtir. Yumuşak, gümüşi-beyaz bir alkali metaldir. Standart koşullar altında, en az yoğun metal ve en az yoğun katı elementtir. Tüm alkali metaller gibi lityum da oldukça reaktif ve yanıcıdır ve vakumda, inert atmosferde veya saflaştırılmış kerosen veya mineral yağ gibi inert sıvılarda saklanmalıdır. Kesildiğinde metalik bir parlaklık gösterir, ancak nemli hava onu hızla mat gümüşi griye, ardından siyah kararmaya kadar korozyona uğratır. Doğada hiçbir zaman serbest olarak bulunmaz, sadece bir zamanlar lityumun ana kaynağı olan pegmatitik mineraller gibi (genellikle iyonik) bileşiklerde bulunur. Bir iyon olarak çözünürlüğü nedeniyle okyanus suyunda bulunur ve genellikle tuzlu sulardan elde edilir. Lityum metali, lityum klorür ve potasyum klorür karışımından elektrolitik olarak izole edilir. ⓘ

Doğada bulunan iki kararlı lityum izotopu, tüm kararlı nüklidler arasında nükleon başına en düşük bağlanma enerjilerine sahip olduğundan, lityum atomunun çekirdeği kararsızlık sınırındadır. Göreceli nükleer kararsızlığı nedeniyle lityum, çekirdeği çok hafif olmasına rağmen güneş sisteminde ilk 32 kimyasal elementin 25'inden daha az yaygındır: daha ağır çekirdeklerin daha az yaygın olması eğiliminin bir istisnasıdır. İlgili nedenlerden dolayı, lityum nükleer fizikte önemli kullanım alanlarına sahiptir. Lityum atomlarının 1932'de helyuma dönüşümü, tamamen insan yapımı ilk nükleer reaksiyondur ve lityum döterid, aşamalı termonükleer silahlarda füzyon yakıtı olarak hizmet eder. ⓘ

Lityum ve bileşikleri, ısıya dayanıklı cam ve seramikler, lityum gres yağları, demir, çelik ve alüminyum üretimi için akı katkı maddeleri, lityum piller ve lityum-iyon piller dahil olmak üzere çeşitli endüstriyel uygulamalara sahiptir. Bu kullanımlar lityum üretiminin dörtte üçünden fazlasını tüketmektedir. ⓘ

Lityum biyolojik sistemlerde eser miktarda bulunur; işlevleri belirsizdir. Lityum tuzlarının, bipolar bozukluk gibi akıl hastalıklarının tedavisinde ruh hali dengeleyici ve antidepresan olarak yararlı olduğu kanıtlanmıştır. ⓘ

Lityum atomu modeli ⓘ

Özellikleri

Lityum-7'nin atomik yapısı ⓘ

Atomik ve fiziksel

İnce bir siyah nitrür kararmaya sahip lityum külçeler ⓘ

Alkali metaller, öncü elementinden sonra lityum ailesi olarak da adlandırılır. Diğer alkali metaller (sodyum (Na), potasyum (K), rubidyum (Rb), sezyum (Cs) ve frankiyum (Fr)) gibi, lityum da bir katyon oluşturmak için kolayca verilen tek bir değerlik elektronuna sahiptir. Bu nedenle, lityum iyi bir ısı ve elektrik iletkeni olmasının yanı sıra, alkali metaller arasında en az reaktif olan olmasına rağmen, oldukça reaktif bir elementtir. Lityumun düşük reaktivitesi, değerlik elektronunun çekirdeğine yakınlığından kaynaklanır (kalan iki elektron 1s orbitalindedir, enerjisi çok daha düşüktür ve kimyasal bağlara katılmaz). Erimiş lityum katı halinden çok daha reaktiftir. ⓘ

Lityum metali bıçakla kesilebilecek kadar yumuşaktır. Kesildiğinde, lityum okside oksitlenirken hızla griye dönüşen gümüşi beyaz bir renge sahiptir. Erime noktası olan 180,50 °C (453,65 K; 356,90 °F) ve kaynama noktası olan 1.342 °C (1.615 K; 2.448 °F) tüm alkali metaller arasında en yüksek, yoğunluğu olan 0,534 g/cm³ ise en düşük değerlerdir. ⓘ

Lityum çok düşük bir yoğunluğa (0,534 g/cm³) sahiptir ve çam ağacı ile karşılaştırılabilir. Oda sıcaklığında katı olan tüm elementler arasında en az yoğun olanıdır; bir sonraki en hafif katı element (potasyum, 0,862 g/cm³) %60'tan daha yoğundur. Helyum ve hidrojen dışında, katı olarak diğer tüm elementlerden daha az yoğundur ve sıvı nitrojenin (0,808 g/cm³) sadece üçte ikisi kadar yoğundur. Lityum en hafif hidrokarbon yağları üzerinde yüzebilir ve su üzerinde yüzebilen sadece üç metalden biridir, diğer ikisi sodyum ve potasyumdur. ⓘ

Petrol içinde yüzen lityum ⓘ

Lityumun termal genleşme katsayısı alüminyumun iki katı ve demirin neredeyse dört katıdır. Lityum standart basınçta 400 μK'nın altında ve çok yüksek basınçlarda (>20 GPa) daha yüksek sıcaklıklarda (9 K'dan fazla) süper iletkendir. Lityum, 70 K'nin altındaki sıcaklıklarda, sodyum gibi difüzyonsuz faz değişim dönüşümlerine uğrar. 4,2 K'de eşkenar dörtgen kristal sistemine sahiptir (dokuz katmanlı tekrar aralığı ile); daha yüksek sıcaklıklarda yüz merkezli kübik ve daha sonra gövde merkezli kübik hale dönüşür. Sıvı helyum sıcaklıklarında (4 K) eşkenar dörtgen yapı yaygındır. Yüksek basınçlarda lityum için birden fazla allotropik form tanımlanmıştır. ⓘ

Lityumun kütlesel özgül ısı kapasitesi kilogram-kelvin başına 3,58 kilojul olup tüm katılar arasında en yüksek olanıdır. Bu nedenle, lityum metali genellikle ısı transferi uygulamaları için soğutucularda kullanılır. ⓘ

İzotoplar

Doğal olarak oluşan lityum iki kararlı izotoptan oluşur, ⁶Li ve ⁷Li, ikincisi daha bol olandır (%92,5 doğal bolluk). Her iki doğal izotop da nükleon başına anormal derecede düşük nükleer bağlanma enerjisine sahiptir (periyodik tablodaki komşu elementler olan helyum ve berilyuma kıyasla); lityum nükleer fisyon yoluyla net enerji üretebilen tek düşük numaralı elementtir. İki lityum çekirdeğinin nükleon başına bağlanma enerjileri, döteryum ve helyum-3 dışındaki diğer kararlı çekirdeklerden daha düşüktür. Bunun bir sonucu olarak, atom ağırlığı çok hafif olmasına rağmen, lityum Güneş Sistemi'nde ilk 32 kimyasal elementin 25'inden daha az yaygındır. Yedi radyoizotop karakterize edilmiştir, en kararlıları ⁸38 ms yarı ömürlü 8Li ve 178 ms yarı ömürlü ⁹Li'dir. Geri kalan tüm radyoaktif izotopların yarı ömürleri 8,6 ms'den kısadır. En kısa ömürlü lityum izotopu, proton emisyonu yoluyla bozunan ve yarı ömrü 7,6 × 10-23 s olan ⁴Li'dir. ⁶Li izotopu, hem tek sayıda protona hem de tek sayıda nötrona sahip olan yalnızca beş kararlı çekirdekten biridir; diğer dört kararlı tek küsur çekirdek hidrojen-2, bor-10, nitrojen-14 ve tantal-180m'dir. ⓘ

⁷Li, Büyük Patlama nükleosentezinde üretilen ilkel elementlerden (ya da daha doğru bir ifadeyle ilkel nüklitlerden) biridir. Yıldız nükleosentezi sırasında yıldızlarda az miktarda hem ⁶Li hem de ⁷Li üretilir, ancak üretildiği kadar hızlı bir şekilde "yakılır". ⁷Li karbon yıldızlarında da üretilebilir. Güneş rüzgarından, daha ağır atomlara çarpan kozmik ışınlardan ve erken güneş sistemi ⁷Be ve ¹⁰Be radyoaktif bozunumundan hem ⁶Li hem de ⁷Li'nin ek küçük miktarları üretilebilir. ⓘ

