ליתיום

ליתיום (Lithium) הוא יסוד כימי ממשפחת המתכות האלקליות שסמלו הכימי Li ומספרו האטומי 3. ליתיום טהור הוא מתכת רכה וכסופה המגיבה (משותכת) במהירות במגע עם אוויר או מים. זהו היסוד המוצק בטמפרטורת החדר הקל ביותר: צפיפותו 0.53 גרם לסנטימטר מעוקב. משמש בתעשיית סוללות חשמליות, ישומי אלקטרוניקה, ועוד.

ליתיום

בריליום - ליתיום -
H Li Na       3 Li                                                                                                                                                                                                                                                                                           הטבלה המחזורית
נתונים בסיסיים
מספר אטומי	3
סמל כימי	Li
סדרה כימית	מתכות אלקליות
מראה
לבן/אפור כסוף
ליתיום בצנצנת שמן
תכונות אטומיות
משקל אטומי	6.941 u
רדיוס ואן דר ואלס	182 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 1
קונפיגורציה אלקטרונית	1s² 2s¹
דרגות חמצון	1
תכונות פיזיקליות
צפיפות	535 kg/m3
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
נקודת רתיחה	1,615.15K (1,342°C)
נקודת התכה	453.69K (180.54°C)
לחץ אדים	1.63 $\ 10^{-8}$Pa ב-453.7K
מהירות הקול	6,000 מטר לשנייה ב-293.15K
שונות
אלקטרושליליות	0.98
קיבול חום סגולי	3,582 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	10.8 $\ 10^{6}$/m·Ω
מוליכות חום	84.7 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	520.2 kJ/mol
היסטוריה
מגלה	יוהאן אוגוסט ארפודסון
תאריך גילוי	1817
נקרא על שם	אבן (יוונית)

תכונות

להבה נצבעת באדום בנוכחות ליתיום

הליתיום הוא המתכת הקלה ביותר וצפיפותו היא רק 0.53 גרם לסנטימטר מעוקב, בערך מחצית מצפיפות המים. לליתיום החום הסגולי הגבוה ביותר מבין המוצקים. כמו שאר המתכות האלקליות, ליתיום מגיב בקלות עם מים ועם חמצן ואינו נמצא בטבע במצב טהור. עם זאת תגובתו הכימית חלשה משל היסוד נתרן לו מבנה כימי דומה. ליתיום מתכתי בוער בלהבה אדומה (ראו צילום למטה) שמקורה בפליטה אטומית באורך גל -671nm. כאשר מחזקים את הבערה, האש מקבלת צבע לבן בוהק.

לליתיום שני איזוטופים יציבים, ⁶Li ו- ⁷Li, וגם הם בעלי אנרגיית הקשר הנמוכה ביותר מבין כל היסודות היציבים. בגלל אי יציבותו היחסית של אטום הליתיום, שכיחותו ביקום נמוכה יחסית. במערכת השמש 25 מתוך 32 היסודות הראשונים שבטבלה המחזורית שכיחים יותר מליתיום, למרות משקלו האטומי הנמוך.

לפי תאוריות קוסמולוגיות מודרניות, ליתיום היה אחד משלושת היסודות הראשונים שנוצרו אחר המפץ הגדול. ליתיום נוצר ביקום בהיתוך גרעיני בליבות של כוכבים צעירים מסוגים שונים. ריכוזים גבוהים יחסית שלו נצפים בכוכבים מסוג ננס חום בהם הטמפרטורה סלחנית יותר לקשרים הגרעיניים הרופפים יחסית של אטומי הליתיום. בכוכבים מסוג ננס אדום הטמפרטורה גבוהה מלאפשר קיום ליתיום.

תגובה עם מים

כאשר ליתיום פוגש במים, הוא הופך את המים לבסיסיים וגורם לפליטת גז מימן בתהליך:

${\ce {2Li(s) + 2H2O(l) -> H2(g) + 2Li^+(aq) + 2OH^{-}(aq)}}$

התגובה עם המים היא תגובה אקסותרמית הפולטת חום רב, וגורמת לניצוצות בצבע אדום כתום.

