Litium

Litium, uttal: li't(s)ium (latinskt namn Lithium), är grundämne nummer tre (3) i det periodiska systemet. Litium tillhör gruppen alkalimetaller och har kemiskt tecken Li.

För litium som används i medicinskt syfte, se Litiumbehandling. För andra betydelser, se Lithium.

Litium
Nummer 3 Tecken Li Grupp 1 Period 2 Block s
H ↑ Li ↓ Na Helium ← Litium → Beryllium     [He] 2s1             3Li                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Ren litiummetall, här förvarad i paraffinolja för att förhindra oxidation. Emissionsspektrum
Generella egenskaper
Relativ atommassa	6,94 (6,938–6,997)[1][2] u
Utseende	Silvervit
Fysikaliska egenskaper
Densitet vid r.t.	0,534[3] g/cm3
– flytande, vid smältpunkten	0,512 g/cm3
Aggregationstillstånd	Fast
Smältpunkt	453,65 K (180,5 °C)
Kokpunkt	1 603 K (1 330 °C)
Kritisk punkt	3 220 K (2 946,85 °C) 67 MPa (extrapolerad)
Molvolym	13,02 × 10−6 m³/mol
Värmevärde	−298 J/(kg × K)
Smältvärme	3 kJ/mol
Ångbildningsvärme	147,1 kJ/mol
Specifik värmekapacitet	3 482[4] J/(kg × K)
Molär värmekapacitet	24,86 J/(mol × K)
Ångtryck Tr. (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k Te. (K) 797 885 995 1 144 1 337 1 610
Atomära egenskaper
Atomradie	152 pm
Kovalent radie	128 pm
van der Waalsradie	182 pm
Elektronaffinitet	59,6 kJ/mol
Jonisationspotential	Första: 520,2 kJ/mol Andra: 7 298,1 kJ/mol Tredje: 11 815 kJ/mol (Lista)
Arbetsfunktion	2,9[5] eV
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration	[He] 2s1
e− per skal	2, 1
Kemiska egenskaper
Oxidationstillstånd	+1
Oxider (basicitet)	Li2O (starkt basisk)
Elektronegativitet	0,98 (Paulingskalan) 0,912 (Allenskalan)
Normalpotential	−3,04 V
Diverse
Kristallstruktur	Kubisk rymdcentrerad
Ljudhastighet	6000 m/s
Termisk expansion	46 µm/(m × K) (25 °C)
Värmeledningsförmåga	84,8 W/(m × K)
Elektrisk konduktivitet	10,6 × 106 A/(V × m)
Elektrisk resistivitet	92,8 nΩ × m (20 °C)
Magnetism	Paramagnetisk
Magnetisk susceptibilitet	1,4 × 10−5[6]
Youngs modul	4,9 GPa
Skjuvmodul	4,2 GPa
Kompressionsmodul	11 GPa
Mohs hårdhet	0,6
Brinells hårdhet	5 MPa
Identifikation
CAS-nummer	7439-93-2
EG-nummer	231-102-5
Pubchem	3028194
RTECS-nummer	OJ5540000
Historia
Namnursprung	Från grekiska lithos, ”sten”[7][8]
Upptäckt	Johan August Arfwedson (1817)
Första isolation	William Thomas Brande (1821)
Stabilaste isotoper
Huvudartikel: Litiumisotoper Nuklid NF t1/2 ST SE (MeV) SP 6Li 7,5 % Stabil 7Li 92,5 % Stabil 8Li {syn.} 840,3 ms β− 16,004 8Be 9Li {syn.} 178,3 ms β− + n 11,941 8Be β− 13,606 9Be
Säkerhetsinformation
Säkerhetsdatablad: Sigma-Aldrich
Globalt harmoniserat system för klassifikation och märkning av kemikalier GHS-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: [9] Brandfarlig Frätande
H-fraser	H260, H314
EUH-fraser	EUH014
P-fraser	P223, P231+232, P280, P305+351+338, P370+378, P422
EU-märkning av farliga ämnen EU-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: [9] Brandfarlig (F) Frätande (C)
R-fraser	R14/15, R34
S-fraser	S(1/2), S8, S43, S45
NFPA 704 2 3 2 W
SI-enheter och STP används om inget annat anges.