Lityum izotopları, mineral oluşumu (kimyasal çökelme), metabolizma ve iyon değişimi dahil olmak üzere çok çeşitli doğal süreçler sırasında önemli ölçüde parçalanır. Lityum iyonları, ⁶Li'nin ⁷Li'ye tercih edildiği kil minerallerindeki oktahedral bölgelerde magnezyum ve demirin yerine geçerek hiperfiltrasyon ve kayaç değişimi süreçlerinde hafif izotopun zenginleşmesine neden olur. Egzotik ¹¹Li'nin, 3 proton ve 6 nötrondan oluşan çekirdeği etrafında yörüngede dönen 2 nötron ile bir nötron halosu sergilediği bilinmektedir. Lazer izotop ayrıştırma olarak bilinen süreç, lityum izotoplarını, özellikle de ⁷Li'yi ⁶Li'den ayırmak için kullanılabilir. ⓘ

Nükleer silah üretimi ve diğer nükleer fizik uygulamaları yapay lityum fraksiyonlaşmasının başlıca kaynağıdır; hafif izotop ⁶Li endüstri ve askeri stoklar tarafından o kadar çok tutulmaktadır ki nehirler gibi doğal kaynaklarda ⁶Li - ⁷Li oranlarında küçük ama ölçülebilir değişikliklere neden olmuştur. Bu durum, lityumun standartlaştırılmış atom ağırlığında olağandışı bir belirsizliğe yol açmıştır, çünkü bu miktar, ticari lityum mineral kaynaklarında mevcut oldukları için doğal olarak oluşan bu kararlı lityum izotoplarının doğal bolluk oranlarına bağlıdır. ⓘ

Lityumun her iki kararlı izotopu da lazerle soğutulabilir ve ilk kuantum dejenere Bose-Fermi karışımını üretmek için kullanılmıştır. ⓘ

Oluşum

Lityum, atom başına Dünya'nın üst kıta kabuğunda klor kadar yaygındır. ⓘ

Astronomik

Büyük Patlama'da sentezlenmiş olmasına rağmen, lityum (berilyum ve bor ile birlikte) evrende diğer elementlerden belirgin şekilde daha az bulunur. Bu, lityumu yok etmek için gerekli olan nispeten düşük yıldız sıcaklıklarının yanı sıra onu üretmek için yaygın süreçlerin eksikliğinin bir sonucudur. ⓘ

Modern kozmolojik teoriye göre lityum -her iki kararlı izotopuyla (lityum-6 ve lityum-7)- Büyük Patlama'da sentezlenen üç elementten biriydi. Büyük Patlama nükleosentezinde üretilen lityum miktarı baryon başına düşen foton sayısına bağlı olsa da, kabul edilen değerler için lityum bolluğu hesaplanabilir ve evrende bir "kozmolojik lityum tutarsızlığı" vardır: yaşlı yıldızlar olması gerekenden daha az lityuma sahip gibi görünürken, bazı genç yıldızlar çok daha fazlasına sahiptir. Yaşlı yıldızlardaki lityum eksikliği, görünüşe göre lityumun yıldızların iç kısımlarına "karışması" ve burada yok olmasından kaynaklanırken, lityum genç yıldızlarda üretilmektedir. Her ne kadar 2,4 milyon santigrat derecenin üzerindeki sıcaklıklarda bir protonla çarpışması sonucu iki helyum atomuna dönüşse de (çoğu yıldız iç kısımlarında bu sıcaklığa kolayca ulaşır), lityum sonraki nesil yıldızlarda hesaplamaların öngördüğünden daha bol miktarda bulunur. ⓘ

Nova Centauri 2013, lityum kanıtının bulunduğu ilk yıldızdır. ⓘ

Lityum ayrıca kahverengi cüce yıldız altı cisimlerde ve bazı anormal turuncu yıldızlarda da bulunur. Lityum daha soğuk, daha az kütleli kahverengi cücelerde bulunduğundan, ancak daha sıcak kırmızı cüce yıldızlarda yok edildiğinden, yıldızların spektrumlarındaki varlığı, her ikisi de Güneş'ten daha küçük olduğundan, ikisini ayırt etmek için "lityum testinde" kullanılabilir. Bazı turuncu yıldızlar da yüksek konsantrasyonda lityum içerebilir. Normalden daha yüksek lityum konsantrasyonuna sahip olduğu tespit edilen turuncu yıldızlar (Centaurus X-4 gibi), kütleçekimi daha ağır lityumu bir hidrojen-helyum yıldızının yüzeyine çekerek daha fazla lityum gözlemlenmesine neden olan büyük nesnelerin (nötron yıldızları veya kara delikler) yörüngesinde yer alır. ⓘ

27 Mayıs 2020'de gökbilimciler klasik nova patlamalarının galaktik lityum-7 üreticileri olduğunu bildirdi. ⓘ

Karasal

Lityum Dünya üzerinde yaygın olarak bulunmasına rağmen, yüksek reaktivitesi nedeniyle doğal olarak elementel formda bulunmaz. Deniz suyunun toplam lityum içeriği çok büyüktür ve 230 milyar ton olarak tahmin edilmektedir; burada element milyonda 0,14 ila 0,25 parça (ppm) veya 25 mikromolar nispeten sabit bir konsantrasyonda bulunur; hidrotermal bacaların yakınında 7 ppm'ye yaklaşan daha yüksek konsantrasyonlar bulunur. ⓘ

Dünya'nın kabuk içeriği için tahminler ağırlıkça 20 ila 70 ppm arasında değişmektedir. Lityum, yerkabuğunun yaklaşık yüzde 0,002'sini oluşturur. Adına uygun olarak lityum, granitlerdeki en büyük konsantrasyonlarla magmatik kayaçların küçük bir bölümünü oluşturur. Granitik pegmatitler aynı zamanda lityum içeren minerallerin en büyük bolluğunu sağlar, spodümen ve petalit ticari olarak en uygun kaynaklardır. Bir diğer önemli lityum minerali de polilitiyonit ve trilitiyonitten oluşan bir seri için artık kullanılmayan bir isim olan lepidolittir. Lityum için daha yeni bir kaynak olan hektorit kili, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Western Lithium Corporation tarafından aktif olarak geliştirilmektedir. Yer kabuğunda kg başına 20 mg lityum ile lityum en bol bulunan 25. elementtir. ⓘ

Lityum ve Doğal Kalsiyum El Kitabı'na göre, "Lityum nispeten nadir bir elementtir, ancak birçok kayada ve bazı tuzlu sularda bulunur, ancak her zaman çok düşük konsantrasyonlarda bulunur. Oldukça fazla sayıda lityum minerali ve tuzlu su yatağı vardır, ancak bunlardan sadece nispeten azı gerçek veya potansiyel ticari değere sahiptir. Birçoğu çok küçüktür, diğerlerinin ise tenörü çok düşüktür." ⓘ

Şili'nin (2020) açık ara en büyük rezervlere (9,2 milyon ton) ve Avustralya'nın en yüksek yıllık üretime (40.000 ton) sahip olduğu tahmin edilmektedir. En büyük lityum rezervlerinden biri de 5,4 milyon ton ile Bolivya'nın Salar de Uyuni bölgesinde bulunuyor. Diğer büyük tedarikçiler arasında Avustralya, Arjantin ve Çin bulunmaktadır. 2015 yılı itibariyle Çek Jeolojik Araştırması, Çek Cumhuriyeti'ndeki Cevher Dağları'nın tamamını lityum bölgesi olarak kabul etmiştir. Beş yatak kayıtlı olup, Cínovec [cs] yakınlarındaki bir tanesi 160.000 ton lityum ile potansiyel olarak ekonomik bir yatak olarak kabul edilmektedir. Aralık 2019'da Finlandiyalı madencilik şirketi Keliber Oy, Rapasaari lityum yatağının 5.280 milyon ton kanıtlanmış ve muhtemel cevher rezervine sahip olduğunu bildirdi. ⓘ

Haziran 2010'da The New York Times, Amerikalı jeologların Afganistan'ın batısındaki kuru tuz göllerinde büyük lityum yataklarının bulunduğuna inanarak zemin araştırmaları yaptıklarını bildirdi. Bu tahminler "esas olarak 1979-1989 yılları arasında Afganistan'ı işgal eden Sovyetler tarafından toplanan eski verilere dayanmaktadır". Savunma Bakanlığı Afganistan'daki lityum rezervlerinin Bolivya'dakilere eşit olduğunu tahmin etmiş ve Afganistan'ı potansiyel bir "lityum Suudi Arabistan'ı" olarak adlandırmıştır. İngiltere'nin Cornwall bölgesinde, bölgenin tarihi madencilik endüstrisi nedeniyle lityum açısından zengin tuzlu su varlığı iyi biliniyordu ve özel yatırımcılar bu alanda potansiyel lityum çıkarımını araştırmak için testler yaptılar. ⓘ

