لیتیوم، سبک ترین فلز قلیایی خاکی، در دسته عناصر با واکنش پذیری بالا قرار می گیرد و در جدول تناوبی با نماد Li و عدد اتمی ۳ معرفی می شود. این فلز نقره‌ا ی و سفید در دمای اتاق نسبتا نرم بوده و می توان آن را با چاقو برید. لیتیوم نقش برجسته ای در فناوری های نوین ایفا می کند؛ از مشهورترین کاربردهای آن می توان به باتری های لیتیوم یون اشاره کرد که در موبایل، لپ تاپ و خودروهای برقی استفاده می شوند.
همچنین نمک های لیتیوم در داروسازی برای درمان اختلالات دوقطبی به‌کار می روند و در صنایع روان کننده ها و گریس های مخصوص با دمای کاری بالا، جایگاه ویژه ای دارند. نکته مهم در همه این کاربردها، دسترسی به لیتیوم با خلوص مناسب و فرآوری دقیق است تا خواص فیزیکی و شیمیایی مورد نیاز صنایع به‌دقت حفظ شود.
لیتیوم یک فلز قلیایی خاکی با عدد اتمی ۳ و در گروه اول جدول تناوبی قرار دارد. این عنصر در طبیعت به صورت ترکیبات معدنی یافت می شود و هیچگاه به صورت خالص در پوسته زمین تجمع نمی یابد، بلکه در کانی هایی مانند اسپودومن (spodumene) و پیتونیت (petalite) وجود دارد. لیتیوم در مقیاس فراوانی، هفدهمین عنصر فراوان در پوسته زمین است و در منابع آب شور و آب های زیرزمینی برخی مناطق نیز به‌صورت محلول یافت می شود.
در صنعت، لیتیوم از منابع کانی یا آب های شور استخراج شده و پس از تصفیه و تغلیظ، به‌صورت بی کربنات لیتیوم یا هیدروکسید لیتیوم عرضه می شود. این ترکیبات اولیه، ورودی اصلی برای تولید فلز لیتیوم و نمک های تخصصی مورد استفاده در صنایع باتری سازی، شیشه و داروسازی هستند. خواص شیمیایی لیتیوم مانند ظرفیت بالای جذب و آزادسازی یون، کاربرد آن را در سلول های الکتروشیمیایی منحصربفرد می سازد.
لیتیوم در دمای اتاق به‌صورت جامد با ظاهری نقره‌ای سفید و با چگالی ۰٫۵۳ گرم بر سانتی متر مکعب شناخته می شود که کمترین چگالی را در میان فلزات دارد. نقطه ذوب آن در حدود ۱۸۰٫۵ درجه سانتی گراد و نقطه جوش آن ۱۳۱۷ درجه سانتی گراد است. لیتیوم از نظر الکتروشیمیایی بسیار فعال است و واکنش تندی با آب دارد؛ در اثر تماس با آب، هیدروژن تولید می کند و هیدروکسید لیتیوم به‌وجود می آورد.
از نظر الکترونیکی، یک الکترون ظرفیت دارد که باعث می شود به راحتی یون مثبت Li⁺ تشکیل دهد و در سلول های الکتروشیمیایی ظرفیت شارژ و دشارژ بالایی ارائه دهد. لیتیوم در هوا نیز به‌سرعت اکسید می شود و برای نگهداری باید در روغن معدنی یا محیط های خنثی نگهداری شود. ویژگی های مذکور، لیتیوم را به عنصری کلیدی در طراحی آلیاژهای سبک و باتری های با چگالی انرژی بالا تبدیل کرده است.
| ویژگی | مقدار | توضیحات |
|---|---|---|
| نماد شیمیایی | Li | نماد لیتیوم در جدول تناوبی |
| عدد اتمی | 3 | تعداد پروتون‌ها در هسته |
| چگالی | 0٫53 g/cm³ | سبک‌ترین فلز در میان عناصر |
| نقطه ذوب | 180٫5 °C | دمای شروع ذوب شدن |
| نقطه جوش | 1342 °C | دمای تبدیل به گاز |
| ساختار بلوری | مکعب مرکزپر (BCC) | آرایش اتم‌ها در ساختار جامد |
| واکنش با آب | بسیار شدید | تولید هیدروژن و هیدروکسید لیتیوم |
| رسانایی الکتریکی | بالا | فلز رسانای الکتریسیته است |
| رنگ | نقره ای و سفید | سطح فلز در هوا پس از مدتی پوشیده از اکسید لیتیوم می شود |
فلز لیتیوم از نظر مکانیکی بسیار نرم است و ضریب سختی پایینی دارد؛ به طوری که با فشار بسیار کم نیز خم می شود. این فلز در دمای پایین، رسانایی الکتریکی و حرارتی خوبی از خود نشان می دهد. از نظر شیمیایی، لیتیوم در مجاورت هوا یک لایه نازک اکسیدی (Li₂O) تشکیل می دهد که از اکسیداسیون بیشتر آن جلوگیری می کند. این لایه اکسید نازک، مقاومت خوردگی فلز را افزایش می دهد، اما در محیط های مرطوب و اسیدی، لیتیوم به سرعت خورده می شود.
ترکیب با دیگر فلزات مانند آلومینیوم، منیزیم و مس منجر به آلیاژهایی با استحکام بالا و چگالی پایین می شود. این آلیاژها در صنایع خودروسازی و هوافضا برای ساخت قطعات سبک اهمیت دارند. از سوی دیگر، نقطه جوش بالا و ظرفیت گرمایی ویژه کم، لیتیوم را برای کاربرد در انتقال حرارت در برخی سامانه های خنک کننده فضایی مناسب ساخته است.