Litium var det första grundämne som utsattes för en helt artificiell kärnreaktion. John Cockcroft och Ernest Walton bombarderade 1932 Litium-7 kärnor med protoner från en partikelaccelerator. Försöket resulterade i en splittring av Li-kärnorna på ett sådant sätt, att två helium-kärnor bildades.^[10]

Egenskaper

I ren form är litium en silvervit mjuk och smidig metall. Den är hårdast av alkalimetallerna och med den högsta smältpunkten och den högsta kokpunkten. Litium är det lättaste grundämnet som är i fast form vid normal rumstemperatur. Litium har hög elektrisk ledningsförmåga. Metallen oxideras inte i absolut torr luft^[11] men däremot snabbt i vanlig luft och vatten. Ämnet måste därför förvaras i syrefria vätskor som till exempel fotogen eller mineralolja. Om det förvaras i luft överdras det snabbt med ett lager av en blandning av litiumhydroxid (LiOH), litiumkarbonat (Li₂CO₃) och litiumnitrid (Li₃N).^[12] Litiums normalpotential i vattenlösning vid 25 °C för reaktionen Li=Li⁺ + e^- är -3,045 V.^[13]

Metallen är löslig i flytande ammoniak. Lösningen är kraftigt reducerande. I utspädd form är lösningen blå men i koncentrerad form är den metalliskt kopparliknande.^[14]

Litiums utvidgningskoefficient är 0,000 046 K^−1[15].

Litiums färg i låga. Ett test på litium

Vid upphettning i en låga avger litium en karminröd färg på grund av att litiumet lätt joniseras. Den starkaste spektrallinjen finns vid 670,8 nm.^[16]

Isotoper med alla masstal från och med 4 till och med 12 är kända^[15], men endast litiumatomer med masstalen 6 och 7 är stabila.

Förekomst[12]

Litium förekommer i många bergarter, 0,001 7 % av jordskorpan, i havsvatten 1,8 · 10⁻⁵ % (0,18 mg/l), i flodvatten i USA så lite som 3 · 10⁻⁷ % (0,003 mg/l). I mineralkällor kan halterna vara betydligt högre, 0,05…10 mg/liter. Ungefär hälften av allt litium finns i Bolivias saltöken.^[17] Detta gör att litium är det 35:e vanligaste grundämnet i jordskorpan.

Kända hälsokällor med "heligt vatten" innehållande litium finns i Santovka i Slovakien, i Karlovy Vary (Karlsbad) i Tjeckien, i Mariánské Lázně (Marienbad) i Tjeckien och i Vichy i Frankrike.

De industriellt viktigaste mineralen är amblygonit, lepidolit, petalit och spodumen.^[12]

Utvinning

Litiumproduktion (2023) och reserver i ton^[18]

Land	Produktion	Reserver[19]
Argentina	6590	3 600 000
Australien	74 700	6 200 000
Brasilien	2630	390 000
Canada	520	930 000
Chile	38 000	9 300 000
Folkrepubliken Kina	22 600	3 000 000
Portugal	380	60 000
Zimbabwe	1 030	2 800 000
Hela världen	146 000	28 000 000

Tillgången på litium har de senaste åren kommit i blickfånget till följd av råvarans betydelse vid tillverkning av batterier för bland annat datorer och elfordon och behovet ökar för närvarande i snabb takt. Mellan 2022 och 2023 ökade produktionen med hela 23%. Världsproduktionen av litium uppgick år 2023 till cirka 180 000 ton varav Australien, Chile och Kina står för över 90%.^[18] Den ökade efterfrågan på litiumbatterier har lett till ökad prospektering. År 2016 uppskattades världens kända tillgångar till 47 miljoner ton^[20], idag (2024) har den siffran korrigerats till 105 miljoner ton varav Argentina och Bolivia vardera har cirka 22 miljoner ton.^[18]

Utvinningen i just Bolivia är dock ännu obetydlig, mycket till följd av landets mycket svaga ekonomiska och politiska ställning. År 2009 startade en småskalig utvinningsanläggning i departementet Potosí vid Salar de Uyuni, en vattenmättad saltöken 3 700 meter över havet. En trögflytande saltlösning pumpas upp från bottnen och indunstas i grunda bassänger i strandkanten, samma teknik som vid utvinning av havssalt i saliner. Resultatet blir vita kristaller i form av litiumkarbonat, Li₂CO₃, som blir råvara vid framställning av flera andra litiumföreningar samt för renframställning av metallen. Produktionen i detta projekt planerades nå 40 ton litiumkarbonat vid utgången av 2010^{[17][uppföljning saknas]} vilket dock utgör bara någon promille av världsproduktionen.