אנומליות כימיות של ליתיום

בניגוד למתכות האלקליות האחרות, ליתיום יגיב באוויר עם החנקן (ולא עם החמצן) ויתקבל Li₃N (ליתיום ניטריד) שצבעו כתום, ניטרידים של מתכות אלקליות אחרות אינם יציבים. בחמצן יתקבל ליתיום אוקסיד Li₂O בניגוד למתכות האלקליות האחרות שיתנו בעיקר פר-אוקסידים וסופר-אוקסידים. ליתיום הידרוקסיד LiOH מסיס הרבה פחות מהידרוקסידים של המתכות האלקליות האחרות כדוגמת בסיס הנתרן NaOH (סודה קאוסטית). בחימום, יתפרק LiOH לליתיום אוקסיד Li₂O בניגוד להידרוקסידים של מתכות אלקליות אחרות שיעברו המראה (סובלימציה) בלי להתפרק.

הרבה מהאנומליות של הליתיום נובעות מהיציבות של סריגים יוניים שלו עם אניונים קטנים (אנרגיות סריג גבוהות) בעוד שסריגים של מלחי ליתיום עם אניונים גדולים אינם יציבים בשל האריזה הלא יציבה שנובעת מהפרשי הגודל. כך, למשל, בניגוד לקרבונטים של מתכות אלקליות אחרות (כדוגמת Na₂CO₃ או סודה לכביסה) ליתיום קרבונט אינו יציב תרמית ויתפרק בחימום לליתיום אוקסיד ו CO₂. מאותה סיבה (אנרגיות סריג גבוהות עם אניונים קטנים) לליתיום פלואורי מסיסות נמוכה במים (רק 0.27 גרם למאה מ"ל ב18°C) בהשוואה מלחי הפלואוריד של חבריו לטור המתכות האלקליות. לעומת זאת כשמדובר באניון גדול (כדוגמת פרכלורט) היציבות של המלח נמוכה ליתיום פרכלורט LiClO4 מסיס יותר פי 3–12 (תלוי בממס) ממלח פרכלורט של נתרן.

שימושים

• לליתיום יעילות טובה כאנודה בסוללה מפני שיש לו פוטנציאל אלקטרוכימי גבוה ומפני שהקיבול של סוללת ליתיום ליחידת משקל גבוה (מתכת קלה מאוד). הוא נמנה בין היסודות הקריטיים לטכנולוגיה בגלל חשיבותו במכוניות חשמליות ובמתקנים להפקת אנרגיה ירוקה כגון טורבינות רוח.
• מלחי ליתיום (כמו ליתיום קרבונט - Li₂CO₃, ליתיום ציטרט וליתיום אורוטייט) משמשים כמייצבי מצב-רוח, בטיפול בהפרעה דו-קוטבית (מאניה-דיפרסיה) מכיוון שיש לליתיום השפעות נוגדות דיכאון, אבל בעיקר תועלת במצבי מניה חריפה ולמניעת התלקחויות חוזרות של מניה ודיכאון. לפעמים משמש להגברת ההשפעה של תרופות נוגדות דיכאון בדיכאון מז'ורי (דיכאון רבא).
• ליתיום כלוריד (LiCl) וליתיום ברומיד (LiBr) הם היגרוסקופיים מאוד, ומשמשים לעיתים קרובות כסופחי לחות.
• ליתיום סטארייט משמש כחומר סיכוך בטמפרטורות גבוהות.
• ליתיום משמש גם ביצירת תרכובות אורגניות, ויש לו שימושים גרעיניים.
• ליתיום משמש לעיתים בעדשות וקרמיקה, כולל עדשת הטלסקופ בהר פאלומר (ארצות הברית), שקוטרה 5 מטרים.
• ליתיום הידרוקסיד (LiOH) משמש לספיחת פחמן דו-חמצני מהאוויר בחלליות וצוללות.
• סגסוגות של המתכת עם אלומיניום, קדמיום, נחושת ומנגן משמשות ליצירת חלקים בעל ביצועים גבוהים למטוסים.
• ליתיום אלומיניום הידריד (LiAlH4) משמש כחומר מחזר.
• ליתיום קרבונט ומלחי ליתיום ללא הלוגנים משמשים לזירוז גיבוש בטון עשיר באלומינה.
• ליתיום ברומיד משמש במערכות קירור תעשייתיות.
• ליתיום ניטרט משמש כמעביר חום טוב בגיפור גומי ובמערכות סולאריות.
• הליום ליתיום (HeLi) משמש לסינתזה של דימרי הליום ומגיב עם נחושת ליצירת תרכובת HeLi-Copper.
• ליתיום עשוי להוות בעתיד מקור חשוב ליצירת טריטיום בכורי היתוך גרעיניים לצורך פעולה מתמשכת של היתוך דואטריום-טריטיום.

