Λίθιο

Ιστορία

Ο πεταλίτης (LiAlSi₄O₁₀) ανακαλύφθηκε το 1800 από τον Βραζιλιάνο χημικό και πολιτικό Χοσέ Μπονιάθιο ντε Αντράντα ε Σίλβα (José Bonifácio de Andrada e Silva) σε ένα ορυχείο του νησιού Ούτο (Utö) της Σουηδίας. Ωστόσο, μόλις το 1817, ο Γιόχαν Άουγκουστ Άρφβεντσον (Johan August Arfwedson), όταν δούλευε στο χημικό εργαστήριο του χημικού Γιονς Γιάκομπ Μπερζέλιους (Jöns Jakob Berzelius), ανακάλυψε την παρουσία ενός καινούργιου (για τότε) χημικού στοιχείου, καθώς ανέλυε τη σύνθεση του αναφερόμενου ορυκτού. Tο νέο (για τότε) αυτό χημικό στοιχείο σχημάτιζε χημικές ενώσεις με τρόπο παρόμοιο με τα χημικά στοιχεία νάτριο (Na) και κάλιο (K), παρόλο που το ανθρακικό λίθιο (Li₂CO₃) και το υδροξείδιο του λιθίου (LiOH) είναι λιγότερο υδατοδιαλυτά και περισσότερο βασικά.Ο Μπερζέλιους ονόμασε τη (νέα για τότε) βάση (Li₂CO₃) με την ονομασία "lithion/lithina", από την ελληνική λέξη «λίθος», για να θυμίζει την ανακάλυψή του σε ένα στερεό ορυκτό, κατά αναλογία με το κάλιο (Κ, potassium), που είχε ανακαλυφθεί σε φυτικής προέλευσης στάχτη, και το νάτριο (Na, sodium), που ήταν γνωστό εν μέρει για την υψηλή του (σχετικά) περιεκτικότητα στο ζωικό αίμα. Ακόμη, ονόμασε το ίδιο το (νέο για τότε) χημικό στοιχείο «λίθιο» (lithium).
Ο Άρφβεντσον αργότερα απέδειξε ότι το ίδιο χημικό στοιχείο βρίσκεται επίσης στα ορυκτά σποδουμένιο και λεπιδολίτη. To 1818, o Κρίστιαν Γκμέλιν (Christian Gmelin) παρατήρησε πρώτος ότι τα άλατα του λιθίου δίνουν έντονο κόκκινο χρώμα σε φλόγα. Ωστόσο, οι Άρφβεντσον και Γκμέλιν επιχείρησαν να απομονώσουν το ίδιο το στοιχείο από τα άλατά του και απέτυχαν. Μόλις το 1821, ο Ουίλλιαμ Τόμας Μπρέιντ (William Thomas Brande) κατόρθωσε να λάβει στοιχειακό λίθιο με ηλεκτρόλυση (τήγματος) οξειδίου του λιθίου (Li₂O), με μια διεργασία που είχε προηγουμένως εφευρεθεί από τον χημικό Σερ Χάμφρυ Ντέιβυ (Sir Humphry Davy, 1ˢᵗ Baronet) για να απομονώσει δυο άλλα αλκαλιμέταλλα, το κάλιο (K) και το νάτριο (Na). Ο Μπρέιντ επίσης ανακάλυψε σε χημικά καθαρές μορφές κάποια άλατα του λιθίου, όπως το χλωριούχο λίθιο (LiCl), και, εκτιμώντας ότι η «λιθία» [lithia, δηλαδή το οξείδιο του λιθίου (Li₂O)] περιέχει περίπου 55% μέταλλο, εκτίμησε το ατομικό βάρος του λιθίου ότι είναι γύρω στα 9,8 g/mol (με σύγχρονη τιμή περίπου 6,94 g/mol). Το 1855, μεγαλύτερες ποσότητες λιθίου παράχθηκαν μέσω ηλεκτρόλυσης (τήγματος) χλωριούχου λιθίου (LiCl) από τους Ρόμπερτ Μπούνσεν (Robert Bunsen) και Αουγκούστους Μάττιεσεν (Robert Bunsen and Augustus Matthiessen). Η ανακάλυψη αυτής της διεργασίας πλέον οδήγησε στην εμπορική παραγωγή στοιχειακού λιθίου, αρχίζοντας από το 1923, από τη Γερμανική εταιρεία Metallgesellschaft AG, που είχε προηγουμένως βελτιώσει την απόδοση της ηλεκτρόλυσης σχηματίζοντας υγρό μείγμα χλωριούχου λιθίου (LiCl) και χλωριούχου καλίου (KCl).
Η παραγωγή λιθίου οδήγησε σε αρκετές δραστικές αλλαγές στην ιστορία: Η πρώτη κύρια εφαρμογή του λιθίου ήταν η παραγωγή γράσσων υψηλής θερμοκρασίας για κινητήρες αεροσκαφών ή παρόμοιες εφαρμογές κατά τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο και αμέσως μετά. Η εφαρμογή αυτή οφείλεται στην ιδιότητα που έχουν οι σάπωνες λιθίου (δηλαδή τα καρβοξυλικά άλατα λιθίου) να έχουν υψηλότερες θερμοκρασίες τήξης και να είναι λιγότερο διαβρωτικά σε σύγκριση με τους αντίστοιχους σάπωνες ασβεστίου (Ca). Η μικρή αγορά των σαπώνων λιθίου και των λιπαντικών γράσσων υποστηρίχθηκε από αρκετές μικρές εξορυκτικές επιχειρήσεις, κυρίως στις ΗΠΑ.
Η ζήτηση λιθίου αυξήθηκε δραματικά κατά τη διάρκεια του Ψυχρού Πολέμου, με την παραγωγή θερμοπυρηνικών όπλων. Τόσο το λίθιο-6 (⁶Li), όσο και το λίθιο-7 (⁷Li) παράγουν τρίτιο (T), όταν διεγείρονται με νετρόνια, και έτσι είναι χρήσιμα για την παραγωγή του ίδιου του τριτίου, αλλά και σχηματίζουν ένα στερεό καύσιμο πυρηνικής σύντηξης μέσα στις υδρογονοβόμβες με τη μορφή δευτεριούχου λιθίου (LiD). Οι ΗΠΑ έγιναν ο κύριος παραγωγός του λιθίου κατά εκείνη τη χρονική περίοδο, δηλαδή από τα τέλη της δεκαετίας του 1950 ως τα μέσα της δεκαετίας του 1980. Στο τέλος αυτής της περιόδου το απόθεμα λιθίου ήταν περίπου 42.000 τόννοι, στη μορφή του υδροξειδίου του λιθίου (LiOH). Το απόθεμα αυτό αποτελούνταν κατά 75% από λίθιο-6 (⁶Li), που είναι αρκετό για να επηρεάσει το μετρούμενο ατομικό βάρος του λιθίου σε πολλές προτυποποιημένες ενώσεις του, ακόμη και το ατομικό βάρος του λιθίου κάποιων «φυσικών πηγών», από τις οποίες το λίθιο είχε «μολυνθεί» με άλατα λιθίου, με τα οποία γίνεται ανταλλαγή ισοτόπων στις εγκαταστάσεις διαχωρισμού, και τα οποία είχαν βρει το δρόμο τους μέχρι τα υπόγεια ύδατα.
Το λίθιο χρησιμοποιούνταν για την ελάττωση της θερμοκρασίας τήξης του γυαλιού και για να βελτιώνει τη συμπεριφορά τήξης του οξειδίου του αργιλίου (Al₂O₃) όταν χρησιμοποιείται η διεργασία Χαλ-Χέραλτ (Hall-Héroult process). Αυτές οι δυο εφαρμογές κυριαρχούσαν στην αγορά μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του '90. Μετά από το τέλος της κούρσας πυρηνικών εξοπλισμών η ζήτηση λιθίου μειώθηκε και η πώληση των αποθεμάτων του υπουργείου ενέργειας (των ΗΠΑ) στην ανοικτή αγορά μείωσε επιπλέον τις τιμές. Αλλά κατά τα μέσα της ίδιας δεκαετίας, αρκετές εταιρείες άρχισαν την εξόρυξη λιθίου από αλυκές και άλλα (ανοικτά) αποθέματα άλμης, που αποδείχθηκε λιγότερο δαπανηρή μέθοδος από την εξόρυξη από υπόγεια ή έστω επιφανειακής σκαφής ορυχεία. Τα περισσότερα από τα παλαιά ορυχεία έκλεισαν ή εστίασαν τις εργασίες τους στην εξόρυξη άλλων υλικών, καθώς μόνο τα μεταλλεύματα από ζώνες πηγματιτών μπορούσαν να αξιοποιηθούν με ανταγωνιστικό κόστος. Για παράδειγμα, τα ορυχεία των ΗΠΑ κοντά στο Βασιλικό Βουνό (Kings Mountain), στη Βόρεια Καρολίνα έκλεισαν πριν από την αυγή του 21ου αιώνα.
Η αυξημένη ζήτηση για χρήση μπαταριών ιόντων λιθίου έγινε κυρίαρχη το 2007. Με τον «πυρετό» αύξησης στη ζήτηση μπαταριών λιθίου κατά τη δεκαετία του 2000, νέες εταιρίες επέκτειναν τις προσπάθειες εξόρυξης άλμης, για να ικανοποιήσουν την αύξηση της ζήτησης.

