ลิเทียม

ลิเทียม () เป็นธาตุมีสัญลักษณ์ Li และเลขอะตอม 3 ในตารางธาตุ ตั้งอยู่ในกลุ่ม 1 ในกลุ่มโลหะอัลคาไล ลิเทียมบริสุทธิ์ เป็นโลหะที่อ่อนนุ่ม และมีสีขาวเงิน ซึ่งถูกออกซิไดส์เร็วในอากาศและน้ำ
ลิเทียมเป็นธาตุของแข็ง ที่เบาที่สุด และใช้มากในโลหะผสมสำหรับการนำความร้อน ในแบตเตอรี่ไฟฟ้า ถ่านไฟฉายและเป็นส่วนผสมในยาบางชนิดที่เรียกว่า "mood stabilizer"

คุณลักษณะพื้นฐาน 
ลิเทียมเป็นโลหะที่เบาที่สุดในบรรดาโลหะทั้งหมด และมีความหนาแน่นเพียงครึ่งเท่าของน้ำ และลิเทียมยังมีคุณสมบัติของโลหะแอลคาไลน์เอิร์ธ ในหมู่ 2 ด้วย ลิเทียมเป็นโลหะสีเงิน อ่อนนิ่มมากจนตัดด้วยมีดที่คมได้ ลิเทียมมีคุณสมบัติอย่างโลหะแอลคาไลทั้งหมด นั่นคือ มีวาเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว และสามารถสูญเสียอิเล็กตรอนตัวนี้ไปเป็นไอออนบวก ทำให้มีอิเล็กตรอนในระดับชั้นพลังงานที่ไม่ครบถ้วน เนื่องจากกรณีดังกล่าว ทำให้ลิเทียมทำปฏิกิริยาในน้ำได้ง่าย และไม่ปรากฏโดยอิสระในธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ลิเทียมยังถือว่าทำปฏิกิริยายากกว่าโซเดียม ซึ่งมีคุณสมบัติทางเคมีที่คล้ายกัน

เมื่ออังลิเทียมไว้เหนือเปลวไฟ มันจะให้สีแดงเข้มออกมา แต่เมื่อเผาไหม้โดยตรง เปลวไฟจะเป็นสีขาวสว่างจ้า โลหะลิเทียมจะติดไฟและไหม้เมื่อกระทบกับออกซิเจนและน้ำ นอกจากนี้ยังนับเป็นโลหะเพียงชนิดเดียวที่ทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนที่อุณหภูมิห้อง ลิเทียมนั้นมีความจุความร้อนจำเพาะที่ 3,582 J/(kg·K) และมีช่วงอุณหภูมิที่กว้างเมื่ออยู่ในรูปของเหลว ซึ่งทำให้เป็นสารเคมีที่มีประโยชน์ใช้งานได้

ลิเทียมที่อยู่ในรูปโลหะบริสุทธิ์จะติดไฟได้ง่ายและระเบิดได้ค่อนข้างง่าย เมื่อแตะกับอากาศ และโดยเฉพาะกับน้ำ ไฟจากลิเทียมนั้นดับได้ยาก ต้องอาศัยสารเคมีเฉพาะที่ผลิตมาสำหรับการดับไฟนี้โดยตรง สำหรับโลหะลิเทียมยังสึกกร่อนง่าย และต้องจับต้องอย่างระมัดระวังเป็นพิเศษ เพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงกับผิวหนัง การเก็บรักษาควรเก็บไว้ในรูปของสารประกอบที่ไม่ทำปฏิกิริยา เช่น แนพธา (naphtha) หรือไฮโดรคาร์บอน สารประกอบลิเทียมนั้นไม่มีบทบาทเชิงชีววิทยาในธรรมชาติ และถือว่าเป็นพิษพอสมควร เมื่อใช้เป็นยา จะต้องคอยตรวจสอบอย่างระมัดระวัง เพราะลิเทียมไอออน (Li+) จะทำให้เลือดมีความเข้มข้นมากขึ้น