Biyolojik

Lityum çok sayıda bitkide, planktonda ve omurgasızlarda eser miktarda, milyarda 69 ila 5.760 parça (ppb) konsantrasyonlarda bulunur. Omurgalılarda konsantrasyon biraz daha düşüktür ve neredeyse tüm omurgalı doku ve vücut sıvıları 21 ila 763 ppb arasında değişen lityum içerir. Deniz organizmaları lityumu karasal organizmalardan daha fazla biyolojik olarak biriktirme eğilimindedir. Lityumun bu organizmaların herhangi birinde fizyolojik bir rolü olup olmadığı bilinmemektedir. ⓘ

Mineral bakımından zengin topraktaki lityum konsantrasyonları üzerine yapılan çalışmalar, yaklaşık 0,1 ile 50-100 ppm arasında, bazı konsantrasyonların 100-400 ppm'ye kadar çıktığını göstermektedir, ancak tamamının bitkiler tarafından alınabilmesi olası değildir. Bitki dokusundaki lityum konsantrasyonu tipik olarak 1 ppm civarındadır ve bazı bitki aileleri diğerlerine göre daha fazla lityum biyoakümüle eder; lityum birikimi bitkilerin temel besin bileşimini etkilemiyor gibi görünmektedir. Lityuma tolerans bitki türlerine göre değişir ve tipik olarak sodyum toleransına paraleldir; örneğin mısır ve Rodos çimi lityum hasarına karşı oldukça toleranslı iken avokado ve soya fasulyesi çok hassastır. Benzer şekilde, 5 ppm'lik konsantrasyonlardaki lityum bazı türlerde (örneğin Asya pirinci ve nohut) tohum çimlenmesini azaltırken diğerlerinde (örneğin arpa ve buğday) azaltmaz. Lityumun başlıca biyolojik etkilerinin çoğu, diğer iyonlarla rekabeti ile açıklanabilir. Tek değerlikli lityum iyonu Li⁺
lityum gibi tek değerli bir alkali metal olan sodyum (periyodik tabloda lityumun hemen altında) gibi diğer iyonlarla rekabet eder. Lityum ayrıca iyonik yarıçapı (86 pm) yaklaşık olarak lityum iyonununki (90 pm) olan iki değerlikli magnezyum iyonlarıyla da rekabet eder. Sodyumu hücresel membranlar boyunca taşıyan mekanizmalar lityumu da taşır. Örneğin, sodyum kanalları (hem voltaj kapılı hem de epitelyal) lityum için özellikle önemli giriş yollarıdır. Lityum iyonları ayrıca ligand kapılı iyon kanallarından geçebilir ve hem nükleer hem de mitokondriyal membranları geçebilir. Sodyum gibi lityum da potasyum kanallarına ve kalsiyum kanallarına girebilir ve bunları kısmen bloke edebilir (ancak geçirgen değildir). Lityumun biyolojik etkileri çok ve çeşitlidir ancak etki mekanizmaları yalnızca kısmen anlaşılmıştır. Örneğin, lityumla tedavi edilen bipolar bozukluk hastaları üzerinde yapılan çalışmalar, diğer birçok etkisinin yanı sıra, lityumun bu hastalarda telomer kısalmasını kısmen tersine çevirdiğini ve ayrıca mitokondriyal işlevi artırdığını göstermektedir, ancak lityumun bu farmakolojik etkileri nasıl ürettiği anlaşılamamıştır. Lityum toksisitesinde rol oynayan mekanizmalar bile tam olarak anlaşılamamıştır. ⓘ

Tarih

Johan August Arfwedson 1817 yılında lityumu keşfetmesiyle tanınır ⓘ

Petalit (LiAlSi₄O₁₀) 1800 yılında Brezilyalı kimyager ve devlet adamı José Bonifácio de Andrada e Silva tarafından İsveç'in Utö adasındaki bir madende keşfedilmiştir. Ancak, 1817 yılına kadar kimyager Jöns Jakob Berzelius'un laboratuvarında çalışan Johan August Arfwedson, petalit cevherini analiz ederken yeni bir elementin varlığını tespit etmedi. Bu element sodyum ve potasyumunkine benzer bileşikler oluşturuyordu, ancak karbonat ve hidroksiti suda daha az çözünür ve daha az alkaliydi. Berzelius bu alkali maddeye, bitki küllerinde keşfedilen potasyum ve kısmen hayvan kanında bol miktarda bulunduğu bilinen sodyumun aksine, katı bir mineralde keşfedildiğini yansıtmak için Yunanca λιθoς ("taş" anlamına gelen lithos olarak çevrilir) kelimesinden gelen "lithion/lithina" adını verdi. Malzemenin içindeki metale "lityum" adını verdi. ⓘ

Arfwedson daha sonra aynı elementin spodümen ve lepidolit minerallerinde de bulunduğunu gösterdi. 1818'de Christian Gmelin, lityum tuzlarının aleve parlak kırmızı bir renk verdiğini gözlemleyen ilk kişi oldu. Ancak, hem Arfwedson hem de Gmelin saf elementi tuzlarından izole etmeyi denediler ve başarısız oldular. William Thomas Brande'in, daha önce kimyager Sir Humphry Davy tarafından alkali metaller potasyum ve sodyumu izole etmek için kullanılan bir işlem olan lityum oksidin elektrolizi yoluyla elde ettiği 1821 yılına kadar izole edilememiştir. Brande ayrıca klorür gibi bazı saf lityum tuzlarını da tanımladı ve lityumun (lityum oksit) yaklaşık %55 metal içerdiğini tahmin ederek lityumun atom ağırlığının yaklaşık 9,8 g/mol (modern değer ~6,94 g/mol) olduğunu tahmin etti. 1855 yılında Robert Bunsen ve Augustus Matthiessen tarafından lityum klorürün elektrolizi yoluyla daha büyük miktarlarda lityum üretildi. Bu prosedürün keşfi, lityum klorür ve potasyum klorürden oluşan sıvı bir karışımın elektrolizini gerçekleştiren Alman Metallgesellschaft AG şirketi tarafından 1923 yılında ticari lityum üretimine yol açmıştır. ⓘ

Avustralyalı psikiyatrist John Cade, 1949 yılında mani tedavisinde lityum kullanımını yeniden gündeme getirmiş ve yaygınlaştırmıştır. Kısa bir süre sonra, 20. yüzyılın ortaları boyunca, lityumun mani ve depresyon için duygudurum dengeleyici uygulanabilirliği Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nde yaygınlaştı. ⓘ

Lityumun üretimi ve kullanımı tarih içinde birkaç köklü değişiklik geçirmiştir. Lityumun ilk büyük uygulaması, İkinci Dünya Savaşı ve hemen sonrasında uçak motorları ve benzer uygulamalar için yüksek sıcaklıkta kullanılan lityum gresleriydi. Bu kullanım, lityum bazlı sabunların diğer alkali sabunlardan daha yüksek bir erime noktasına sahip olması ve kalsiyum bazlı sabunlardan daha az aşındırıcı olmasıyla desteklenmiştir. Lityum sabunlarına ve yağlama greslerine yönelik küçük talep, çoğu ABD'de olmak üzere birkaç küçük madencilik operasyonu tarafından desteklenmiştir. ⓘ

Soğuk Savaş sırasında nükleer füzyon silahlarının üretilmesiyle lityuma olan talep önemli ölçüde artmıştır. Hem lityum-6 hem de lityum-7 nötronlar tarafından ışınlandığında trityum üretir ve bu nedenle kendi başına trityum üretiminin yanı sıra hidrojen bombalarının içinde lityum döterid şeklinde kullanılan bir tür katı füzyon yakıtı için de yararlıdır. ABD 1950'lerin sonları ile 1980'lerin ortaları arasında lityumun başlıca üreticisi olmuştur. Sonunda, lityum stoku yaklaşık 42.000 ton lityum hidroksitti. Stoklanan lityum, lityum-6 bakımından %75 oranında tükenmişti; bu da birçok standart kimyasalda ölçülen lityum atom ağırlığını ve hatta izotop ayırma tesislerinden boşaltılan ve yeraltı sularına karışan lityum tuzları tarafından "kirletilen" bazı "doğal lityum iyonu kaynaklarındaki" lityum atom ağırlığını etkilemeye yetmişti. ⓘ

Arjantin'deki Salar del Hombre Muerto (solda) ve Bolivya'daki Uyuni (sağda) lityum açısından zengin tuz düzlüklerinin uydu görüntüleri. Lityum açısından zengin tuzlu su, güneş enerjili buharlaştırma havuzlarına (soldaki görüntüde görülebilir) pompalanarak yoğunlaştırılır.