Βιολογική

Το λίθιο βρίσκεται σε ιχνοποσότητες σε πολλά φυτά, στο πλαγκτόν και σε ασπόνδυλα, σε συγκεντρώσεις που κυμαίνονται από 69 ως 5.760 ppb. Σε σπονδυλωτά η συγκέντρωσή του λιθίου είναι λίγο μικρότερη, αν και σχεδόν όλοι οι ιστοί και τα σωματικά υγρά των σπονδυλωτών περιέχουν λίθιο σε συγκεντρώσεις που κυμαίνονται μεταξύ 21 και 763 ppb. Οι θαλάσσιοι οργανισμοί τείνουν να βιοσυσσωρεύουν λίθιο περισσότερο από τους οργανισμούς της ξηράς. Δεν είναι γνωστό αν το λίθιο έχει κάποιον φυσιολογικό ρόλο σε αυτούς τους οργανισμούς, αλλά διατροφικές μελέτες σε θηλαστικά έχουν δείξει ότι έχει σημασία η παρουσία του για την υγεία τους, οδηγώντας στην υπόθεση ότι θα πρέπει να θεωρείται ιχνοστοιχείο, με διαιτητική πρόσληψη αναφοράς 1 mg/ημέρα. Έρευνες παρατήρησης στην Ιαπωνία ανέφεραν το 2011 προτείνοντας ότι η φυσική πρόσληψη πόσιμου νερού που περιέχει λίθιο ίσως αυξάνει το προσδόκιμο ανθρώπινης ζωής.