การประยุกต์ใช้ 
เนื่องจากความร้อนจำเพาะที่สูงมากที่สุดในบรรดาของแข็งใด ๆ ทำให้มีการใช้ลิเทียมในการถ่ายเทความร้อน นอกจากนี้ยังใช้เป็นโลหะขั้วแอโนดของแบตเตอรีที่สำคัญ ทั้งนี้เพราะศักย์ทางไฟฟ้าเคมีที่สูงนั่นเอง ขณะเดียวกัน การที่มีน้ำหนักแห้งกว่าเซลล์มาตรฐานทั่วไป แบตเตอรีเหล่านี้จึงให้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า (3 โวลต์ ขณะที่แบตเตอรีแบบอื่นให้แรงดัน 1.5 โวลต์) การใช้งานอื่น ๆ ได้แก่

 เกลือลิเทียม เช่น ลิเทียมคาร์บอเนต (Li2CO3) ลิเทียมไซเตรต และ ลิเทียมโอโรเทต ถือเป็น mood stabilizers ที่ใช้ในการบำบัดอาการทางจิต (bipolar disorder) เนื่องจากไม่เหมือนกับยา mood altering อื่น ๆ ส่วนใหญ่ ที่รักษาทั้งอาการคลุ้มคลั่ง และอาการซึมเศร้า นอกจากนี้ลิเทียมยังใช้เพื่อขยายผลยาต้านการซึมเศร้าอื่น ๆ ปริมาณลิเทียมที่ใช้ประโยชน์ได้นี้น้อยกว่าปริมาณที่เป็นพิษเล็กน้อย ด้วยเหตุนี้จึงต้องตรวจสอบระดับลิเทียมในกระแสเลือดอย่างรอบคอบในช่วงการบำบัดรักษา 
 ลิเทียมคลอไรด์ และ ลิเทียมโบรไมด์ นิยมใช้เป็นอุปกรณ์วัดความชื้นที่ดี และมักจะใช้เป็น desiccant
 ลิเทียมสเตียเรต (Lithium stearate) นิยมใช้ทั่วไปสำหรับเป็นสารหล่อลื่นอุณหภูมิสูงอย่างอเนกประสงค์ 
 ลิเทียมเป็นตัวกระทำชนิดอัลลอย ที่ใช้เพื่อสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ 
 ลิเทียมยังใช้เป็นฟลักซ์ เพื่อช่วยในการหลอมของโลหะในช่วงการเชื่อมและบัดกรี นอกจากนี้ยังลดการเกิดออกไซด์ในช่วงที่เชื่อม โดยการดูดซับสิ่งเจือปนไว้ คุณสมบัติการหลอมดังกล่าวยังมีความสำคัญในฐานะเป็นตัวเชื่อมประสาน สำหรับการผลิตเซรามิก วัสดุเคลือบ และเครื่องแก้ว
 บางครั้งมีการใช้ลิเทียมในเครื่องแก้วและเซรามิก รวมทั้งกระจกสำหรับทำกล้องโทรทรรศน์ขนาด 200 นิ้ว ที่ยอดเขาพาโลมาร์ด้วย
 ลิเทียมไฮดรอกไซด์นั้นใช้ดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศในยานอวกาศ และเรือดำน้ำ สำหรับไฮดรอกไซด์ของอัลคาไลอื่น ๆ นั้นจะดูดซับ CO2 ได้ แต่ลิเทียมไฮดรอกไซด์นั้นทำได้มากกว่า เพราะมีน้ำหนักโมเลกุลที่ต่ำกว่า
 มีการใช้อัลลอยของโลหะ ที่มีส่วนผสมของ อะลูมิเนียม แคดเมียม ทองแดง และแมงกานีส เพื่อผลิตชิ้นส่วนอากาศยานที่ต้องการประสิทธิภาพสูง
 ลิเทียมไนโอเบต (Lithium niobate) มีการใช้อย่างกว้างขวางในตลาดเครื่องมือโทรคมนาคม เช่น โทรศัพท์เคลื่อนที่ และมอดูเลเตอร์แสง