Lityum, camın erime sıcaklığını düşürmek ve Hall-Héroult işleminde alüminyum oksidin erime davranışını iyileştirmek için kullanılır. Bu iki kullanım 1990'ların ortasına kadar pazara hakim olmuştur. Nükleer silahlanma yarışının sona ermesinden sonra lityuma olan talep azaldı ve Enerji Bakanlığı stoklarının açık piyasada satılması fiyatları daha da düşürdü. 1990'ların ortalarında, birkaç şirket lityumu tuzlu sudan izole etmeye başladı ve bunun yeraltı veya açık ocak madenciliğinden daha ucuz bir seçenek olduğu kanıtlandı. Madenlerin çoğu kapandı ya da odak noktalarını başka malzemelere kaydırdı çünkü sadece zonlu pegmatitlerden elde edilen cevher rekabetçi bir fiyatla çıkarılabiliyordu. Örneğin, ABD'nin Kuzey Carolina eyaletindeki Kings Mountain yakınlarındaki madenler 21. yüzyılın başından önce kapanmıştır. ⓘ

Lityum iyon pillerin geliştirilmesi lityuma olan talebi artırmış ve 2007 yılında baskın kullanım alanı haline gelmiştir. 2000'li yıllarda bataryalardaki lityum talebinin artmasıyla birlikte, yeni şirketler artan talebi karşılamak için tuzlu su izolasyon çalışmalarını genişletmiştir. ⓘ

Yenilenebilir enerjiyle çalışan ve pillere bağımlı bir dünyada lityumun jeopolitik rekabetin ana nesnelerinden biri olacağı ileri sürülmüştür, ancak bu bakış açısı, üretimin genişletilmesi için ekonomik teşviklerin gücünü hafife almakla da eleştirilmiştir. ⓘ

Lityum ilk olarak 1817 yılında Johan August Arfwedson tarafından keşfedilmiştir. İlk saf olarak izolasyonu ise William Thomas Brande ve Humphrey Davy tarafından lityum oksitten elektroliz yolu ile gerçekleştirilmiştir. Spodumen cevheri ,LiAl(SiO3)2, Lityum içeriği nedeniyle ticarı olarak çok önemlidir. Öncelikle 1100 °C’ de a formu ısıtılarak daha yumuşak b formuna dönüştürülür. b formu sıcak sülfürik asit ile reaksiyona sokularak Li₂SO₄L2So4H5rt5 elde edilir. Elde edilen bu çökelek çözeltiden ayrılarak Na₃CO₃ ile yıkanır. Böylece suda çözünmeyen LiCO₃ elde edilir. Manik depresif tedavisinde ve pillerde kullanılır. ⓘ

Li₂SO₃ + Na₂CO₃ → Na₂SO₄ + Li₂CO₃ (katı) ⓘ

Elde edilen Li₂CO₃ çökeleği HCl ile reaksiyona sokularak LiCl elde edilir. ⓘ

Li₂CO₃ + 2 HCl → 2 LiCl + CO₂ + H₂O ⓘ

LiCl erime noktası 600 °C den fazla olduğu için elektroliz ile saflaştırılması zor olduğundan LiCl (55%) ve KCl (45%) karışımı kullanılarak erime noktası 430 °C’ye düşürülür. Bu karışımın elektrolizi ile Li saf olarak elde edilir. ⓘ

• Katot: Li⁺ (s) + e^- → Li (s)
• Anot: Cl^- (s) → ½ Cl₂ (g) + e^{- ⓘ}

Kimya

Lityum metalden

Lityum su ile kolayca reaksiyona girer, ancak diğer alkali metallere göre belirgin şekilde daha az kuvvetlidir. Reaksiyon hidrojen gazı ve lityum hidroksit oluşturur. Bir alevin üzerine konulduğunda, lityum bileşikleri çarpıcı bir kızıl renk verir, ancak metal güçlü bir şekilde yandığında, alev parlak bir gümüş olur. Lityum, su veya su buharına maruz kaldığında oksijen içinde tutuşur ve yanar. Nemli havada lityum hızla karararak lityum hidroksit (LiOH ve LiOH-H₂O), lityum nitrür (Li₃N) ve lityum karbonattan (Li₂CO₃, LiOH ve CO₂ arasındaki ikincil reaksiyonun sonucu) oluşan siyah bir kaplama oluşturur. Lityum, azot gazı ile reaksiyona giren birkaç metalden biridir. ⓘ

Su ve özellikle nitrojenle olan reaktivitesi nedeniyle lityum metali genellikle bir hidrokarbon dolgu macunu, genellikle de petrol jölesi içinde saklanır. Daha ağır alkali metaller mineral yağ altında saklanabilse de, lityum bu sıvıların içine tamamen dalacak kadar yoğun değildir. ⓘ

Lityum, benzer atomik ve iyonik yarıçapa sahip bir element olan magnezyum ile diyagonal bir ilişkiye sahiptir. İki metal arasındaki kimyasal benzerlikler arasında N₂ ile reaksiyona girerek bir nitrür oluşumu, bir oksit oluşumu (Li
₂O) ve peroksit (Li
₂O
₂) O₂ içinde yandığında, benzer çözünürlüklere sahip tuzlar ve karbonatların ve nitrürlerin termal kararsızlığı. Metal, yüksek sıcaklıklarda hidrojen gazı ile reaksiyona girerek lityum hidrür (LiH) üretir. ⓘ

Lityum, ana grup elementleriyle doğrudan reaksiyona girerek çeşitli ikili ve üçlü malzemeler oluşturur. Bu Zintl fazları, yüksek oranda kovalent olmasına rağmen, Si₄^4-, P₇^3- ve Te₅^2- gibi çok atomlu anyonların tuzları olarak görülebilir. Grafit ile lityum çeşitli interkalasyon bileşikleri oluşturur. ⓘ

Amonyak (ve aminler) içinde çözünerek [Li(NH₃)₄]⁺ ve çözünmüş elektron verir. ⓘ

İnorganik bileşikler

Bir kristaldeki n-bütilityum parçasının hekzamerik yapısı ⓘ

Lityum, tüm halojenürler ve psödohalojenürler ile tuz benzeri türevler oluşturur. Bazı örnekler LiF, LiCl, LiBr, LiI halojenürlerinin yanı sıra psödohalojenürler ve ilgili anyonları içerir. Lityum karbonat, lityumun en önemli bileşiği olarak tanımlanmıştır. Bu beyaz katı, lityum cevherlerinin zenginleştirilmesinin ana ürünüdür. Seramikler ve lityum piller için malzemeler de dahil olmak üzere diğer tuzların öncüsüdür. ⓘ

LiBH bileşikleri
₄ ve LiAlH
₄ yararlı reaktiflerdir. Bu tuzlar ve diğer birçok lityum tuzu, daha ağır alkali metallerin tuzlarının aksine, eterlerde belirgin bir şekilde yüksek çözünürlük sergiler. ⓘ

Sulu çözeltide, [Li(H₂O)₄]⁺ koordinasyon kompleksi birçok lityum tuzu için baskındır. İlgili kompleksler aminler ve eterler ile bilinmektedir. ⓘ

Organik kimya

Organolityum bileşikleri çok sayıda ve kullanışlıdır. Karbon ve lityum arasında bir bağın varlığı ile tanımlanırlar. Çözelti ve katı hal yapıları bu basit görüşten daha karmaşık olmasına rağmen, metal stabilize karbanyonlar olarak hizmet ederler. Dolayısıyla, bunlar son derece güçlü bazlar ve nükleofillerdir. İlaç endüstrisinde asimetrik sentezlerde de uygulanmışlardır. Laboratuvar organik sentezi için, birçok organolityum reaktifleri ticari olarak çözelti formunda mevcuttur. Bu reaktifler oldukça reaktiftir ve bazen piroforiktir. ⓘ

İnorganik bileşikleri gibi, lityumun neredeyse tüm organik bileşikleri resmi olarak düet kuralını takip eder (örneğin, BuLi, MeLi). Bununla birlikte, koordine edici çözücülerin veya ligandların yokluğunda, organolityum bileşiklerinin dimerik, tetramerik ve hekzamerik kümeler oluşturduğuna dikkat etmek önemlidir (örneğin, BuLi aslında [BuLi]₆ ve MeLi aslında [MeLi]₄'tür), bunlar çok merkezli bağlanma özelliğine sahiptir ve lityum etrafındaki koordinasyon sayısını arttırır. Bu kümeler dimetoksietan (DME) gibi çözücülerin veya tetrametiletilendiamin (TMEDA) gibi ligandların varlığında daha küçük veya monomerik birimlere ayrılır. Düet kuralının bir istisnası olarak, lityum etrafında dört elektrona sahip iki koordinatlı bir litat kompleksi, [Li(thf)₄]⁺[((Me₃Si)₃C)₂Li]-, kristalografik olarak karakterize edilmiştir. ⓘ