Framställning ur mineral

Metod 1 från spodumen. Mineralet anrikas genom flotation och upphettas därefter till 1000–1100 °C. Sedan behandlas mineralet med svavelsyra. Därefter kan litiumsulfat lakas ur.
Metod 2 från spodumen eller lepidolit. Mineralet upphettas med kalksten till 900–1000 °C. Därefter kan litiumhydroxid lakas ur.^[21]

Litium i Sverige

I Sverige pågår viss prospektering. Provborrning efter litium gjordes i Västanå utanför Liden, väster om Sundsvall, i början av 2013. Möjliga fynd av tantal och niob bidrog till intresset.^[22] Provborrningarna stoppades emellertid senare under 2013, dels för att prospekteringsbolaget Providence Lithium Resources AB:s arbetsplan enligt Bergsstaten stred mot minerallagen, dels för att bolaget inte underrättat markägarna "på rätt sätt".^[23]

En möjlig fyndighet i Bergby i Gävle kommun undersöks,^[24] provborrning av en yta på närmare 8 000 hektar inleddes i april 2023 och provtagning pågår även i grannområdet Axmarby.^[25]

Litium i Finland

Finland har Europas största kända förekomst av litium i Kaustby, Kronoby och Karlebytrakten i Mellersta Österbotten. En exploatering har diskuterats av Keliber Oy.

Användning

Det finns många användningsområden för litium och dess föreningar:

• Olika legeringar. Litium, i sig mjukt som smör, legerar sig lätt med aluminium, magnesium och bly och gör dessa hårdare.
• Litiumtvålar är bra smörjmedel.
• Elektriska batterier och t.ex. litiumjonbatterier för elbilar. Det mest uppmärksammade exemplet är Tesla Model S. Tesla förlitar sig helt på Litiumjon-batterier i alla sina bilar och har byggt Gigafactory för att producera litiumjonbatterier.
• Mediciner mot bipolär sjukdom. Se Litiumbehandling.
• Spårämne vid spaning efter vattenflöden
• Spårämne med förekomst i låga halter i föda och dricksvatten.
• Litiumfluorid gör glas genomskinligt för ultraviolett strålning (UV), vilket kan utnyttjas för tillverkning av UV-genomsläppliga linser för fotografering i UV-ljus.
• Litiumklorid och litiumbromid (LiCl, LiBr) är starkt vattenupptagande (hygroskopiska) och används i många vetenskapliga sammanhang som torkmedel. Litiumklorid kan även användas som antifrysmedel
• I fusionsvapen, lite oegentligt kallade vätebomber. Under termonukleära förhållanden sönderdelas ⁶Li till tritium ³H, som fusionerar med deuterium, ²H.
• I fusionsreaktorer som en källa till tritium. Väggarna på en tokamak täcks med litium, och neutroner från fusionen omvandlar ⁶Li till ³H som upprätthåller bränslecykeln (D-T-fusion).
• Beståndsdel i raketbränsle
• Litiumperklorat användes inom organisk syntes.
• Litium kan ingå i föreningar som används för att öka viskositeten hos smörjoljor och smörjfetter. Speciell egenskap för litiumsmöjmedel är att de har ett högt viskositetsindex (bibehållna egenskaper inom ett brett temperaturområde, från mycket kallt till mycket varmt).
• Litiumhydrid bildas som ett vitt pulver, när litium utsätts för en 750 °C het vätgas-ström. Om detta pulver blandas med vatten frigörs stora mängder väte (upp till 2,8 m³ per kilogram pulver). Detta gör att litiumhydroxid kan fungera som vätgasackumulator.
• Litiumklorid används i litiumbatterier av den anledningen att atomens elektroner inte vill vara på samma ställe utan är rörlig och skapar spänning.

Historia

Mineralet petalit upptäcktes år 1800 av brasilianaren José Bonifácio de Andrada e Silva i prov från en pegmatit i Utö järnmalmsgruva i Stockholms södra skärgård.^[26] Mineralet analyserades 1817 av Johan August Arfwedson som därvid upptäckte grundämnet litium. Arfwedson arbetade då i laboratoriet hos Jöns Jakob Berzelius. Namnet litium kommer av det grekiska ordet λίθεος [litheos], sten. Litium framställdes i metallisk form först av de engelska kemisterna William Thomas Brande och Humphry Davy år 1818 genom elektrolys av smält litiumoxid.