 ลิเทียมไนโอเบตแบบสภาพไม่เชิงเส้นสูง ยังเป็นทางเลือกที่นิยมใช้สำหรับการประยุกต์ใช้งานต่าง ๆ แบบไม่เชิงเส้น (non-linear application)
 ลิเทียมดิวเทอไรด์ (Lithium deuteride) ดิวเทอเรียมเป็นไอโซโทปหนึ่งของไฮโดรเจน) เป็นเชื้อเพลิงแบบหลอมตัวในระเบิดไฮโดรเจน เมื่อถูกระดมยิงด้วยนิวตรอน ทั้งลิเทียม -6 และลิเทียม -7 จะผลิตไตรเทียมออกมา ไตรเทียมจะหลอมรวมตัวกับดิวเทอเรียม ในปฏิกิริยาฟิวชั่น ซึ่งทำได้ง่ายกว่า
 ลิเทียมใช้เป็นแหล่งกำเนิด อนุภาคแอลฟา หรือนิวคลีไอของลิเทียม เมื่อนิวคลีไอของลิเทียม -7 ถูกระดมยิงจากโปรตอนที่ถูกเร่ง นิวคลีไอบางตัวของลิเทียมจะแตกสลายเป็นโปรตอน 4 ตัว และนิวตรอน 4 ตัว และทำให้เกิดอนุภาคแอลฟา 2 ตัวด้วย นับเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ครั้งแรกที่มนุษย์สร้างขึ้น โดยฝีมือของคอกรอฟต์ (Cockroft) และวอลตัน (Walton) เมื่อ ค.ศ. 1929
 ลิเทียมไฮดรอกไซด์ (LiOH) เป็นสารประกอบที่สำคัญของลิเทียม ที่ได้มาจากลิเทียมคาร์บอเนต (Li2CO3) นับเป็นเบสที่แรง และเมื่อให้ความร้อนจากไขมัน มันจะทำให้เกิดสบู่ลิเทียมขึ้น สบู่ลิเทียมนี้มีความสามารถทำให้น้ำมันแข็งตัว และด้วยเหตุนี้ จึงนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ เพื่อผลิตจาระบีสำหรับใช้ในการหล่อลื่นเครื่องยนต์
 ลิเทียมไฮดรอกไซด์เป็นสารเคมีที่มีน้ำหนักเบาและมีประสิทธิภาพในการกรองให้อากาศบริสุทธิ์ ในพื้นที่จำกัด เช่น ยานอวกาศ ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์สามารถทำให้เสียสุขภาพหรือเกิดพิษได้ ลิเทียมไฮดรอกไซด์จะช่วยดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศ โดยการเข้าทำปฏิกิริยาและเกิดเป็นลิเทียมคาร์บอเนต
 แบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออนเป็นตัวเก็บพลังงานไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา ทำให้อุปกรณ์ที่เคยใหญ่ มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา พกพาสะดวก รวมถึงมีระยะเวลาใช้งานก่อนจะประจุไฟใหม่ยาวนานขึ้นมาก แบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออนมีความสำคัญต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมรถยนต์ใช้พลังงานไฟฟ้า เช่น รถยนต์ไฮบริด รถยนต์ปลั๊กอินไฮบริด และรถยนต์ไฟฟ้า และยังมีการพยายามนำแบตเตอรีชนิดนี้ไปใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ เช่น ด้านอวกาศ ด้านการทหาร ด้านการไฟฟ้าและสาธารณูปโภค