Παραγωγή

Από το τέλος του Δευτέρου Παγκοσμίου Πολέμου η παραγωγή του λιθίου αυξήθηκε κατά πολύ. Το μέταλλο αυτό διαχωρίζεται από άλλα χημικά στοιχεία σε ηφαιστειογενή ορυκτά, όπως αυτά που αναφέρθηκαν παραπάνω. Άλατα λιθίου διαχωρίζονται από το μεταλλικό νερό, που προέρχεται από πηγές, καθώς και από αλυκές ή και από αποθέματα άλμης ή και ορυκτών αλάτων.. Το ίδιο το στοιχειακό λίθιο παράγεται ηλεκτρολυτικά από μίγμα τηγμάτων που περιείχαν 55% χλωριούχο λίθιο (LiCl) και 45% χλωριούχο κάλιο (KCl) στους 450 °C. Το 1998 η τιμή του λιθίου ήταν περίπου 95 $ ΗΠΑ/kg.
Τα ταυτοποιημένα παγκόσμια αποθέματα λιθίου το 2008 εκτιμήθηκαν από τη Γεωλογική Υπηρεσία των ΗΠΑ (US Geological Survey) σε 13 εκατομμύρια τόνους, αν και είναι εξαιρετικά δύσκολο να εκτιμηθούν με ακρίβεια τα πραγματικά παγκόσμια αποθέματα λιθίου.οπότε κάποιοι προέβλεψαν ότι θα έχουμε στο μέλλον «πυρετό λιθίου», όπως είχαμε στο παρελθόν «πυρετό χρυσού», καθώς τα προηγούμενα αποθέματα θα έχουν εξαντληθεί. Προς το παρόν, τα (μεγαλύτερα γνωστά) αποθέματα λιθίου βρίσκονται στη Νότια Αμερική, κατά μήκος της οροσειράς των Άνδεων. Η Χιλή είναι η πρώτη παραγωγός χώρα λιθίου παγκοσμίως. Δεύτερη είναι η Αργεντινή. Και οι δυο αυτές χώρες παίρνουν το λίθιο που παράγουν από αλυκές σε αλμυρές λίμνες. Στις ΗΠΑ το λίθιο επίσης λαμβάνεται από κάποιες αλυκές σε αλμυρές λίμνες στη Νεβάδα. Ωστόσο, το μισό των γνωστών παγκόσμιων αποθεμάτων βρίσκεται στη Βολιβία, μια χώρα που βρίσκεται στην κεντρική ανατολική πλαγιά των Άνδεων. Το 2009 η Βολιβία διαπραγματεύθηκε με Ιαπωνικές, Γαλλικές και Κορεατικές επιχειρήσεις για την έναρξη εξόρυξης λιθίου. Σύμφωνα με τη Γεωλογική Εξερεύνηση των ΗΠΑ (US Geological Survey), η έρημος Σαλάρ Ντε Ουγιούνι της Βολιβίας έχει αποθέματα 5,4 εκατομμυρίων τόνων λιθίου. Ένα απόθεμα λιθίου που ανακαλύφθηκε πρόσφατα βρίσκεται στο Wyoming's Rock Springs Uplift και εκτιμάται ότι περιέχει 228.000 τόνους λιθίου. Επιπλέον αποθέματα στον ίδιο σχηματισμό θεωρήθηκε ότι φθάνουν ως και τους 18 εκατομμύρια τόνους
Μια δυνητική πηγή λιθίου είναι τα γεωθερμικά φρέατα. Τα γεωθερμικά ρευστά μεταφέρουν ξεπλύματα στην επιφάνεια. Η απόκτηση λιθίου από τέτοια φρέατα έχει επιδειχθεί στην πράξη.Καθώς το λίθιο διαχωρίζεται με απλές τεχνικές διήθησης, η διεργασία και τα περιβαλλοντικά κόστη είναι κυρίως αυτά που έχουν τα ήδη λειτουργούντα γεωθερμικά φρέατα. Σχετικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις από μια τέτοια εκμετάλλευση είναι δυνατό να υπάρχουν.
Υπάρχουν διαφορετικές γνώμες για το δυναμικό της ανάπτυξης της παραγωγής λιθίου. Το 2008, μια μελέτη κατέληξε στο συμπέρασμα ότι «...ρεαλιστικά επιτεύξιμη η παραγωγή ανθρακικού λιθίου (Li₂CO₃) μπορεί να είναι ικανοποιητική για μόλις ένα μικρό κλάσμα του μέλλοντος των απαιτήσεων ζήτησης της παγκόσμιας αγοράς... ...η ζήτηση των φορητών ηλεκτρονικών, τομέας που η παραγωγή του σχεδιάζεται να αυξηθεί την επόμενη δεκαετία... ...η μαζική παραγωγή ανθρακικού λιθίου δεν είναι περιβαλλοντολογικά ασφαλής, (αφού) θα προκαλέσει ανεπανόρθωτη βλάβη σε οικοσυστήματα που θα πρέπει να προστατευτούν και η προώθηση με μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι ασύμβατη με την έννοια του «Πράσινου Αυτοκινήτου».».
Ωστόσο, σύμφωνα με άλλη μελέτη του 2011 που έγινε στο Lawrence Berkeley National Laboratory και στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Μπέρκλεϋ συμπεραίνεται ότι προς το παρόν εκτιμάται ότι τα βασικά αποθέματα λιθίου δεν πρέπει να αποτελούν περιοριστικό παράγοντα για τη μαζική παραγωγή οχημάτων με μπαταρίες λιθίου, καθώς (σύμφωνα με τη μελέτη) εκτιμάται ότι μπορούν να παρέχουν ενέργεια της τάξης των 40 τρισεκατομμυρίων Wh, με 1 δισεκατομμύριο μπαταρίες λιθίου των 40 kWh. Μια άλλη μελέτη του 2011 που έγινε από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν και της Ford Motor Company βρήκε ότι τα επιβεβαιωμένα αποθέματα λιθίου μπορούν να υποστηρίξουν την παγκόσμια ζήτηση μέχρι το 2100, περιλαμβάνοντας τη ζήτηση για εν δυνάμει παγκόσμια χρήση των υβριδικών και ηλεκτρικών οχημάτων. Η μελέτη εκτίμησε τα παγκόσμια αποθέματα λιθίου σε 39 εκατομμύρια τόνους και τη συνολική ζήτηση λιθίου κατά την περίοδο των 90 ετών που ανέλυσε σε 12 - 20 εκατομμύρια τόνους, ανάλογα με τα σενάρια που αφορούν την οικονομική ανάπτυξη σε αυτά τα 90 έτη και τους ρυθμούς ανακύκλωσης του χρησιμοποιημένου λιθίου.
Στις 9 Ιουνίου 2014, η δημοσίευση της Financialist, που παράχθηκε από την Credit Suisse Company δήλωσε ότι η ζήτηση για λίθιο μεγαλώνει κατά περισσότερο από 12% ανά έτος και ότι ο ρυθμός αυτός ξεπερνά την αντίστοιχη διαθεσιμότητα κατά 25%. Η έκδοση αυτή σύγκρινε την κατάσταση του 2014 για το λίθιο με αυτήν για το πετρέλαιο, όπου οι υψηλότερες τιμές του άρχισαν να επιτρέπουν την ακριβή απόκτησή του με τεχνικές από αποθέματα κάτω από βαθιές θάλασσες και από πισσούχες άμμους. Με όμοιο τρόπο, η αυξανόμενη τιμή του λιθίου θα ενθαρρύνει πιο ακριβή παραγωγή του, με μεθόδους που μπορούν να αυξήσουν την προσοχή των επενδυτών.

