ลิเทียม

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

ลิเทียมเป็นโลหะที่เบาที่สุดในบรรดาโลหะทั้งหมด และมีความหนาแน่นเพียงครึ่งเท่าของน้ำ ที่น่าแปลกก็คือ ลิเทียมยังมีคุณสมบัติของโลหะแอลคาไลน์เอิร์ธ ในหมู่ 2 ด้วย ลิเทียมเป็นโลหะสีเงิน อ่อนนิ่มมากจนตัดด้วยมีดคมๆ ได้ ลิเทียมมีคุณสมบัติอย่างโลหะแอลคาไลทั้งปวง นั่นคือ มีวาเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว และพร้อมที่จะสูญเสียอิเล็กตรอนตัวนี้ไปเป็นไอออนบวก ทำให้มีอิเล็กตรอนในระดับชั้นพลังงานที่ไม่ครบถ้วน เนื่องจากกรณีดังกล่าว ทำให้ลิเทียมทำปฏิกิริยาในน้ำได้ง่าย และไม่ปรากฏโดยอิสระในธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ลิเทียมยังถือว่าทำปฏิกิริยายากกว่าโซเดียม ซึ่งมีคุณสมบัติทางเคมีที่คล้ายกัน

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

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

เนื่องจากความร้อนจำเพาะที่สูง (มากทีสุดในบรรดาของแข็งใดๆ) ทำให้มีการใช้ลิเทียมในการถ่ายเทความร้อน นอกจากนี้ยังใช้เป็นโลหะขั้วแอโนดของแบตเตอรีที่สำคัญ ทั้งนี้เพราะศักย์ทางไฟฟ้าเคมีที่สูงนั่นเอง ขณะเดียวกัน การที่มีน้ำหนักแห้งกว่าเซลล์มาตรฐานทั่วไป แบตเตอร์รีเหล่านี้จึงให้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า (3 โวลต์ ขณะที่แบตเตอรีแบบอื่นให้แรงดัน 1.5 โวลต์) การใช้งานอื่นๆ ได้แก่สารเพทาไลต์ (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 (SiO) ที่เขาวิเคราะห์ในช่วงที่ทำการสำรวจตามปกติจากแร่บางอย่างในเหมืองแห่งหนึ่งของเกาะอูโทของประเทศสวีเดน และเมื่อ ค.ศ. 1818 คริสเตียน กเมลิน (Christian Gmelin) นับเป็นบุคคลแรกที่ได้สังเกตเห็นว่าเกลือลิเทียมจะให้เปลวไฟสีแดงเข้ม อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองพยายามที่จะแยกธาตุออกจากเกลือดังกล่าว แต่ก็ไม่ประสบความสำเร็จ

การแยกธาตุลิเทียมยังไม่ประสบผลสำเร็จ 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 ขณะที่โลหะอัลคาไลอื่นๆ ทั่วไป ค้นพบเป็นครั้งแรกจากเนื้อเยื่อของพืช

ในโลกของเรามีลิเทียมแพร่หลายกว้างไกล แต่ไม่ปรากฏในธรรมชาติในรูปอิสระ เพราะความสามารถทำปฏิกิริยาที่สูงมาก จึงมักพบเป็นส่วนประกอบกับธาตุชนิดอื่น หรือสารประกอบอื่นๆ ลิเทียมเป็นส่วนประกอบย่อยของหินอัคนีแทบทุกชนิด และยังพบในแอ่งน้ำกร่อนในธรรมชาติจำนวนมากด้วย ลิเทียมนับเป็นธาตุที่พบได้มากเป็นอันดับที่ 31 โดยมีอยู่มากในแร่ต่างๆ เช่น สปอดูมีน, เลปิโดไลต์ และแอมบลิโกไนต์ ในเปลือกโลกยังมีลิเทียมเป็นส่วนประกอบถึง 65 ส่วนต่อล้านส่วน (ppm)
นับตั้งแต่สิ้นสุด สงครามโลกครั้งที่สอง มีการผลิตลิเทียมเพิ่มขึ้นสูงมาก โลหะชนิดนี้ถูกแยกจากธาตุอื่นๆ ในหินอัคนี และยังถูกสะกัดออกจากน้ำในน้ำพุแร่ต่างๆ แร่สำคัญๆ ที่มีลิเทียมเป็นส่วนประกอบได้แก่ เลปิโดไลต์, สปอดูมีน, เปทาไลต์, และแอมบลิโกไนต์ 
ใน สหรัฐอเมริกามีการค้นพบลิเทียมในแอ่งน้ำกร่อย ในรัฐเนวาดา ทุกวันนี้ลิเทียมที่ผลิตขึ้นในเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ขุดได้มาจากแหล่งน้ำกร่อยในประเทศชิลี โลหะชนิดนี้ (ซึ่งมีสีเงิน เช่นเดียวกับโซเดียม โพแตสเซียม และโลหะอัลคาไลอื่นๆ) ถูกผลิตขึ้นด้วยการแยกสลายทางไฟฟ้า จากส่วนผสมของโพแตสเซียมคลอไรด์ และลิเทียมที่หลอมละลาย ลิเทียมในรูปโลหะบริสุทธิ์นั้นมีตลาดซื้อขายที่แคบ และข้อมูลด้านราคาก็หายาก เมื่อ ค.ศ. 1998 มีราคาอยู่ที่ 43 ดอลลาร์สหรัฐ ต่อน้ำหนัก 1 ปอนด์ (หรือ 95 ดอลลาร์สหรัฐ ต่อน้ำหนัก 1 กิโลกรัม) ประเทศชิลีนับเป็นผู้ผลิตโลหะลิเทียมบริสุทธิ์รายใหญ่ของโลกในปัจจุบันเพียงรายเดียว

"การแยก" (* ข้างล่าง) :

แคโทด: formula_1

แอโนด: formula_2

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

ลิเทียม -7 นั้น นับเป็นธาตุเริ่มต้น (primordial elements) ที่เกิดขึ้นในช่วงบิกแบง (Big Bang nucleosynthesis) ไอโซโทปของลิเทียมจะแตกตัวอย่างชัดเจนในกระบวนการทางธรรมชาติที่หลากหลาย ได้แก่ การเกิดแร่ (การตกตะกอนทางเคมี) , เมตาบอลิซึม, การแลกเปลี่ยนไอออน (Li นั้นถูกใช้แทน แมกนีเซียม และ เหล็กในแร่ดินรูปทรงแปดหน้า, โดยที่ Li-6 นั้นมักพบได้มากกว่า Li-7) , การกรองแบบ hyperfiltration และการเปลี่ยนแปลงของหิน