Üretim

USGS'ye göre ton cinsinden lityum madeni üretimi (2020), rezervleri ve kaynakları ⓘ

Ülke	Üretim	Rezervler	Kaynaklar
Arjantin	6,200	1,900,000	19,300,000
Avustralya	40,000	4,700,000	6,400,000
Avusturya	-	-	50,000
Bolivya	-	-	21,000,000
Brezilya	1,900	95,000	470,000
Kanada	0	530,000	2,900,000
Şili	18,000	9,200,000	9,600,000
Çin	14,000	1,500,000	5,100,000
Çek Cumhuriyeti	-	-	1,300,000
Kongo Demokratik Cumhuriyeti	-	-	3,000,000
Finlandiya	-	-	50,000
Almanya	-	-	2,700,000
Gana	-	-	90,000
Kazakistan	-	-	50,000
Mali	-	-	700,000
Meksika	-	-	1,700,000
Namibya	-	-	50,000
Peru	-	-	880,000
Portekiz	900	60,000	270,000
Sırbistan	-	-	1,200,000
İspanya	-	-	300,000
Birleşik Devletler	870	750,000	7,900,000
Zimbabve	1,200	220,000	500,000
Dünya toplamı	82,000	21,000,000	86,000,000+

Dünya Savaşı'nın sona ermesinden bu yana lityum üretimi büyük ölçüde artmıştır. Lityumun ana kaynakları tuzlu sular ve cevherlerdir. ⓘ

Lityum metali, yaklaşık 450 °C'de %55 lityum klorür ve %45 potasyum klorür karışımından elektroliz yoluyla üretilir. ⓘ

Rezervler ve oluşum

Seçilmiş dünya yatakları için lityum tenörü ve tonajının dağılım grafikleri, 2017 itibariyle ⓘ

ABD Jeolojik Araştırmalar Kurumu (USGS) tarafından 2020 ve 2021 yıllarında dünya çapında tespit edilen rezervlerin sırasıyla 17 milyon ve 21 milyon ton olacağı tahmin edilmektedir. Dünya lityum rezervlerinin doğru bir şekilde tahmin edilmesi zordur. Bunun bir nedeni, lityum sınıflandırma şemalarının çoğunun katı cevher yatakları için geliştirilmiş olması, tuzlu suyun ise değişen konsantrasyonlar ve pompalama etkileri nedeniyle aynı sınıflandırma şemasıyla ele alınması sorunlu bir akışkan olmasıdır. ⓘ

2015'te lityum fiyatlarındaki artış ve büyüyen pil endüstrisi için lityum kaynaklarının yetersizliği endişesinin ardından, 2017'de USGS verilerinin hakemli bir analizi, lityum sıkıntısı yaşanmayacağını ve mevcut rezerv tahminlerinin taleple birlikte artışa tabi olacağını öngörmüştür. USGS tarafından tespit edilen dünya çapındaki lityum kaynakları, devam eden keşif çalışmaları sayesinde 2017 yılında artmaya başlamıştır. Belirlenen kaynaklar 2016, 2017, 2018, 2019 ve 2020 yıllarında sırasıyla 41, 47, 54, 62 ve 80 milyon ton olmuştur. ⓘ

2013 yılında dünyanın yaklaşık 15 milyon ton lityum rezervi içerdiği tahmin edilirken, 65 milyon ton bilinen kaynak makuldü. Her şeyin toplam %75'i tipik olarak dünyanın en büyük on yatağında bulunabiliyordu. Bir başka çalışmada lityumun jeolojik kaynaklarının %83'ünün altı tuzlu su, iki pegmatit ve iki tortul yatakta bulunduğu belirtilmiştir. ⓘ

ABD'de lityum Nevada'daki tuzlu su havuzlarından elde edilmektedir. Wyoming'in Rock Springs Uplift bölgesinde 2013 yılında keşfedilen bir yatağın 228.000 ton içerdiği tahmin edilmektedir. Aynı formasyondaki ek yatakların 18 milyon ton kadar olduğu tahmin edilmektedir. Benzer şekilde Nevada'da McDermitt Kalderası, Amerika Birleşik Devletleri'nde bilinen en büyük lityum yataklarını oluşturan lityum içeren volkanik çamurlara ev sahipliği yapmaktadır. ⓘ

Lityum üçgeni

ABD Jeolojik Araştırmalar Kurumu tarafından bildirildiği üzere 2019 yılında dünyanın en çok lityum üreten ilk dört ülkesi Avustralya, Şili, Çin ve Arjantin'dir. Şili, Bolivya ve Arjantin'in kesiştiği bölge Lityum Üçgeni olarak bilinen bölgeyi oluşturmaktadır. Lityum Üçgeni, Bolivya'nın Salar de Uyuni, Şili'nin Salar de Atacama ve Arjantin'in Salar de Arizaro gibi yüksek kaliteli tuz düzlükleriyle biliniyor. Lityum Üçgeni'nin mevcut bilinen lityum rezervlerinin %75'inden fazlasını içerdiğine inanılmaktadır. Yataklar Güney Amerika'da And Dağları zinciri boyunca bulunur. Şili önde gelen üreticidir ve onu Arjantin takip etmektedir. Her iki ülke de lityumu tuzlu su havuzlarından çıkarmaktadır. USGS'ye göre Bolivya'nın Uyuni Çölü'nde 5,4 milyon ton lityum bulunmaktadır. Dünyanın bilinen rezervlerinin yarısı Bolivya'da And Dağları'nın orta doğu yamacı boyunca yer almaktadır. Bolivya hükümeti 2009 yılından bu yana Salar de Uyuni madenini geliştirmek için aralarında Japon, Fransız ve Koreli firmaların da bulunduğu yatırımcılar arıyordu. 2019 yılında Bolivya devlet şirketi YLB, Alman ACI Systems ile lityum hidroksit ve lityum-iyon pil tesisleri kurmak için 1,2 milyar dolar değerinde bir sözleşme imzaladı ancak kısa süre sonra anlaşmayı iptal etti. Lityum Triagle'ın tuz tavalarındaki tuzlu sular lityum içeriği bakımından büyük farklılıklar göstermektedir. Tuzlu sular değişken ve hareketli sıvılar olduğu için konsantrasyonlar da zaman içinde değişebilir. ⓘ

2018 yılından bu yana Demokratik Kongo Cumhuriyeti'nin dünyanın en büyük lityum spodümen sert kaya yatağına sahip olduğu bilinmektedir. Kongo Demokratik Cumhuriyeti'nin merkezindeki Manono'da bulunan yatağın toplam kaynağı 1,5 milyar ton lityum spodümen sert kayaç büyüklüğünde olma potansiyeline sahiptir. En büyük iki pegmatitin (Carriere de l'Este Pegmatiti ve Roche Dure Pegmatiti olarak bilinir) her biri Batı Avustralya'daki ünlü Greenbushes Pegmatiti ile benzer boyutta veya daha büyüktür. Yakın gelecekte, 2023 yılına kadar, Demokratik Kongo Cumhuriyeti'nin yüksek tenörü ve düşük safsızlıkları ile dünya için önemli bir lityum tedarikçisi olması beklenmektedir. ⓘ

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Berkeley Kaliforniya Üniversitesi tarafından 2011 yılında yapılan bir çalışmaya göre, lityumun o zamanki tahmini rezerv tabanı, elektrikli araçlar için büyük ölçekli pil üretimi için sınırlayıcı bir faktör olmamalıdır çünkü bu rezervlerle tahmini 1 milyar 40 kWh Li-tabanlı pil üretilebilir - araba başına yaklaşık 10 kg lityum. Michigan Üniversitesi ve Ford Motor Company'de 2011 yılında yapılan bir başka çalışmada, potansiyel yaygın ulaşım kullanımı için gerekli lityum da dahil olmak üzere 2100 yılına kadar küresel talebi destekleyecek yeterli kaynak bulunmuştur. Çalışmada küresel rezervlerin 39 milyon ton olduğu ve 90 yıllık dönem boyunca toplam lityum talebinin, ekonomik büyüme ve geri dönüşüm oranlarına ilişkin senaryolara bağlı olarak yıllık 12-20 milyon ton olacağı tahmin edilmiştir. ⓘ

2014 yılında The Financialist, lityum talebinin yılda %12'den fazla arttığını belirtmiştir. Credit Suisse'e göre bu oran, öngörülen bulunabilirliği %25 oranında aşmaktadır. Yayın, 2014'teki lityum durumunu petrolle karşılaştırarak "yüksek petrol fiyatlarının pahalı derin su ve petrol kumu üretim tekniklerine yatırımı teşvik ettiğini"; yani toplam üretimi artırabilecek daha pahalı üretim yöntemleri yatırımcıların dikkatini çekene kadar lityum fiyatının yükselmeye devam edeceğini belirtmiştir. ⓘ