Ατομικές και φυσικές

Όπως και τα άλλα αλκαλιμέταλλα, το λίθιο έχει ένα και μοναδικό ηλεκτρόνιο σθένους, το οποίο μπορεί εύκολα να αποβάλλει, σχηματίζοντας κατιόν. Εξαιτίας αυτού του φαινομένου, το μεταλλικό λίθιο είναι καλός αγωγός τόσο της θερμότητας όσο και του ηλεκτρισμού. Είναι, ακόμη, πολύ δραστικό χημικό στοιχείο, αν και είναι το λιγότερο δραστικό αλκαλιμέταλλο. Η σχετικά μικρότερη δραστικότητα του λιθίου, σε σύγκριση με τα υπόλοιπα αλκαλιμέταλλα, οφείλεται στο γεγονός ότι το μοναδικό ηλεκτρόνιο σθένους του βρίσκεται πολύ κοντά στον πυρήνα του ατόμου του, εφόσον μεσολαβούν μόνο τα άλλα δύο (2) εσωτερικά του ηλεκτρόνια, που έχουν πολύ μικρότερη ενέργεια και δε συμμετέχουν σε χημικούς δεσμούς.
Το μεταλλικό λίθιο είναι αρκετά μαλακό για να κοπεί με ένα μαχαίρι. Όταν κόβεται, στο σημείο κοπής έχει ένα αργυρόλευκο χρώμα, που γρήγορα γίνεται γκρίζο, εξαιτίας της οξείδωσης της επιφάνειας από την επαφή με την ατμόσφαιρα. Παρόλο που έχει μια από τα μικρότερες θερμοκρασίες τήξης ανάμεσα σε όλα τα μέταλλα (180 °C) έχει την υψηλότερη θερμοκρασία βρασμού από όλα τα αλκαλιμέταλλα.
Το μεταλλικό λίθο έχει πολύ μικρή πυκνότητα: d = 534 kg/m³, συγκρίσιμη με αυτή του ξύλου πεύκου. Έχει τη μικρότερη πυκνότητα από όλα τα χημικά στοιχεία που είναι στερεά στις συνηθισμένες συνθήκες. Το αμέσως επόμενο σε πυκνότητα χημικό στοιχείο είναι το κάλιο (K), με d = 862 kg/m³. Επιπλέον, αν εξαιρεθούν το ήλιο (He) και το υδρογόνο (H₂), το λίθιο έχει μικρότερη πυκνότητα και από τα υγρά ή υγροποιημένα στοιχεία. Για παράδειγμα, το υγροποιημένο άζωτο έχει d = 808 kg/m³. Το μεταλλικό λίθιο επιπλέει στους ελαφρύτερους υγρούς υδρογονάνθρακες και είναι το ένα από τα τρία (3) μέταλλα που επιπλέουν στο νερό. Τα άλλα δύο (2) είναι το νάτριο (Na) και το κάλιο (K).
Ο συντελεστής θερμικής διαστολής του μεταλλικού λιθίου είναι περίπου διπλάσιος από τον αντίστοιχο του αλουμινίου και περίπου τετραπλάσιος από τον αντίστοιχο του σιδήρου. Έχει τη μεγαλύτερη σχετική θερμοχωρητικότητα 3,58 kJ/(kg·K) από κάθε στερεό χημικό στοιχείο. Για το λόγο αυτό, το μεταλλικό λίθιο χρησιμοποιήθηκε συχνά σε ψυκτικά για εφαρμογές μεταφοράς θερμότητας. Το μεταλλικό λίθιο είναι υπεραγωγός κάτω από τους 400 μK υπό κανονικές συνθήκες, καθώς και σε υψηλότερες θερμοκρασίες, πάνω από 9 K, υπό πολύ υψηλές πιέσεις (>20 GPa). Σε θερμοκρασίες κάτω από 70 K, το μεταλλικό λίθιο, όπως και το μεταλλικό νάτριο, υφίσταται μετασχηματισμούς αλλαγής φάσης χωρίς διάχυση. Στους 4,2 K έχει ένα ρομβοεδρικό κρυσταλλικό σύστημα. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες το κρυσταλλικό του σύστημα μετατρέπεται σε επιφανειακά επικεντρωμένο κυβικό και μετά σε επικεντρωμένο κυβικό. Σε θερμοκρασίες υγροποιημένου ηλίου (4 K) η ρομβοεδρική δομή είναι η επικρατούσα. Πολλαπλές αλλομορφές έχουν αναφερθεί για το λίθιο υπό υψηλές πιέσεις.

