Lityum
Tarihçe

Petalit (LiAlSi4O10) 1800 yılında Brezilyalı kimyager ve devlet adamı José Bonifácio de Andrada e Silva tarafından İsveç'teki Utö adasındaki bir madende keşfedildi. Ancak 1817 yılına kadar Johan August Arfwedson, o zamanlar kimyager Jöns Jakob Berzelius'un laboratuvarında çalışırken, Petalit cevherini analizinde yeni bir elementin varlığını tespit etti.
Karbonat ve hidroksit daha az suda çözünür ve daha az alkali olmasına rağmen bu element, sodyum ve potasyum'a benzer bileşikler oluşturdu. Bitki küllerinde keşfedilen potasyum ve kısmen hayvan kanındaki bolluğuyla bilinen sodyumun aksine keşfini katı bir mineralde yansıtmak için Berzelius, alkali malzemeye Yunanca λιθoς ("taş" anlamına gelen lithos olarak çevrilmiştir) kelimesinden "lithion/lithina" adını verdi.
Arfwedson daha sonra aynı elementin spodumen ve Lepidolit minerallerinde bulunduğunu gösterdi. 1818'de Christian Gmelin, lityum tuzlarının aleve parlak kırmızı bir renk verdiğini ilk gözlemleyen kişiydi. Bununla birlikte, hem Arfwedson hem de Gmelin, saf elementi tuzlarından ayırmaya çalıştılar ve başaramadılar. Daha önce kimyager Sir Humphry Davy tarafından alkali metaller potasyum ve sodyumu izole etmede kullandığı elektroliz süreciyle, lityum oksit William Thomas Brande'nin elde ettiği 1821 yılına kadar izole edilmemişti. Brande ayrıca klorür gibi bazı saf lityum tuzlarını tanımladı ve lithia'nın (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'te, Robert Bunsen ve Augustus Matthiessen tarafından lityum klorürün elektrolizi yoluyla daha büyük miktarlarda lityum üretildi. Bu yöntemin bulunması 1923'te sıvı lityum klorür ve potasyum klorür karışımının elektrolizini yapan Alman Metallgesellschaft AG şirketi tarafından ticari lityum üretimine yol açtı.
Avustralyalı psikiyatr John Cade, 1949'da mani tedavisinde lityum kullanımını yeniden tanıtması ve yaygınlaştırmasıyla tanınır. Kısa bir süre sonra, 20. yüzyılın ortaları boyunca, lityumun mani ve depresyon Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nde yükselişe geçti.
Lityum üretimi ve kullanımı, tarihte birkaç ciddi değişikliğe uğradı. Lityumun ilk büyük uygulaması, uçak motorları için yüksek-sıcaklık lityum gresleri ve II. Dünya Savaşı'nda ve kısa bir süre sonraki benzer uygulamalardı. Lityum bazlı sabunların diğer alkali sabunlara göre daha yüksek erime noktasına sahip olması ve kalsiyum bazlı sabunlara göre daha az aşındırıcı olması bu kullanımı desteklemiştir. Lityum sabunlarına ve yağlama greslerine olan az talep, çoğu ABD'de olmak üzere birkaç küçük madencilik operasyonuyla desteklendi.
Nükleer füzyon silahları üretimiyle Soğuk Savaş sırasında lityuma olan talep önemli ölçüde arttı. Hem lityum-6 hem de lityum-7, nötronlar tarafından ışınlandığında trityum üretir ve bu nedenle, kendi başına trityum üretiminin yanı sıra lityum döterid şeklinde hidrojen bombalarında kullanılan bir katı füzyon yakıtı biçimi için yararlıdır. ABD, 1950'lerin sonları ile 1980'lerin ortaları arasında başlıca lityum üreticisi haline geldi. Sonunda, lityum stoğu kabaca 42.000 ton lityum hidroksit idi. Depolanan lityum, birçok standartlaştırılmış kimyasalda lityumun ölçülen atomik ağırlığını ve hatta izotop ayırma tesislerinden boşaltılan ve yer altı sularına karışan lityum tuzları tarafından "kontamine olmuş" bazı "doğal kaynaklar"daki lityumun atom ağırlığını etkilemek için yeterli olan lityum-6'da %75 oranında tükendi.
Salar del Hombre Muerto, Arjantin (solda) ve Uyuni, Bolivya (sağda), tuz düzlükleri lityum açısından zengindir. Lityum bakımından zengin tuzlu su, güneş buharlaşma havuzları'na pompalanarak konsantre edilir (soldaki resimde görülebilir).
Lityum, camın erime sıcaklığını düşürmek ve Hall-Héroult işlemi'nde alüminyum oksit'in erime davranışını iyileştirmek için kullanılır. Bu iki kullanım, 1990'ların ortalarına kadar pazara hakim oldu. nükleer silahlanma yarışı sona erdikten sonra, lityuma olan talep azaldı ve enerji stoklarının açık piyasada satılması fiyatları daha da düşürdü. 1990'ların ortalarında, birçok şirket lityumu tuzlu su yeraltı veya açık ocak madenciliğinden daha ucuz bir seçenek olduğunu kanıtladı. Madenlerin çoğu kapandı veya odaklarını diğer malzemelere kaydırdı, çünkü yalnızca bölgelere ayrılmış pegmatitlerden elde edilen cevher rekabetçi bir fiyatla çıkarılabiliyordu. Örneğin, Kuzey Karolina, Kings Mountain yakınlarındaki ABD madenleri 21. yüzyılın başlangıcından önce kapandı.
Lityum iyon pillerin geliştirilmesi, lityum talebini artırdı ve 2007'de baskın kullanım haline geldi. 2000'li yıllarda pillerdeki lityum talebinin artmasıyla birlikte, yeni şirketler artan talebi karşılamak için tuzlu su izolasyonu çalışmalarını büyüttüler.
Yenilenebilir enerjiyle çalışan ve pillere bağımlı bir dünyada lityumun jeopolitik rekabetin ana nesnelerinden biri olacağı tartışıldı, ancak bu bakış açısı, artırılmış üretim için ekonomik teşviklerin gücünü hafife aldığı için de eleştirildi.
Spodumen cevheri, LiAl(SiO3)2, Lityum içeriği nedeniyle ticari 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 Li2CO3 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-