16 Temmuz 2018'de Peru'nun Puno bölgesindeki Falchani sert kaya yatağında 2,5 milyon ton yüksek dereceli lityum kaynağı ve 124 milyon pound uranyum kaynağı bulundu. ⓘ

2019 yılında, spodümenden dünya lityum üretimi, başta Greenbushes pegmatiti olmak üzere bazı Çin ve Şili kaynaklarından yılda 80.000 ton civarındaydı. Greenbushes'daki Talison madeninin en büyük maden olduğu ve %2,4 Li₂O (2012 rakamları) ile en yüksek cevher tenörüne sahip olduğu bildirilmektedir. ⓘ

Okyanusların 230 milyar ton lityum içerdiği tahmin edilmektedir, ancak konsantrasyon 0,1-0,2 ppm'dir, bu da 2020 teknolojisi ile izole edilmesini karadaki tuzlu su ve kayadan daha pahalı hale getirmektedir. ⓘ

Kaynaklar

2012'den itibaren bir diğer potansiyel lityum kaynağı da jeotermal kuyuların yüzeye taşınan sızıntı suları olarak belirlenmiştir. Bu tür lityumun geri kazanımı sahada gösterilmiştir; lityum basit filtreleme ile ayrıştırılmaktadır. Rezervler tuzlu su rezervuarları ve sert kayaçlara göre daha sınırlıdır. ⓘ

Fiyatlandırma

1998 yılında lityum metalinin fiyatı yaklaşık 95 USD/kg (veya 43 USD/lb) idi. 2007 mali krizinden sonra Sociedad Química y Minera (SQM) gibi büyük tedarikçiler lityum karbonat fiyatlarını %20 oranında düşürdü. Fiyatlar 2012 yılında yükseldi. 2012 tarihli bir Business Week makalesi lityum alanındaki oligopolün ana hatlarını çizdi: "Milyarder Julio Ponce tarafından kontrol edilen SQM en büyük ikinci şirkettir, onu Henry Kravis'in KKR & Co. tarafından desteklenen Rockwood ve Philadelphia merkezli FMC takip etmektedir" ve Talison en büyük üretici olarak belirtilmiştir. Küresel tüketim, lityum üretimindeki %4 ila %5'lik genel artışı geride bırakarak yılda yaklaşık %25 oranında artan lityum pil talebini karşılamak için 2012'deki yaklaşık 150.000 tondan 2020'ye kadar yılda 300.000 metrik tona çıkabilir. ⓘ

Ekstraksiyon

1975'te yayınlanan deniz suyundan lityum çıkarma analizleri ⓘ

Lityum ve bileşikleri tarihsel olarak izole edilmiş ve sert kayalardan çıkarılmıştır, ancak 1990'larda mineral kaynakları, tuzlu su havuzları ve tuzlu su yatakları baskın kaynak haline gelmiştir. Bunların çoğu Şili, Arjantin ve Bolivya'da bulunmaktaydı. McDermitt kalderasında (Nevada, ABD) geliştirilmekte olan büyük lityum-kil yatakları, kil cevherinden lityumu süzmek için konsantre sülfürik asit gerektirmektedir. ⓘ

2021'in başlarında, küresel olarak çıkarılan lityumun çoğu ya "Avustralya ve Kuzey Carolina gibi yerlerde bulunan sert kayalarda bulunan mineral olan spodümenden" ya da Şili'deki yerlerde olduğu gibi doğrudan yerden pompalanan tuzlu tuzlu sudan geliyor. Şili'deki Salar de Atacama'da tuzlu sudaki lityum konsantrasyonu, bir havuzlar sisteminde güneş enerjisiyle buharlaştırılarak yükseltilmektedir. Buharlaştırma yoluyla zenginleştirme işlemi, tuzlu su %6 lityum içeriğine ulaştığında bir buçuk yıla kadar sürebilmektedir. Bu örnekteki nihai işlem, tuzlu sudan saf lityum karbonat, lityum hidroksit ve lityum klorürün üretildiği kıyıdaki Antofagasta şehri yakınlarında yapılır. ⓘ

Lityum piller için düşük kobaltlı katotların hammadde olarak lityum karbonat yerine lityum hidroksit gerektirmesi beklenmektedir ve bu eğilim kaynak olarak kayayı tercih etmektedir. ⓘ

Deniz suyundan (milyonda 0,2 parça lityum içerir) lityum bileşiklerini çıkarmak için elektrodiyaliz ve elektrokimyasal interkalasyon kullanımı önerilmiştir, ancak henüz ticari olarak uygulanabilir değildir. ⓘ

Çevresel sorunlar

Solvent ve maden atıkları da dahil olmak üzere lityum üretim süreçleri önemli çevresel ve sağlık tehlikeleri arz etmektedir. Lityum çıkarımı, su kirliliği nedeniyle sucul yaşam için ölümcül olabilir. Yüzey suyu kirliliğine, içme suyu kirliliğine, solunum problemlerine, ekosistem bozulmasına ve peyzaj hasarına neden olduğu bilinmektedir. Ayrıca kurak bölgelerde sürdürülemez su tüketimine yol açmaktadır (bir ton lityum başına 1,9 milyon litre). Lityum çıkarımının büyük yan ürün üretimi de büyük miktarlarda magnezyum ve kireç atığı gibi çözülmemiş sorunlar ortaya çıkarmaktadır. ⓘ

Amerika Birleşik Devletleri'nde, yerel lityum madenciliği kapasitesini büyük ölçüde genişletme çabası içinde, çevresel açıdan yıkıcı açık ocak madenciliği, dağ tepesi kaldırma madenciliği ve daha az zarar verici tuzlu su çıkarma madenciliği arasında aktif bir rekabet vardır. Çevresel kaygılar arasında yaban hayatı habitatının bozulması, arsenik ve antimon kirliliği de dahil olmak üzere içme suyu kirliliği, sürdürülebilir olmayan su tablası azalması ve radyoaktif uranyum yan ürünü ve sülfürik asit deşarjı da dahil olmak üzere büyük madencilik atıkları yer almaktadır. ⓘ

İnsan hakları sorunları

Arjantin'de lityum çıkarma şirketleri ile yerli halklar arasındaki ilişkiler üzerine yapılan bir araştırma, devletin yerli halkların önceden özgürce ve bilgilendirilmiş rıza alma hakkını korumamış olabileceğini ve çıkarma şirketlerinin genellikle toplulukların bilgiye erişimini kontrol ettiğini ve projelerin tartışılması ve fayda paylaşımı için şartları belirlediğini göstermiştir. ⓘ

ABD'nin Nevada eyaletindeki Thacker Pass lityum madeninin geliştirilmesi, kendilerine önceden özgürce ve bilgilendirilmiş rıza verilmediğini ve projenin kültürel ve kutsal alanları tehdit ettiğini söyleyen bazı yerli kabilelerin protestoları ve davalarıyla karşılaştı. Ayrıca, kaynak çıkarma işleminin kayıp ve öldürülmüş yerli kadınlarla bağlantılı olması nedeniyle projenin geliştirilmesinin yerli kadınlar için risk oluşturacağına dair endişelerini dile getirdiler. Protestocular Ocak 2021'den bu yana önerilen maden sahasını işgal ediyor. ⓘ

Başvurular

2011 (resim) ve 2019 (aşağıdaki rakamlar) için küresel lityum kullanım tahminleri

  Seramik ve cam (18%)

  Piller (65%)

  Yağlama gresleri (5%)

  Sürekli döküm (3%)

  Hava filtreleme (1%)

  Polimerler

  Birincil alüminyum üretimi

  İlaç

  Diğer (5%) ⓘ

Piller

2021'de çoğu lityum, elektrikli otomobil'ler ve mobil cihaz'lar için lityum iyon piller yapmak için kullanıldı. ⓘ

Seramik ve cam

Lityum oksit, malzemenin erime noktasını ve viskozitesini düşürerek ve düşük termal genleşme katsayıları da dahil olmak üzere gelişmiş fiziksel özelliklere sahip sırlara yol açarak silika işlemek için bir akı olarak yaygın şekilde kullanılır. Bu, dünya çapında lityum bileşiklerinin en büyük kullanım alanlarından biridir. Lityum oksit içeren sırlar fırın kapları için kullanılır. Bu uygulamada genellikle lityum karbonat (Li₂CO₃) kullanılır çünkü ısıtıldığında okside dönüşür. ⓘ