Χημικές ιδιότητες

Το λίθιο αντιδρά εύκολα με το νερό, αλλά με αξιοσημείωτα μικρότερη έκλυση θερμικής ενέργειας σε σύγκριση με τα υπόλοιπα αλκαλιμέταλλα. Η αντίδραση σχηματίζει αέριο υδρογόνο και υδροξείδιο του λιθίου (LiOH) σε υδατικό διάλυμα. Εξαιτίας της δραστικότητάς του έναντι του νερού, το μεταλλικό λίθιο συνήθως φυλάσσεται υπό την κάλυψη υδρογονάνθρακα, συχνά βαζελίνης. Παρόλο που τα βαρύτερα αλκαλιμέταλλα μπορούν να αποθηκευθούν σε πιο πυκνά υλικά, όπως το πετρέλαιο, το λίθιο δεν είναι αρκετά πυκνό ώστε να καταβυθιστεί πλήρως σε τέτοια υγρά. Αν εκτεθεί στην ατμοσφαιρική υγρασία, το μεταλλικό λίθιο γρήγορα καλύπτεται από ένα μαύρο στρώμα που αποτελείται από υδροξείδιο του λιθίου (LiOH, άνυδρο και ένυδρο), αζωτούχο λίθιο (Li₃N) και ανθρακικό λίθιο (Li₂CO₃), αποτέλεσμα δευτερογενούς αντίδρασης του προηγούμενα παραγόμενου υδροξειδίου του λιθίου με το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα (CO₂).
Όταν τοποθετούνται πάνω από μια φλόγα, οι ενώσεις του λιθίου δίνουν ένα εντυπωσιακό κόκκινο χρώμα, αλλά όταν καίγονται παρατεταμένα η φλόγα αποκτά έντονο ασημί χρώμα. Το λίθιο μπορεί να αναφλεγεί και καίγεται σε οξυγόνο, όταν εκτίθεται σε νερό ή σε υδρατμούς. Το λίθιο είναι εύφλεκτο, και εν δυνάμει εκρηκτικό όταν εκτίθεται στον αέρα και ιδιαίτερα στο νερό, αλλά είναι το λιγότερο εύφλεκτο από τα αλκαλιμέταλλα. Η αντίδραση λιθίου - νερού, σε κανονικές θερμοκρασίες, είναι έντονη, αλλά όχι βίαιη, και το παραγόμενο υδρογόνο δεν αυτοαναφλέγεται. Όπως και τα υπόλοιπα αλκαλιμέταλλα, αν αναφλεγεί το μεταλλικό λίθιο είναι δύσκολο να κατασβηστεί, απαιτώντας για το σκοπό αυτό πυροσβεστικό υλικό ξηρής σκόνης (Class D type). Το λίθιο είναι το μοναδικό μέταλλο που αντιδρά με το άζωτο υπό κανονικές συνθήκες. 
Το λίθιο έχει «διαγώνια σχέση» με το μαγνήσιο, ένα χημικό στοιχείο με παρόμοια ατομική και ιονική ακτίνα με το λίθιο. Οι χημικές αντιστοιχίες ανάμεσα στα δυο μέταλλα περιλαμβάνουν ένα νιτρίδιο με αντίδραση με το άζωτο, το σχηματισμό ενός οξειδίου (Li₂O) και ενός υπεροξειδίου (Li₂O₂), όταν καίγονται με οξυγόνο, άλατα με παρόμοιες διαλυτότητες, και θερμική αστάθεια στα ανθρακικά άλατά τους και στα νιτρίδια. Το μεταλλικό λίθιο αντιδρά με το αέριο υδρογόνο σε υψηλές θερμοκρασίες, παράγοντας υδρίδιο του λιθίου (LiH).
Άλλες γνωστές δυαδικές ενώσεις του λιθίου περιλαμβάνουν τα αλογονίδιἀ του [ φθοριούχο λίθιο (LiF), χλωριούχο λίθιο (LiCl), βρωμιούχο λίθιο (LiBr), ιωδιούχο λίθιο (LiI)], το θειούχο λίθιο (Li₂S), το σουπεροξείδιο του λιθίου (LiO₂) και το καρβίδιο του λιθίου (Li₂C₂), Πολλές άλλες ανόργανες ενώσεις του λιθίου είναι γνωστές, όπου τα κατιόντα λιθίου συνδυάζονται με διάφορα ανιόντα σχηματίζοντας διάφορα άλατα: βορικά, αμίδια, ανθρακικά, νιτρικά ή το λιθιοβοριοϋδρίδιο (LiBH₄). Πολλά οργανολιθιακά αντιδραστήρια είναι επίσης γνωστά, όπου (σε ορισμένα) υπάρχει απευθείας δεσμός C-Li, σχηματίζοντας ένα καρβανιόν. Τα τελευταία είναι ιδιαίτερα ισχυρές βάσεις και πυρηνόφιλα. Σε πολλές από αυτές τις οργανολιθιακές ενώσεις, τα κατιόντα λιθίου τείνουν να συγκεντρώνονται μεταξύ τους, σε συγκροτήματα υψηλής συμμετρίας, που είναι σχετικά συνηθισμένα ανάμεσα στα κατιίντα των αλκαλιμετάλλων. Το ηλιούχο λίθιο (LiHe), μια πολύ αδύναμη ένωση αλληλεπίδρασης van der Waals, έχει ανιχνευθεί σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. 
Το λίθιο έχει, επίσης, βρεθεί να εμφανίζει σιδηρομαγνητισμό στην αέρια κατάσταση, υπό ορισμένες συνθήκες.

Κεραμικά και γυαλικά

Το οξείδιο του λιθίου (Li₂O) χρησιμοποιείται για τη διεργασία ρευστοποίησης του διοξειδίου του πυριτίου (SiO₂), ελαττώνοντας τη θερμοκρασία τήξης του υλικού, καθώς και το ιξώδες του τήγματος, οδηγώντας σε υαλώματα με βελτιωμένες φυσικές ιδιότητες, που περιλαμβάνουν χαμηλές συνέπειες από τη θερμική διαστολή. Το οξείδιο του λιθίου είναι συστατικό (πυρίμαχων) σκευών για ψήσιμο σε φούρνο. Παγκοσμίως, αυτή είναι η μεγαλύτερη εφαρμογή κατανάλωσης λιθιούχων ενώσεων. Το ανθρακικό λίθιο (Li₂CO₃) γενικά χρησιμοποιείται γι' αυτήν την εφαρμογή, γιατί όταν θερμαίνεται μετατρέπεται σε οξείδιο του λιθίου [με αποβολή διοξειδίου του άνθρακα (CO₂)]

Ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά

Στα τελευταία χρόνια του 20ού αιώνα, χάρη στο υψηλό ηλεκτροδιακό δυναμικό του, το λίθιο έγινε ένα σημαντικό συστατικό των ηλεκτρολυτών και του ενός ηλεκτροδίου μπαταριών. Εξαιτίας της χαμηλής ατομικής μάζας του, έχει υψηλή αναλογία ηλεκτρικού φορτίου - βάρους, όπως και ηλεκτρικής ισχύος - μάζας. Μια τυπική μπαταρία ιόντων λιθίου μπορεί να παράγει περίπου 3 V ανά στοιχείο, σε σύγκριση με τα 2,1 V που παράγει μια μπαταρία μολύβδου (Pb) - οξέος ή τα 1,5 V για μια (ξηρή) μπαταρία στοιχείων ψευδαργύρου (Zn) - άνθρακα (C). Επιπλέον, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι επαναφορτίσιμες και έχουν μεγάλη ενεργειακή πυκνότητα, αλλά δεν πρέπει να συγχέονται με τις μπαταρίες λιθίου, που είναι διαθέσιμες (κυρίως) σε μπαταρίες με το λίθιο ή ενώσεις του ως άνοδο. Άλλες επαναφορτίσιμες μπαταρίες που χρησιμοποιούν λίθιο περιλαμβάνουν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου - πολυμερούς, τις μπαταρίες φωσφορικού λιθιoσιδήρου (LiFePO₄) και τις μπαταρίες νανοσύρματος.

Λιπαντικά

Η τρίτη πιο συνηθισμένη εφαρμογή του λιθίου είναι σε γράσα. Το υδροξείδιο του λιθίου (LiOH) είναι μια ισχυρή βάση και όταν θερμαίνεται μαζί με ένα λίπος παράγει σάπωνα, όπως το στεατικό λίθιο. Οι λιθιούχοι σάπωνες έχουν την ικανότητα να πυκνώνουν τα έλαια και αυτή η ιδιότητα εφαρμόζεται για την παραγωγή υψηλής θεμοκρασίας λιπαντικών γράσων παντός σκοπού.

Μεταλλουργία

Όταν χρησιμοποιείται λίθιο ως ρευστοποιητικό για μεταλλουργικές διεργασίες, το μεταλλικό λίθιο διευκολύνει την τήξη των (άλλων) μετάλλων και εξουδετερώνει τον σχηματισμό οξειδίων, απορροφώντας προσμείξεις. Η ποιότητα της τήξης είναι επίσης σημαντική όταν το ρευστό χρησιμοποιείται για την παραγωγή κεραμικών και γυαλικών. Το λίθιο σχηματίζει κράματα με άλλα μέταλλα όπως το αλουμίνιο (Al), το κάδμιο (Cd), το χαλκό (Cu) και το μαγγάνιο (Mn), εφαρμογή που αξιοποιείται για την παραγωγή τμημάτων αεροσκαφών.

Μπαταρίες

Οι μπαταρίες λιθίου είναι πρωτογενείς μπαταρίες που έχουν λίθιο ως άνοδο. Έχουν εφαρμογή σε μικρές μπαταρίες οικιακής χρήσης μέχρι και σε μπαταρίες αυτοκινήτων ή περονοφόρων. Οι μπαταρίες με βάση το λίθιο είναι επίτευγμα υψηλής τεχνολογίας και έχουν πολλαπλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις κοινές μπαταρίες μολύβδου-οξέος.

Πυροτεχνήματα

Ενώσεις του λιθίου χρησιμοποιούνται ως χρωστικές και οξειδωτές σε κόκκινα πυροτεχνήματα και φωτοβολίδες.

Καθαρισμός αέρα

Το χλωριούχο λίθιο (LiCl) και το βρωμιούχο λίθιο (LiBr) είναι υγροσκοπικά και χρησιμοποιούνται ως ξηραντικά σε ρεύματα αέρα. Το υδροξείδιο του λιθίου (LiOH) και το υπεροξείδιο του λιθίου (Li₂O₂) είναι τα άλατα που χρησιμοποιούνται περισσότερο σε κλειστούς χώρους, όπως τα διαστημόπλοια και τα υποβρύχια, για την απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) και τον καθαρισμό του αέρα, γενικότερα. Το υδροξείδιο του λιθίου απορροφά το διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα σχηματίζοντας ανθρακικό λίθιο (Li₂CO₃): 
Το υδροξείδιο του λιθίου είναι προτιμητέο σε σύγκριση με τα υδροξείδια των υπόλοιπων μετάλλων εξαιτίας του μικρότερου μοριακού βάρους του. Από την άλλη, το υπεροξείδιο του λιθίου, παρουσία υγρασίας, όχι μόνο απορροφά διοξείδιο του άνθρακα, αλλά επιπλέον εκλύει οξυγόνο:
Κάποιες άλλες ενώσεις του λιθίου, όπως για παράδειγμα το υπερχλωρικό λίθιο (LiClO₄) χρησιμοποιείται σε κεριά οξυγόνου, που παρέχουν οξυγόνο σε υποβρύχια. Αυτά τα κεριά μπορεί, επίσης, να περιέχουν μικρές ποσότητες βορίου (B), μαγνησίου (Mg), αλουμινίου (Al), πυριτίου (Si), τιτανίου (Ti), μαγγανίου (Mn) και σιδήρου (Fe).

