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Lithium (Li)
Lithium steht nach den beiden Gasen Wasserstoff und Helium an dritter Stelle im Periodensystem der Elemente. Es hat dementsprechend einen sehr kleinen Atomradius und ist das leichteste Element, das bei Normalbedingungen als Feststoff vorliegt.
Das leichteste Metall
Lithium ist sozusagen der kleine Bruder des Natriums. Es ist das leichteste aller Metalle und ebenfalls so reaktiv, dass es nur als Ion gelöst oder in Verbindungen vorkommt. Es muss unter Ausschluss von Luft aufbewahrt werden, zum Beispiel in einer wasserfreien organischen Flüssigkeit wie Paraffinöl oder Petroleum. Dabei stellt sich jedoch ein Problem: Die Dichte von Lithium ist so gering, dass es auf allen Flüssigkeiten schwimmt! Eine Möglichkeit ist daher, dass man es mit einem Plastikstempel unter die Oberfläche des Öls gedrückt hält.
Lithium ist auf der Erde etwas seltener als beispielsweise Kupfer, aber ein bisschen häufiger als Zinn oder Blei. Der Mensch nimmt geringe Mengen von Lithiumsalzen durch die Nahrung oder das Trinken von Mineralwasser auf, aber Lithium hat keine bekannte lebenswichtige Funktion im Körper. Einige Lithiumverbindungen werden jedoch als Medikamente in der Psychiatrie verwendet, da sie bei bipolaren Störungen und Schizophrenie ausgleichend auf die Stimmung wirken.
Kein Handy-Akku ohne Lithium
Entdeckt wurde Lithium im Jahr 1817 vom schwedischen Chemiker Johan August Arfwedson, als er das Mineral Petalit analysierte. Es enthält kleine Mengen einer Lithiumverbindung. Gewonnen wird Lithium heutzutage aus Petalit und ähnlichen Mineralien, die einen Lithiumgehalt von bis zu 9 % haben können, sowie aus Salzseen, deren Wasser bis zu 0.16% Lithium enthalten kann. Der weltweite Bedarf an Lithium steigt rasch, denn es ist der bedeutendste Bestandteil von Lithium-Ionen-Akkus, die in unseren Smartphones, Laptops und Elektroautos eingesetzt werden. Als negative Elektrode wird in diesen Akkus häufig ein Material auf Graphit-Basis verwendet. Die Struktur von Graphit kann man beschreiben als einen Stapel von „Blättern“ aus Kohlenstoff-Atomen; zwischen diese Blätter schieben sich die kleinen Lithium-Atome. In diesem Material besteht das Lithium dann teilweise aus Li+-Ionen und freien Elektronen. Diese elektrisch geladenen Teilchen können sich beim Laden und Entladen in der Batterie bewegen.
Lithiumkristalle verstärken Glas
Das kleine Lithium-Atom hat auch noch eine weitere wichtige Anwendung: Es bildet mit Aluminium- und Silikatverbindungen winzige Kristalle, welche die Eigenschaften von Glas und glasähnlichen Werkstoffen verbessern. Herdplatten oder Brandschutzgläser aus Glaskeramik enthalten solche Lithiumkristalle, weil diese sich bei Erhitzung zusammenziehen, statt sich auszudehnen wie der Rest des Werkstoffs. So wird verhindert, dass sich die Glasscheibe bei Temperaturschwankungen verformt, Risse bildet und schliesslich zerspringt. Auch für Teleskopspiegel ist lithiumhaltiges Glas äusserst gefragt, da es seine Form behält und deshalb bei allen Umweltbedingungen für präzise Bilder sorgt.
Ein Isotopengemisch
Natürliches Lithium kommt in zwei Isotopen vor, 6Li (3 Protonen, 3 Neutronen) und 7Li (3 Protonen, 4 Neutronen). Das Isotop 6Li ist selten; es macht nur rund 7.5% des natürlichen Lithiums aus. Es wird zur Herstellung von Tritium ("überschwerem Wasserstoff", 3H) verwendet und daher selektiv aus den natürlichen Vorkommen entnommen. Die auf dem Markt erhältlichen Lithiumproben mit Isotopengemischen enthalten daher unterschiedliche Mengen an 6Li, oftmals weniger als 7.5%.