Elektrik ve elektronik

20. yüzyılın sonlarında lityum, yüksek elektrot potansiyeli nedeniyle batarya elektrolitlerinin ve elektrotlarının önemli bir bileşeni haline gelmiştir. Düşük atomik kütlesi nedeniyle, yüksek bir şarj ve güç/ağırlık oranına sahiptir. Tipik bir lityum-iyon pil, kurşun-asit için 2,1 volt ve çinko-karbon için 1,5 volt ile karşılaştırıldığında hücre başına yaklaşık 3 volt üretebilir. Yeniden şarj edilebilen ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip olan lityum-iyon piller, anot olarak lityum veya bileşikleri içeren tek kullanımlık (birincil) piller olan lityum pillerden farklıdır. Lityum kullanan diğer şarj edilebilir piller arasında lityum-iyon polimer pil, lityum demir fosfat pil ve nanotel pil bulunmaktadır. ⓘ

Yıllar içinde potansiyel büyüme konusunda farklı görüşler ortaya çıkmıştır. 2008 yılında yapılan bir çalışmada "gerçekçi olarak ulaşılabilir lityum karbonat üretiminin gelecekteki PHEV ve EV küresel pazar gereksinimlerinin sadece küçük bir kısmı için yeterli olacağı", "taşınabilir elektronik sektöründen gelen talebin önümüzdeki on yılda planlanan üretim artışlarının çoğunu absorbe edeceği" ve "lityum karbonatın seri üretiminin çevresel açıdan sağlıklı olmadığı, korunması gereken ekosistemlerde onarılamaz ekolojik hasara neden olacağı ve LiIon tahrikinin 'Yeşil Araba' kavramıyla uyumsuz olduğu" sonucuna varılmıştır. ⓘ

Yağlama gresleri

Lityumun üçüncü en yaygın kullanımı greslerdedir. Lityum hidroksit güçlü bir baz'dır ve bir yağ ile ısıtıldığında lityum stearat'tan yapılmış bir sabun üretir. Lityum sabun, yağları kalınlaştırma özelliğine sahiptir ve çok amaçlı, yüksek sıcaklık yağlama gresleri üretmek için kullanılır. ⓘ

Metalurji

Lityum (örn. lityum karbonat olarak), akışkanlığı arttırdığı sürekli döküm kalıp akı cüruflarına katkı maddesi olarak kullanılır, 2011'de küresel lityum kullanımının %5'ini oluşturan bir kullanımı vardı. Lityum bileşikleri, damarlanmayı azaltmak için demir döküm için döküm kumu'na katkı maddesi (akı) olarak da kullanılır. ⓘ

Lityum (lityum florür olarak) alüminyum izabe tesislerine (Hall–Héroult prosesi) katkı maddesi olarak kullanılır, erime sıcaklığını düşürür ve elektrik direncini arttırır, 2011'de üretimin %3'ünü oluşturan bir kullanımı vardı. ⓘ

Kaynak veya lehimleme için akı olarak kullanıldığında, metalik lityum işlem sırasında metallerin kaynaşmasını destekler ve safsızlıkları emerek oksit'lerin oluşumunu ortadan kaldırır. ⓘ

Alüminyum, kadmiyum, bakır ve manganez içeren metal alaşım'ları yüksek performanslı, yoğunlukluğu az uçak parçaları yapmak için kullanılır (ayrıca bkz. Lityum-alüminyum alaşımları). ⓘ

Silikon nano-kaynak

Lityum, elektrikli piller ve diğer cihazlar için elektronik bileşenlerde silikon nano kaynakların mükemmelleştirilmesine yardımcı olmada etkili bulunmuştur. ⓘ

İşaret fişeklerinde ve pirotekniklerde lityum kullanımı, gül kırmızısı alevinden kaynaklanmaktadır. ⓘ

Piroteknik

Lityum bileşikleri, kırmızı havai fişeklerde ve işaret fişeklerinde piroteknik renklendirici ve oksitleyici olarak kullanılır. ⓘ

Hava temizleme

Lityum klorür ve lityum bromür higroskopiktir ve gaz akışları için kurutucu olarak kullanılır. Lityum hidroksit ve lityum peroksit, uzay araçları ve denizaltılar gibi kapalı alanlarda karbondioksitin giderilmesi ve havanın temizlenmesi için en çok kullanılan tuzlardır. Lityum hidroksit, lityum karbonat oluşturarak havadaki karbondioksiti emer ve düşük ağırlığı nedeniyle diğer alkali hidroksitlere göre tercih edilir. ⓘ

Lityum peroksit (Li₂O₂) nem varlığında sadece karbondioksit ile reaksiyona girerek lityum karbonat oluşturmakla kalmaz, aynı zamanda oksijen de açığa çıkarır. Reaksiyon aşağıdaki gibidir:

2 Li₂O₂ + 2 CO₂ → 2 Li₂CO₃ + O₂.

Yukarıda bahsedilen bileşiklerden bazıları ve lityum perklorat, denizaltılara oksijen sağlayan oksijen mumlarında kullanılır. Bunlar aynı zamanda az miktarda bor, magnezyum, alüminyum, silikon, titanyum, manganez ve demir de içerebilir. ⓘ

Optik

Yapay olarak kristal halinde büyütülen lityum florür berrak ve şeffaftır ve genellikle IR, UV ve VUV (vakum UV) uygulamaları için özel optiklerde kullanılır. En düşük kırılma indislerinden birine ve en yaygın malzemelerin derin UV'sinde en uzak iletim aralığına sahiptir. İnce bölünmüş lityum florür tozu termolüminesan radyasyon dozimetrisi (TLD) için kullanılmıştır: böyle bir numune radyasyona maruz kaldığında, ısıtıldığında yoğunluğu emilen dozla orantılı olan mavimsi bir ışık salınımı yoluyla çözülen kristal kusurları biriktirir ve böylece bunun ölçülmesine izin verir. Lityum florür bazen teleskopların odak merceklerinde kullanılır. ⓘ

Lityum niyobatın yüksek doğrusal olmama özelliği, onu doğrusal olmayan optik uygulamalarında da kullanışlı hale getirir. Cep telefonları ve optik modülatörler gibi telekomünikasyon ürünlerinde, rezonans kristalleri gibi bileşenler için yaygın olarak kullanılır. Lityum uygulamaları cep telefonlarının %60'ından fazlasında kullanılmaktadır. ⓘ

Organik ve polimer kimyası

Organolityum bileşiklerileri, polimer ve ince-kimyasalların üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu reaktiflerin baskın tüketicisi olan polimer endüstrisinde alkil lityum bileşikleri fonksiyonelleştirilmemiş olefin'lerin anyonik polimerizasyondaki katalizör'ler/başlatıcılar'dır.. İnce kimyasalların üretimi için organolityum bileşikler, karbon-karbon bağlarının oluşumu için güçlü bazlar ve reaktifler olarak işlev yapar. Organolityum bileşikleri, lityum metal ve alkil halojenürlerden hazırlanır. ⓘ

Organik bileşikleri hazırlamak için reaktif olarak birçok başka lityum bileşiği kullanılır. Bazı popüler bileşikler arasında lityum alüminyum hidrit (LiAlH₄), lityum trietilborohidrit, n-bütillityum ve tert-bütillityum bulunur. ⓘ

Lityumu yakıt olarak kullanarak torpido fırlatılışı ⓘ

Askeri

Metalik lityum ve Li[AlH₄] gibi kompleks hidritleri, roket itici gazlarına yüksek enerjili katkı maddesi olarak kullanılır. Lityum alüminyum hidrit tek başına katı yakıt olarak da kullanılabilir. ⓘ

Mark 50 torpido depolanmış kimyasal enerji tahrik sistemi (SCEPS), bir katı lityum bloğu üzerine püskürtülen küçük bir sülfür heksaflorür tankı kullanır. Reaksiyon ısı üreterek kapalı bir Rankine çevriminde torpidoyu itmek için buhar oluşturur. ⓘ

Lityum-6 içeren lityum hidrit termonükleer silahlarda kullanılır ve burada bombanın füzyon aşaması için yakıt görevi görür. ⓘ

Nükleer silahlar

Lityum-6, trityum üretimi için bir kaynak malzeme ve nükleer füzyonda bir nötron emici olarak değerlidir. Doğal lityum, nükleer silahlarda kullanılmak üzere izotop ayrıştırma yoluyla büyük miktarlarda lityum-6 üretilen yaklaşık %7,5 lityum-6 içerir. Lityum-7 nükleer reaktör soğutucularında kullanılmak üzere ilgi görmüştür. ⓘ