איזוטופים של ליתיום

סמל	(p)‏Z	(n)‏N	מסה איזוטופית (u)	זמן מחצית חיים	ספין גרעיני	שכיחות האיזוטופ (כשבר מולרי מהיסוד)	טווח השינוי הטבעי (כשבר מולרי מהיסוד)
	התרגשות אנרגטית
	הערות
4Li	‏3	1	4.02719(23)	[MeV ‏6.3] s‏ 10−24‏×(9)91	2-
		דועך באמצעות פליטת פרוטון, יכול להוות שלב ביניים במספר תגובות היתוך גרעיני.
5Li		2	5.01254(5)	[MeV‏ ~1.5] s‏ 10−24‏×(30)370	3/2-
6Li		3	6.015122795(16)	יציב	1+	[0.075899(4)]	0.07714-0.07225
		נחשב לחומר המקור בייצור טריטיום ולקולט נייטרונים בהיתוך גרעיני.
7Li		4	7.01600455(8)	יציב	3/2-	[0.9241(4)]	0.92275-0.92786
8Li		5	8.022487359(10)	ms‏ (9)840.3	2+
9Li		6	9.026789499(21)	ms‏ (4)178.3	3/2-
10Li		7	10.035481(16)	[MeV‏ (3)1.2] s‏ 10−21‏×(5)2	(1-,2-)
10m1Li		keV‏ 200(40)		s‏ 10−21‏×(15)3.7	1+
10m2Li		keV‏ 480(40)		s‏ 10−21‏×(24)1.35	2+
11Li		8	11.043798(21)	ms‏ (14)8.75	3/2-
12Li		9	12.053779(107)#	ns‏ 10>

היסטוריה

היסוד ליתיום זוהה על ידי הכימאי השוודי יוהאן אוגוסט ארפוודסון (Johan August Arfwedson), אז מתמחה במעבדה של ינס יאקוב ברצליוס, ב-1817. ברצליוס קרא בתחילה ליסוד החדש ליתוס (מיוונית: λιθoς - אבן) על מנת לייצג את העובדה שהתגלה לראשונה במינרל, לעומת מתכות אלקליות אחרות שהתגלו לראשונה בצמחים. שמו העברי - "אַבְנַן", ניתן מאותה סיבה. השם שונה אחר כך לליתיום על מנת ליישר קו עם שמות היסודות האחרים.

הפקת ליתיום

גלולות ליתיום

ליתיום לא נמצא בטבע בצורתו החופשית ותמיד קשור ליסוד אחד או יותר. ליתיום נמצא בכמויות קטנות כמעט בכל הסלעים הוולקנים.

ג'ון מ. אדמונד חקר את היקף הליתיום באוקיינוסים וגילה את הקשר בין התחממות כדור הארץ לריכוז הליתיום במאגרי מים.

מאז מלחמת העולם השנייה גברה הפקת הליתיום בעולם. ליתיום מופרד מיסודות אחרים בסלעים וולקנים, ממספר מינרלים וממוצה ממי מעיינות.

בהמשך המאה העשרים הייתה ארצות הברית מפיקת הליתיום המובילה בעולם, כאשר הפיקה ליתיום מבריכות מי-מלח בנבדה – שיטה שהפכה נפוצה להפקה ברחבי העולם – אולם בהדרגה הצטמצם חלקה בשיעור הפקת הליתיום העולמי עד לכדי 1% בשנת 2021.

נכון לשנת 2021 כ־80% מהפקת הליתיום העולמית מקורה בצ'ילה, אוסטרליה וסין. על פי הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה סין מחזיקה ביותר ממחצית מהתשתית העולמית לתשתיות הליתיום, מההפקה ועד לזיקוק[5]. מדינות נוספות בעלות שיעורי הפקה משמעותיים הן ארגנטינה ובוליביה (שיחד עם צ'ילה נמצאות באזור המכונה משולש הליתיום) וכן זימבבואה.

בסוף שנת 2022 זימבבואה אסרה על ייצוא ליתיום גולמי. על פי דובר מטעם הממשלה, זימבבואה עשויה להרוויח 1.7 מיליארד יורו מדי שנה אם הליתיום יעובד לסוללות בתחומי המדינה, במקום לייצא ליתיום גולמי.