Οπτική

Το φθοριούχο λίθιο (LiF), όταν αναπτύσσεται τεχνητά ως κρύσταλλος, είναι καθαρό και διαφανές και γι' αυτό χρησιμοποιείται για ειδικές οπτικές εφαρμογές υπερύθρων (IR), υπεριώδους (UV) και υπεριώδους σε κενό (VUV). Έχει έναν από τους μικρότερους δείκτες ανάκλασης και έχει μακρύτερο εύρος μετάδοσης για την από-υπεριώδη ακτινοβολία από τα περισσότερα άλλα συνηθισμένα υλικά. Σκόνη φθοριούχου λιθίου σε καλή κατανομή χρησιμοποιήθηκε για τα δοσίμετρα θερμοφωταυγικής ακτινοβολίας (ThermoLuminescent radiation Dosimetries, TLD), όπου όταν ένα δείγμα του μετρούμενου υλικού εκτεθεί σε τέτοια ακτινοβολία παρέχει κρυσταλλικές ανταύγειες, που όταν θερμανθεί, περιλαμβάνουν ένα γαλαζωπό φως που η πυκνότητά του είναι προαπαιτούμενη για την απορροφώμενη δόση, επιτρέποντας έτσι τη μέτρηση. Το φθοριούχο λίθιο μερικές φορές χρησιμοποιήθηκε σε φακούς εστίασης τηλεσκοπίων.
Το μη γραμμικό νιοβικό λίθιο (LiNbO₃) είναι χρήσιμο σε μη γραμμικές οπτικές εφαρμογές. Χρησιμοποιήθηκε ιδιαίτερα σε τηλεπικοινωνιακά προϊόντα όπως κινητά τηλέφωνα και οπτικούς κωδικοποιητές. Αυτές οι εφαρμογές λιθίου αξιοποιούνται κατά περισσότερο από 60% σε κινητά τηλέφωνα.

Οργανολιθιακές ενώσεις και πολυμερή

Οι οργανολιθιακές ενώσεις χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην παραγωγή πολυμερών και άλλων σημαντικών χημικών. Στη βιομηχανία πολυμερών, που αποτελεί τον κυρίαρχο καταναλωτή αυτών των αντιδραστηρίων, οι αλκυλολιθιακές ενώσεις χρησιμεύουν ως καταλύτες έναρξης στον ανιονικό πολυμερισμό μη ενεργοποιημένων ολεφινών. Για την παραγωγή άλλων χρήσιμων χημικών, οι οργανολιθιακές ενώσεις λειτουργούν ως ισχυρές βάσεις και ως αντιδραστήρια σχηματισμού δεσμών C-C. Οι οργανολιθιακές ενώσεις παράγονται με επίδραση μεταλλικού λιθίου σε αλκυλαλογονίδια (RX):
Πολλές άλλες ενώσεις του λιθίου χρησιμοποιούνται επίσης ως αντιδραστήρια για την παραγωγή οργανικών ενώσεων. Κάποιες πολύ γνωστές από αυτές περιλαμβάνουν το λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄), το λιθιοτριαιθυλοβοριοϋδρίδιο [LiBH(C₂H₅)₃], το (κανονικό) βουτυλολίθιο (C₄H₉Li) και το τριτοταγές βουτυλολίθιο [(CH₃)₃CLi], που συχνά χρησιμοποιούνται ως εξαιρετικά ισχυρές βάσεις, που ενίοτε αποκαλούνται «σουπερβάσεις» (superbases).

Στρατιωτικές εφαρμογές

Το μεταλλικό λίθιο και σύμπλοκα υδρίδιά του, όπως το λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH₄), χρησιμοποιήθηκαν ως υψηλής ενέργειας πρόσθετα σε προωθητικά πυραύλων. Ειδικά το λιθιοαργιλιοϋδρίδιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί και μόνο του ως στερεό καύσιμο.
Η τορπίλη Mark 50 με σύστημα προώθησης αποθηκευμένης χημικής ενέργειας (Stored Chemical Energy Propulsion System, SCEPS) χρησιμοποιεί μια μικρή δεξαμενή εξαφθοριούχου θείου (SF₆), που ψεκάζεται πάνω σε μια μάζα στερεού (μεταλλικού) λιθίου. Ακολουθεί εξώθερμη αντίδραση, της οποίας η παραγόμενη θερμότητα χρησιμοποιείται για την παραγωγή ατμού που προωθεί την τορπίλη σε έναν κλειστό κύκλο Rankine.