Lityum döterid Castle Bravo nükleer cihazında yakıt olarak kullanılmıştır. ⓘ

Lityum döterid, hidrojen bombasının ilk versiyonlarında tercih edilen füzyon yakıtıydı. Nötronlar tarafından bombalandığında, hem ⁶Li hem de ⁷Li trityum üretir - hidrojen bombaları ilk kez test edildiğinde tam olarak anlaşılamayan bu reaksiyon, Castle Bravo nükleer testinin kaçak veriminden sorumluydu. Trityum, elde edilmesi nispeten kolay olan bir füzyon reaksiyonunda döteryum ile birleşir. Ayrıntıları gizli kalsa da, lityum-6 döteryum görünüşe göre modern nükleer silahlarda füzyon malzemesi olarak hala bir rol oynamaktadır. ⓘ

Lityum florür, lityum-7 izotopu bakımından yüksek oranda zenginleştirildiğinde, sıvı florür nükleer reaktörlerinde kullanılan LiF-BeF₂ florür tuzu karışımının temel bileşenini oluşturur. Lityum florür kimyasal olarak son derece kararlıdır ve LiF-BeF₂ karışımları düşük erime noktalarına sahiptir. Buna ek olarak, ⁷Li, Be ve F, bir nükleer fisyon reaktörü içindeki fisyon reaksiyonlarını zehirlemeyecek kadar düşük termal nötron yakalama kesitlerine sahip birkaç nüklit arasındadır. ⓘ

Kavramsallaştırılmış (varsayımsal) nükleer füzyon enerji santrallerinde lityum, yakıt olarak döteryum ve trityum kullanan manyetik olarak sınırlandırılmış reaktörlerde trityum üretmek için kullanılacaktır. Doğal olarak oluşan trityum son derece nadirdir ve reaksiyona giren plazmayı lityum içeren bir 'battaniye' ile çevreleyerek sentetik olarak üretilmelidir; burada plazmadaki döteryum-trityum reaksiyonundan gelen nötronlar daha fazla trityum üretmek için lityumu parçalayacaktır:

⁶Li + n → ⁴He + ³H. ⓘ

Lityum ayrıca alfa parçacıkları veya helyum çekirdekleri için bir kaynak olarak kullanılır. ⁷Li hızlandırılmış protonlar tarafından bombardıman edildiğinde ⁸Be oluşur ve bu da neredeyse hemen iki alfa parçacığı oluşturmak üzere fisyona uğrar. O zamanlar "atomu bölmek" olarak adlandırılan bu başarı, tamamen insan yapımı ilk nükleer reaksiyondu. Cockroft ve Walton tarafından 1932 yılında üretilmiştir. ⓘ

2013 yılında ABD Hükümeti Sorumluluk Ofisi, 100 Amerikan nükleer reaktöründen 65'inin çalışması için kritik olan lityum-7 eksikliğinin "elektrik sağlamaya devam etme kabiliyetlerini bir miktar riske attığını" söyledi. Castle Bravo, lityum-7'yi ilk olarak sadece 10 ton ağırlığındaki ilk cihazı Shrimp'te kullanmış ve Bikini Atolü'nde büyük bir nükleer atmosferik kirlenme yaratmıştı. Bu belki de ABD nükleer altyapısının gerilemesini açıklamaktadır. Lityum-6'yı lityum-7'den ayırmak için gereken ekipman çoğunlukla bir soğuk savaş kalıntısıdır. ABD bu makinelerin çoğunu 1963 yılında, çoğunlukla yirminci yüzyılda tüketilen büyük bir ayrıştırılmış lityum fazlasına sahipken kapattı. Raporda, lityum-6'yı lityum-7'den ayırma yeteneğini yeniden tesis etmenin beş yıl ve 10 milyon ila 12 milyon dolar alacağı belirtildi. ⓘ

Lityum-7 kullanan reaktörler suyu yüksek basınç altında ısıtır ve ısıyı korozyona eğilimli ısı eşanjörleri aracılığıyla aktarır. Reaktörler, fazla nötronları emmesi için suya eklenen borik asidin aşındırıcı etkilerine karşı koymak için lityum kullanmaktadır. ⓘ

Tıp

Lityum tuzları bipolar bozukluk tedavisinde, duygu durum dengeleyici olarak kullanılır. Lityumun bu etkisi 1949 yılında Avustralyalı psikiyatr John Cade tarafından belgelenmiştir. FDA, 1970 yılında lityumun etkili bir ilaç olarak tanındığını duyurmuştur. ⓘ

Lityumun hem depresyon hem mani üzerinde etkisi olsa da manik dönem üzerindeki etkisi daha belirgindir. Lityum, depresyon tedavisinde öteki antidepresanların etkisini güçlendirmek için de kullanılmaktadır. ⓘ

Lityum, sindirilmesinin ardından, merkezi sinir sisteminde hızla yayılır ve çeşitli nörotransmitterler ve almaçlarla etkileşir. Norepinefrin salınımını azalttığı ve serotonin sentezini arttırdığı bilinmektedir. Mani üzerindeki etkisini ortaya çıkaran mekanizma bilinmemektedir. ⓘ

Lityum tuzları, şizoaffektif bozukluk ve döngüsel majör depresyon gibi ilgili teşhisler için de yardımcı olabilir. Bu tuzların aktif kısmı lityum iyon Li⁺'tur. Hamileliğin ilk üç aylık dönemindeki tedavi sırasında lityum alan kadınlardan doğan bebeklerde bunlar Ebstein kalp anomalisi gelişme riskini artırabilirler. ⓘ

Baş zonklaması'ında olası tedavi olarak lityum da araştırılmıştır. ⓘ

Önlemler

Lityum ⓘ

Tehlikeler
GHS etiketlemesi:
Piktogramlar
Sinyal kelimesi	Tehlike
Tehlike bildirimleri	H260, H314
Önlem ifadeleri	P223, P231+P232, P280, P305+P351+P338, P370+P378, P422
NFPA 704 (yangın elması)	3 2 2 W

Lityum metali aşındırıcıdır ve cilt temasından kaçınmak için özel işlem gerektirir. Lityum tozu veya lityum bileşiklerinin (genellikle alkalidir) solunması başlangıçta burun ve boğazı tahriş ederken, daha yüksek maruziyet akciğerlerde sıvı birikmesine neden olarak akciğer ödemine yol açabilir. Metalin kendisi bir kullanım tehlikesidir çünkü nemle temas ettiğinde yakıcı lityum hidroksit oluşur. Lityum, nafta gibi reaktif olmayan bileşiklerde güvenli bir şekilde depolanır. ⓘ

İçme Suyunda Lityum ve İlgili Bulgular

Lityum pil

1990 yılında, ABD'nin Texas eyaletinin 28 idari bölümünde (county) içme sularındaki lityum miktarı üzerine bir araştırma yayımlanmıştır. Bu araştırma, içme suyundaki lityum miktarıyla intihar, cinayet ve tecavüz vakalarının negatif korelasyon gösterdiğini destekler veriler sunmuştur. Çalışmaya dahil edilen zaman aralığında, suyundaki lityum miktarı en yüksek bölgelerde, en düşük olan bölgelere kıyasla %40 daha az intihar vakası görülmüştür. ⓘ

2009 yılında Japonya'da, 1 milyon insanın yaşadığı 18 şehri ve 5 senelik bir zaman dilimini kapsayan bir araştırma bu sonuçları desteklemiş. Bunu takiple Avustralya ve Yunanistan'da da bu iddiaları destekler sonuçların elde edildiği araştırmalar yapılmıştır. Bu araştırmanın sahibi araştırmacılar, çok düşük miktarlarda lityuma maruz kalmanın sinir sistemini koruyucu, hatta sinir hücresi gelişimini destekleyici etkilerinin olabileceği fikrini öne sürmüşlerdir. ⓘ

Bu araştırmada kullanılan verilerin tekrar analiziyle yayımlanan ikinci bir araştırmada, içme suyundaki lityum miktarındaki artışın, çalışmada gözlenen ölüm oranlarıyla negatif korelasyon gösterdiği bulgulanmıştır. ⓘ

Bu süreçte, İngiltere'de yapılan bir araştırma, yukarıda anlatılanlara aykırı bir sonuç vermiştir. Fakat bu araştırmaya konu olan bölgede içme sularındaki lityum miktarının, öteki çalışmalara ve ilgili bölgelere kıyasla çok daha düşüktür. ⓘ

İçecek Endüstrisi

"7-Up", piyasaya "Bib-label Lithiated Lemon-Lime Soda" ismiyle sürülmüştür. İçecek, 1950 yılına kadar da lityum sitrat içermiştir. Şehir efsanelerine göre içeceğin ismindeki "7", lityumun atom ağırlığından kaynaklıdır. ⓘ