ประวัติ 
สารเพทาไลต์ (Petalite) ซึ่งมีลิเทียมเป็นส่วนประกอบ ถูกค้นพบเป็นครั้งแรก โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวบราซิล ชื่อโฮเซ โบนิฟาเชียว เด อันดราดา เอ ซิลวา (José Bonifácio de Andrada e Silva) เมื่อปลายคริสต์ทศวรรษ ขณะเดินทางไปยังสวีเดน ส่วนลิเทียมนั้นถูกค้นพบครั้งแรกเมื่อ ค.ศ. 1817 โดย โยฮันน์ อาร์ฟเวดสัน (Johann Arfvedson) โดยเขาได้ค้นพบธาตุชนิดใหม่นี้ในแร่สปอดูมีน (spodumene) และเลปิโดไลต์ (lepidolite) ในสินแร่เพทาไลต์ (petalite) 

LiAl (Si2O5)2 ที่เขาวิเคราะห์ในช่วงที่ทำการสำรวจตามปกติจากแร่บางอย่างในเหมืองแห่งหนึ่งของเกาะอูโทของประเทศสวีเดน และเมื่อ ค.ศ. 1818 คริสเตียน กเมลิน (Christian Gmelin) เป็นคนแรกที่ได้สังเกตเห็นว่าเกลือลิเทียมจะให้เปลวไฟสีแดงเข้ม นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองพยายามที่จะแยกธาตุออกจากเกลือดังกล่าว แต่ก็ไม่ประสบความสำเร็จ 

การแยกธาตุลิเทียมยังไม่สำเร็จ กระทั่งวิลเลียม โทมัส เบรนด์ (William Thomas Brande) และเซอร์ฮัมฟรีย์ เดวี (Humphrey Davy) ได้ใช้วิธีการแยกสลายด้วยไฟฟ้ากับลิเทียมออกไซด์ เมื่อ ค.ศ. 1818 ต่อมา บุนเสน (Bunsen) และมาทีสเสน (Matiessen) ได้แยกโลหะส่วนใหญ่ออกด้วยการแยกสลายลิเทียมคลอไรด์ด้วยไฟฟ้า เมื่อ ค.ศ. 1855 

สำหรับการผลิตโลหะลิเทียมในเชิงพาณิชย์เพิ่งประสบความสำเร็จ เมื่อ ค.ศ. 1923 โดยบริษัทแห่งหนึ่งของเยอรมนี ชื่อ เมทัลเกเซลชาฟท์ (Metallgesellschaft) ด้วยการใช้วิธีแยกสลายด้วยไฟฟ้าเช่นเดียวกัน แต่ใช้สารตั้งต้นเป็นลิเทียมคลอไรด์ และโพแตสเซียมคลอไรด์ที่หลอมละลาย เมื่อได้ธาตุบริสุทธิ์ออกมา ก็ได้ตั้งชื่อว่า ลิเทียม (กรีก λιθοσ (ลิธอส) หมายถึง หิน) เพราะค้นพบมาจากแร่ ขณะที่โลหะอัลคาไลอื่น ๆ ทั่วไป ค้นพบเป็นครั้งแรกจากเนื้อเยื่อของพืช

การปรากฏ 

ในโลกมีลิเทียมแพร่หลาย แต่ไม่ปรากฏในธรรมชาติในรูปอิสระ เพราะความสามารถทำปฏิกิริยาที่สูงมาก จึงมักพบเป็นส่วนประกอบกับธาตุชนิดอื่น หรือสารประกอบอื่น ๆ ลิเทียมเป็นส่วนประกอบย่อยของหินอัคนีเกือบทุกชนิด และยังพบในแอ่งน้ำกร่อยในธรรมชาติจำนวนมากด้วย ลิเทียมนับเป็นธาตุที่พบได้มากเป็นอันดับที่ 31 โดยมีอยู่มากในแร่ต่าง ๆ เช่น สปอดูมีน เลปิโดไลต์ และแอมบลิโกไนต์ ในเปลือกโลกยังมีลิเทียมเป็นส่วนประกอบถึง 65 ส่วนต่อล้านส่วน (ppm)
 