Πυρηνικές εφαρμογές

Υδρίδιο του λιθίου που περιέχει λίθιο-6 (⁶Li) χρησιμοποιήθηκε σε υδρογονοβόμβες. Η βόμβα ⁶LiH τοποθετείται γύρω από έναν πυρήνα που περιέχει μια μικρή πυρηνική βόμβα (σχάσης).
Το ⁶Li αξιολογήθηκε ως υλική πηγή για την παραγωγή τρίτιου (³Τ) και ως απορροφητής νετρονίων για πυρηνική σύντηξη. Το φυσικό λίθιο περιέχει περίπου 7,5% ⁶Li από το οποίο μεγάλες ποσότητες ⁶Li παράχθηκαν με ισοτοπικό διαχωρισμό για χρήση τους σε πυρηνικά όπλα. Το ⁷Li κέρδισε το ενδιαφέρον για χρήση ως ψυκτικό πυρηνικού αντιδραστήρα.
Το δευτεριούχο λίθιο (LiD) ήταν καύσιμο πυρηνικής σύντηξης στις πρώιμες εκδόσεις της υδρογονοβόμβας. Όταν βομβαρδίζεται με νετρόνια, τόσο το ⁶Li, όσο και το ⁷Li, παράγουν τρίτιο. Αυτή η αντίδραση, που δεν ήταν πλήρως κατανοητή όταν δοκιμάστηκαν οι πρώτες υδρογονοβὀμβες, ήταν υπεύθυνη για την ανεξέλεγκτη απόδοση κατά την πυρηνική δοκιμή Castle Bravo. Το τρίτιο, με τη σειρά του, αντιδρά με δευτέριο (²D) με αντίδραση πυρηνική σύντηξης, μια αντίδραση που είναι σχετικά εύκολο να επιτευχθεί. Παρόλο που αρκετές λεπτομέρειες παραμένουν απόρρητες, το ⁶LiD ακόμη παίζει κάποιο ρόλο στα σύγχρονα πυρηνικά όπλα, ως καύσιμο πυρηνικής σύντηξης.
Το φθοριούχο λίθιο, όταν εμπλουτίζεται σε υψηλό ποσοστό σε ⁷Li σχηματίζει το βασικό συστατικό μίγματος LiF-BeF₂, που χρησιμοποιείται σε υγρή μορφή στους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Το φθοριούχο λίθιο είναι εξαιρετικά σταθερό χημικά και τα μίγματα LiF-BeF₂ έχουν πολύ χαμηλές θερμοκρασίες τήξης. Επιπλέον, τα νουκλίδια ⁷Li, Be και F είναι ανάμεσα στα λίγα νουκλίδια που παγιδεύουν θερμικά νετρόνια και παρουσιάζουν αρκετά χαμηλή «δηλητηρίαση» των πυρηνικών αντιδράσεων σχάσης μέσα σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα σχάσης.
Σε επινοήσεις για ηλεκτροπαραγωγοί μονάδες πυρηνικής σύντηξης, το λίθιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παραγάγει τρίτιο σε μαγνητικά σφραγισμένους αντιδραστήρες που θα χρησιμοποιούν δευτέριο και τρίτιο ως πυρηνικά καύσιμα. Το φυσικά υπάρχον τρίτιο είναι εξαιρετικά σπάνιο και πρέπει να παράγεται συνθετικά από το γύρω αντιδρών πλάσμα, με ένα κάλυμμα που περιέχει λίθιο, όπου τα νετρόνια από την πυρηνική αντίδραση δευτερίου - τριτίου στο πλάσμα (αυτό) θα επιδρούν στο λίθιο παράγοντας περισσότερο τρίτιο:
Το λίθιο, επίσης, χρησιμοποιήθηκε ως πηγή σωματιδίων α, δηλαδή πυρήνων ηλίου (He). Όταν το ⁷Li βομβαρδίζεται με επιταχυμένα πρωτόνια σχηματίζεται ⁸Be, που διασπάται, με τη σειρά του, σχηματίζοντας δύο (2) σωματίδια α. Αυτή η αντίδραση διαχωρισμού ήταν η πρώτη πλήρως ανθρωπογενής πυρηνική αντίδραση. Συγκεκριμένα, παράχθηκε το 1932 από τους Κόκροφτ (Cockroft) και Γουάλτον (Walton). Βέβαια, πυρηνικές αντιδράσεις με ανθρωπογενώς κατευθυνόμενη πυρηνική μεταστοιχείωση είχαν ήδη επιτευχθεί από το 1917, αλλά απλώς χρησιμοποιώντας φυσικά υπάρχοντα ραδιοϊσότοπα με σωματίδια α.
Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούν λίθιο ως αντίμετρο στις διαβρωτικές επιπτώσεις του βορικού οξέος (H₃BO₃) που προστίθεται στο νερό για να απορροφήσει το πλεόνασμα των νετρονίων.

Ιατρικές εφαρμογές

To λίθιο είναι χρήσιμο για τη θεραπεία της διπολικής διαταραχής. Τα άλατα του λιθίου μπορεί επίσης να είναι χρήσιμα για σχετιζόμενες διαγνώσεις, όπως η σχιζοσυναισθηματική διαταραχή και η κυκλική μείζονα καταθλιπτική διαταραχή. Το ενεργό τμήμα αυτών των αλάτων είναι το κατιόν λιθίου (Li⁺). Ωστόσο, μπορεί να αυξήσουν τον κίνδυνο ανάπτυξης της καρδιακής ανωμαλίας Ebstein στα βρέφη που γεννιούνται από γυναίκες που παίρνουν λίθιο κατά το πρώτο τρίμηνο της κύησης.
Είναι υπό έρευνα πιθανή χρήση λιθίου ως θεραπευτικού μέσου για τους πονοκεφάλους συμπλέγματος.

Προφυλάξεις

Το λίθιο είναι διαβρωτικό και χρειάζεται ειδικό χειρισμό για να αποφευχθεί η επαφή με το δέρμα. Η αναπνοή σκόνης λιθίου ή λιθιούχων ενώσεων (που συχνά είναι αλκαλικές) αρχικά ερεθίζει τη μύτη και το λαιμό, ενώ με υψηλότερα επίπεδα έκθεσης μπορεί να προκαλέσουν συσσώρευση υγρού στους πνεύμονες, που μπορεί να φθάσει ως το πνευμονικό οίδημα. Το ίδιο το μέταλλο είναι επικίνδυνο στο χειρισμό γιατί όταν έρχεται σε επαφή με την υγρασία του αέρα παράγει καυστικό υδροξείδιο του λιθίου. Το μεταλλικό λίθιο αποθηκεύεται με ασφάλεια κάτω από αδρανείς ενώσεις, όπως η νάφθα.

Κανονισμοί ασφαλείας

Κάποιες δικαιοδοσίες περιορίζουν την πώληση μπαταριών λιθίου, που είναι η πιο εύκολα διαθέσιμη πηγή λιθίου στους κοινούς καταναλωτές. Το λίθιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναγωγή της ψευδοεφεδρίνης και της εφεδρίνης σε μεθαμφεταμίνη με την αναγωγική μέθοδο Μπιρτς, που εμπλέκει διαλύματα αλκαλιμετάλλων σε άνυδρη αμμωνία. Η μεταφορά και η αποστολή κάποιων ειδών μπαταριών λιθίου μπορεί να απαγορεύεται σε κάποια είδη μεταφορικών μέσων, στα αεροσκάφη ειδικότερα, επειδή έχουν την ικανότητα απότομης πλήρους αποφόρτισης, όταν βρεθούν σε βραχυκύκλωμα, οδηγώντας σε υπερθέρμανση και σε πιθανή θερμική έκρηξη. Οι περισσότερες μπαταρίες λιθίου καταναλωτικών προϊόντων έχουν προστασία θερμικής υπερφόρτωσης, κατασκευασμένες έτσι ώστε να αποφεύγεται κάποιο τέτοιο ατύχημα, ή σχεδιάζονται με τέτοιον τρόπο ώστε να παρεμποδίζεται η δημιουργία βραχυκυκλώματος. Ωστόσο, κάποια εσωτερικά βραχυκυκλώματα είναι γνωστό ότι αναπτύσσονται εξαιτίας κατασκευαστικών αστοχιών ή βλαβών των μπαταριών που μπορούν να οδηγήσουν σε έντονη θερμική έκρηξη.