במרץ 2023 הודיעה איראן כי גילתה מרבץ המכיל 8.5 מיליון טון ליתיום בהמדאן. אם ההערכה מדויקת, מדובר במאגר הידוע השני בגודלו בעולם.

טיפול תרופתי בליתיום

ערך מורחב – ליתיום (תרופה)

ליתיום הוא תרופת הבחירה לטיפול בהפרעה דו-קוטבית. כ־80% מן המטופלים מגיבים לליתיום. ליתיום עובר פינוי על ידי הכליה, על כן אצל חולי כליות הנוטלים ליתיום וכן אצל אנשים קשישים יש חשיבות מוגברת לניטור רמות התרופה בדם על מנת למנוע הרעלת ליתיום.

ליתיום היא תרופה בעלת טווח תרפויטי צר, ועל כן יש לנטר את רמותיה בדם באופן קפדני על ידי בדיקת דם. המינון הראשוני שניתן בדרך כלל הוא 300 מ"ג*3 פעמים ביום ולאחר מכן בוחנים את העלאת המינון. באופן כללי, יש לבדוק את ריכוז הליתיום בדם כל חודשיים עד חצי שנה. הפסקת התרופה צריכה להיעשות בהדרגתיות על מנת למנוע התקף של מאניה או של דיכאון אצל חולים עם הפרעה דו־קוטבית.

טיפול בליתיום לא ניתן רק להפרעה דו-קוטבית, אלא גם להפרעות פסיכיאטריות נוספות, כגון טיפול נוסף אצל חולי הפרעה סכיזואפקטיבית, צורות מסוימות של סכיזופרניה, טיפול לחולי דיכאון, טיפול במצבים של אגרסיה או במצבים שונים כגון הפרעת אישיות גבולית, בולימיה ומצבים נוספים.

תופעות הלוואי של ליתיום:

• מערכת העיכול – ירידת תיאבון, בחילה, כאבי בטן, עליה במשקל.
• מערכת העצבים – רעד, ירידה קוגניטיבית המתבטאת בתגובה איטית, ליקויי זיכרון.
• כליות – השתנה מרובה (פוליאוריה), שתייה מרובה (פולידיפסיה), תסמונת נפרוטית
• בלוטת התריס – בעיקר תת-פעילות של בלוטת התריס.
• לב – פועל על קשר הגת והפרוזדור (SA node), ולכן אסור לחולים שסובלים מתסמונת הסינוס החולה. יכול להביא לאי-ספיקת לב.
• עור – אקנה, איבוד שיער, פריחה.

הרעלת ליתיום יכולה להיות קשה מאוד ועלולה להתבטא בתופעות נוירולוגיות קשות כגון פרכוסים, רעד, אטקסיה וירידה במצב ההכרה עד כדי קומה, וכן באי-ספיקת כליות חריפה. הרעלה קלה עד בינונית מוגדרת כרמות ליתיום הנעות בין 1.5 ל-2 (meq/L), הרעלה בינונית עד קשה בין 2-2.5, והרעלה קשה היא רמות ליתיום מעל 2.5, המאופיינת בהתכווצויות כלליות, השתנה מועטת ואי-ספיקת כליות, העלולה להביא למוות. הטיפול בהרעלת ליתיום כולל הפסקת הליתיום, החזרת נוזלים ואיזון של האלקטרוליטים, פינוי הליתיום ממערכת העיכול באמצעות חומרים שונים (פוליאתילן גליקול), ובמקרים חמורים ביצוע דיאליזה.

אין לקחת ליתיום במהלך השליש הראשון להריון עקב סיכון למום לבבי מולד. בשאר ההריון יש לקחת מינון נמוך מהרגיל תוך היוועצות ברופא המטפל.

אמצעי זהירות

כמו מתכות אלקליות אחרות, ליתיום טהור מתלקח בקלות כשהוא נחשף לאוויר או מים. מומלץ להימנע ממגע ליתיום מתכתי עם העור, מכיוון שהוא חומר משתך.

בזמן שנלקחים מלחי ליתיום כתרופה, צריך לעקוב אחר ריכוזו בדם על מנת להבטיח השגת רמה מספקת בדם ולמנוע סכנה של הרעלה.

קישורים חיצוניים

• ליתיום ב-USGS (באנגלית)
• ליתיום ב-Webelements (באנגלית)
• חטיבת הליתיום (באנגלית)
• ליתיום, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• ליתיום, דף שער בספרייה הלאומית