นับตั้งแต่สิ้นสุด สงครามโลกครั้งที่สอง มีการผลิตลิเทียมเพิ่มขึ้นมาก โลหะชนิดนี้ถูกแยกจากธาตุอื่น ๆ ในหินอัคนี และยังถูกสะกัดออกจากน้ำในน้ำพุแร่ต่าง ๆ แร่สำคัญที่มีลิเทียมเป็นส่วนประกอบได้แก่ เลปิโดไลต์ สปอดูมีน เปทาไลต์ และแอมบลิโกไนต์ 
 
ในสหรัฐอเมริกามีการค้นพบลิเทียมในแอ่งน้ำกร่อย ในรัฐเนวาดา ทุกวันนี้ลิเทียมที่ผลิตขึ้นในเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ขุดได้มาจากแหล่งน้ำกร่อยในประเทศชิลี โลหะชนิดนี้ซึ่งมีสีเงิน เช่นเดียวกับโซเดียม โพแทสเซียม และโลหะอัลคาไลอื่น ๆ ถูกผลิตขึ้นด้วยการแยกสลายทางไฟฟ้า จากส่วนผสมของโพแตสเซียมคลอไรด์ และลิเทียมที่หลอมละลาย ลิเทียมในรูปโลหะบริสุทธิ์นั้นมีตลาดซื้อขายที่แคบ และข้อมูลด้านราคาก็หายาก เมื่อ ค.ศ. 1998 มีราคาอยู่ที่ 43 ดอลลาร์สหรัฐ ต่อน้ำหนัก 1 ปอนด์ (หรือ 95 ดอลลาร์สหรัฐ ต่อน้ำหนัก 1 กิโลกรัม) ประเทศชิลีนับเป็นผู้ผลิตโลหะลิเทียมบริสุทธิ์รายใหญ่ของโลกในตอนนี้เพียงรายเดียว

การแยก (* ข้างล่าง) :

แคโทด: 

แอโนด:

ไอโซโทป 
ลิเทียมที่ปรากฏในธรรมชาตินั้น ประกอบด้วยไอโซโทปที่เสถียร 2 ตัว คือ Li–6 และ Li–7 โดยที่ Li–7 มีอยู่เป็นสัดส่วนที่สูงกว่ามาก (92.5%) สำหรับไอโซโทปกัมมันตรังสีอื่น ๆ 7 ตัวนั้น ตัวที่เสถียรมากที่สุดคือ Li–8 ซึ่งมีค่าครึ่งชีวิต 838 มิลลิวินาที และ Li–9 มีค่าครึ่งชีวิต 178.3 มิลลิวินาที ส่วนไอโซโทปกัมมันตรังสีที่เหลือ มีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 8.6 มิลลิวินาที สำหรับไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตสั้นที่สุด คือ 4Li ซึ่งสลายไปโดยการปลดปล่อยโปรตอน และมีครึ่งชีวิตเพียง 7.58043x10-23 วินาที

ลิเทียม -7 นั้น นับเป็นธาตุเริ่มต้น (primordial elements) ที่เกิดขึ้นในช่วงบิกแบง (Big Bang nucleosynthesis) ไอโซโทปของลิเทียมจะแตกตัวอย่างชัดเจนในกระบวนการทางธรรมชาติที่หลากหลาย  ได้แก่ การเกิดแร่ (การตกตะกอนทางเคมี) เมตาบอลิซึม การแลกเปลี่ยนไอออน (Li นั้นถูกใช้แทนแมกนีเซียม และเหล็กในแร่ดินรูปทรงแปดหน้า โดยที่ Li-6 นั้นมักพบได้มากกว่า Li-7) การกรองแบบ hyperfiltration และการเปลี่ยนแปลงของหิน

อ้างอิง

แหล่งข้อมูลอื่น 
 USGS: ข้อมูลและสถิติ
 WebElements.com - ลิเทียม
 ธาตุลิเทียม

สารประกอบลิเทียม
โลหะแอลคาไล
ธาตุเคมี
ลิเทียม