År 1855 lyckades Robert Wilhelm Bunsen och Augustus Matthiessen renframställa litium genom elektrolys av smält litiumklorid, LiCl, i sådan mängd att metallens egenskaper kunde undersökas.^[27]

Se även

• Periodiska systemet
• Litiumbatteri
• Litiumjonackumulator (Li-jonbatteri)
• Litiumbehandling

Anmärkningar

Referenser

1. Här anges det av IUPAC rekommenderade standardvärdet. Se: Michael E. Wieser, Tyler B. Coplen: Atomic weights of the elements 2009 (IUPAC Technical Report). In: Pure and Applied Chemistry. 2010, S. 1 (doi:10.1351/PAC-REP-10-09-14).
2. IUPAC, Standard Atomic Weights Revised 2013.
3. N. N. Greenwood und A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 97.
4. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
5. Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Rainer Kassing: Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 6: Festkörper. 2. Auflage, Walter de Gruyter, 2005, ISBN 978-3-11-017485-4, S. 361.
6. Robert C. Weast, (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, Seiten E-129 bis E-145. De angivna värdena har här räknats om enligt SI.
7. Royal Society of Chemistry – Visual Element Periodic Table
8. – Online Etymological Dictionary
9. Ur CLP-förordningen gällande CAS-Nr. 7439-93-2 i substansdatabasen GESTIS-Stoffdatenbank hos IFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung) (Kräver JavaScript) (ty, en).
10. Richard T Weidner, Robert L Sells, Allyn and Bacon, Boston 1960.
11. Gunnar Hägg, Allmän och oorganisk kemi, sidan 611, Almqvist & Wiksells, 1963
12. Lenntech
13. Gunnar Hägg, Allmän och oorganisk kemi, sidan 399, Almqvist & Wiksells, 1963
14. Gunnar Hägg, Allmän och oorganisk kemi, sidan 515, Almqvist & Wiksells, 1963
15. PeriodicTable.com
16. Gunnar Hägg, Allmän och oorganisk kemi, sidan 610, Almqvist & Wiksells, 1963
17. Pelling, Jon (26 april 2009). ”Litium är Bolivias vita guld | SvD”. http://www.svd.se/litium-ar-bolivias-vita-guld_7041729. Läst 28 maj 2015.
18. ”Lithium Statistics and Information | U.S. Geological Survey” (på engelska). www.usgs.gov. https://www.usgs.gov/centers/national-minerals-information-center/lithium-statistics-and-information. Läst 9 juni 2024.
19. Bilaga till USGS Mineral Commodity Summaries 2023. Enligt USGS definition omfattar reserven de delar av resursen som det för närvarade är ekonomiskt lönsamt att utvinna.
20. ”Lithium Statistics and Information”. U.S. Geological Survey. 19 november 2017. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/lithium/. Läst 16 december 2017.
21. McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 1997
22. ”Provborrningar efter litium på www.processnet.se 8 maj 2013 (läst 2013-05-08)”. Arkiverad från originalet den 1 februari 2017. https://web.archive.org/web/20170201234200/http://www.processnet.se/alla/provborrningar-efter-litium/. Läst 20 januari 2017.
23. Eva Harström: Provborrningarna efter litium stoppas, på SVT Nyheter Västernorrlands webbplats 22 maj 2013 (läst 2017-12-16)
24. ”Bergby Lithium Project på Leading Edges webbplats”. Arkiverad från originalet den 17 december 2017. https://web.archive.org/web/20171217015007/http://leadingedgematerials.com/bergby-lithium-project/. Läst 16 december 2017.
25. ”Sweden – United Lithium Corp.”. unitedlithium.com. https://unitedlithium.com/sweden/. Läst 9 juni 2024.
26. Per Enghag (2000), "Jordens grundämnen och deras upptäckt. Byggstenar för marken och vattnet - luften och livet", Industrilitteratur, sidan 216, ISBN 91-7548-590-7
27. Lars Finsen

Externa länkar

• Wikimedia Commons har media som rör Litium.
  Bilder & media