لیتیوم، فلزی سبک و واکنش‌پذیر با چگالی انرژی بالا، در صنایع مختلف نقشی کلیدی ایفا می‌کند. در ادامه مهم‌ترین کاربردهای این عنصر استراتژیک را به‌صورت فهرست وار مرور می کنیم:
به دلیل چگالی انرژی بالا و عمر چرخه طولانی، یون های Li⁺ در الکترولیت حرکت کرده و جریان الکتریکی پایداری ارائه می کنند؛ این ویژگی باتری های سبک و پرظرفیت را برای موبایل، لپ تاپ و خودروهای برقی ایده آل می سازد.
افزودن اکسید لیتیوم به ترکیب شیشه، نقطه ذوب را کاهش داده و شفافیت و مقاومت حرارتی محصول نهایی را بهبود می بخشد؛ در سرامیک های صنعتی نیز لیتیوم به افزایش استحکام مکانیکی و جلوگیری از ترک خوردگی کمک می کند.
نمک های لیتیوم (مثل لیتیوم کاربونات) به عنوان داروی تثبیت کننده خلق برای بیماران دوقطبی تجویز می شوند؛ توانایی تنظیم انتقال سیناپسی عصبی در مغز باعث کاهش نوسانات خلق و بهبود تعادل شیمیایی می شود.
هیدروکسید لیتیوم و سایر ترکیبات آن در ساخت گریس های با پایداری حرارتی بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون به کار می روند؛ این گریس ها در ماشین آلات سنگین و محیط های با دمای کاری گسترده عملکرد قابل‌اطمینانی دارند.
باتری لیتیومی خودرو در واقع یک بسته باتری قابل شارژ بر پایه فناوری یون لیتیوم است که از سلول های کوچک لیتیوم یون تشکیل می شود و انرژی لازم برای به حرکت درآوردن موتور الکتریکی را فراهم می کند.
نقطه ذوب مناسب و ظرفیت گرمایی ویژه لیتیوم، آن را برای استفاده در مدارهای خنک کننده سیستم های فضایی و تجهیزات انتقال حرارت با وزن سبک بسیار مناسب می سازد.
لیتیوم در باتری های ذخیره ساز خانگی و ایستگاهی با اتصال به پنل های خورشیدی، امکان ذخیره انرژی تجدیدپذیر را فراهم می کند و با چرخه های شارژ و دشارژ متعدد، پایداری شبکه برق را افزایش می دهد.
دو روش اصلی استخراج لیتیوم شامل کانی زدایی از سنگ های معدنی و تغلیظ از آب های شور (brine) است. در روش سنگی، کانی هایی مانند اسپودومن در معادن روباز استخراج می شوند؛ پس از خردایش و جدایش، کانی ها در کوره های دوار احیا و به دی اکسید کربن واکنش می دهند تا بی کربنات لیتیوم به دست آید. در آب های شور، محلول های غنی از لیتیوم در استخرهای تبخیری قرار می گیرند و در اثر تبخیر خورشید، غلظت یون های لیتم افزایش می یابد. سپس با افزودن ترکیبات شیمیایی، لیتیوم به‌صورت نمک لیتیوم کاربونات یا کلرید لیتیوم جداسازی می شود. هر روش مزایا و معایب خود را دارد؛ استخراج از آب شور کم‌هزینه تر است اما به مساحت زیاد نیاز دارد، در حالی که روش کانی زدایی زمان و انرژی بیشتری مصرف می کند.
جمع بندی
لیتیوم، سبک ترین فلز قلیایی خاکی، با ویژگی های فیزیکی و شیمیایی منحصر بفرد خود در صنایع پیشرفته به کار می رود. از اصلی ترین کاربردهای آن می توان به تولید باتری های با چگالی انرژی بالا اشاره کرد که در تکنولوژی موبایل و خودروهای برقی انقلابی ایجاد کرده اند. همچنین لیتیوم در شیشه سازی، سرامیک، داروسازی و آلیاژسازی نقش مهمی دارد. روش های استخراج از سنگ های معدنی و آب های شور، تأمین پایدار این عنصر کمیاب را ممکن می سازد، هرچند نیاز به مدیریت منابع و تکنولوژی های نوین دارد. با توجه به افزایش تقاضای جهانی برای ذخیره سازی انرژی و خودروسازی برقی، بازار لیتیوم رشد قابل توجهی خواهد داشت. برای دستیابی به دیدی کامل در مورد هزینه های تامین مواد اولیه و مقایسه بازارها، می توانید قیمت آهن را نیز بررسی کنید.
سوالات متداول
در دوزهای بالا می‌تواند عوارض عصبی و کلیوی داشته باشد، اما تماس محدود خطر عمده‌ای ندارد.
یون‌های لیتیوم به‌عنوان حامل الکتریکی در الکترولیت، ظرفیت بالا و چگالی انرژی مناسب فراهم می‌کنند.
بله، دسترسی محدود به منابع و نیاز صنایع نوین، لیتیوم را به عنصری استراتژیک و نسبتاً کمیاب تبدیل کرده است.
مرکزآهن، مرجعی تخصصی و به روز برای کسب دانش و اطلاع از آخرین تحولات بازار آهن و فولاد است. با وبلاگ جامع ما، همیشه از آخرین اخبار و اطلاعات این صنعت آگاه باشید.