في هذا المقال، سنستعرض الفروقات بين استقرار ذرة الليثيوم وأيون الليثيوم بالإضافة إلى استخداماتها وخصائصها. تُعتبر هذه المقارنة مهمة جدًا، نظرًا لما يتمتع به الليثيوم من أهمية كبيرة في العديد من المجالات.
لا يتواجد الليثيوم في الطبيعة في حالة نقية، بل يرتبط عادةً بذرات أخرى لتكوين مركبات جديدة لها دور فعال في حياتنا. لذا، سنقدم نظرة شاملة على خصائص واستخدامات الليثيوم.
مقارنة بين استقرار ذرة الليثيوم وأيون الليثيوم
- اكتشف الكيميائي يوهان أوغست عنصر الليثيوم.
- وصف الليثيوم بأنه عنصر كيميائي ينتمي إلى المجموعة الأولى في الجدول الدوري، ويرمز له بالرمز Li.
- يعتبر الليثيوم من الفلزات القلوية، حيث يتميز بخفته مقارنة بالعناصر الصلبة، ولون أبيض مع ملمس ناعم ولامع.
- تشكل نسبة الليثيوم تقريبًا 0.002 من قشرة الأرض، مما يتيح إنتاج عدد كبير من مركباته.
- يتواجد الليثيوم عادة في شكل أيون موجب متصل بذرات أخرى، مما يجعله أكثر استقرارًا مقارنةً بذرة الليثيوم، حيث يمكن للمدار الأخير أن يكون مكتملًا ويحتوي على 8 إلكترونات.
- يمكن العثور على الليثيوم في رواسب المياه المالحة وفي خامات البغماتيت مثل الأسبودومين.
- يمكن إنتاج العديد من سبائك الليثيوم عبر التحليل الكهربائي للأملاح المنصهرة، وخاصةً كلوريد الليثيوم، من خلال استخدام مواد المهبط التي تتفاعل مع الليثيوم الذي يترسب.
خصائص الليثيوم
للليثيوم مجموعة من الخصائص الكيميائية والفيزيائية، كالتالي:
الخصائص الكيميائية
- يعتبر الليثيوم وحيد التكافؤ، ويمكن أن يتحول بسهولة إلى كاتيون نشط كيميائيًا، وهو أقل الفلزات القلوية من حيث النشاط الكيميائي، بسبب قرب الإلكترون التكافؤي من النواة.
- يطفو الليثيوم على سطح الماء.
- يتفاعل الليثيوم بشدة مع الماء، مكونًا هيدروكسيد الليثيوم وغاز الهيدروجين.
- تبلغ درجة انصهاره 180.30 سيليسيوس، وعدده الذري 3، بينما تبلغ درجة غليانه 1342 سيليسيوس ووزنه الذري 6.941 وحدة.
- يمكن لليثيوم فقدان إلكترون واحد بسهولة ليصبح أيون الليثيوم المستقر، مما يساعده على تكوين مركبات متعددة تحتوي على الليثيوم.
الخصائص الفيزيائية
- يتميز الليثيوم بكثافته المنخفضة، حيث يعتبر أخف العناصر الصلبة في درجة حرارة الغرفة، إذ تصل كثافته إلى 0.534 غ/سم.
- تُعادل كثافة الليثيوم كثافة خشب الصنوبر.
- يطفو فوق سطح الماء ويعتبر من الفلزات الثلاثة القابلة لذلك، بالإضافة إلى كونه طريًا جدًا ويمكن قطعه بسهولة باستخدام سكين.
- لونه أبيض مائل للفضي قابل للتحول إلى الرمادي نتيجة للأكسدة.
- في الحالة الغازية، يمكن أن يوجد الليثيوم في هيئة أحادية أو ثنائية الذرة.
استخدامات الليثيوم
تتعدد استخدامات الليثيوم بين الكيميائية والبيولوجية، وتشمل ما يلي:
الاستخدامات الكيميائية لليثيوم
- يستخدم الليثيوم في إنتاج المطاط الصناعي، بالإضافة إلى استخدامه في البطاريات بفضل خفته وقدرته الكهروكيميائية الكبيرة.
- يستخدم لإزالة الشوائب وتنظيف العناصر غير المعدنية.
- يدخل في صناعة السبائك.
- يستخدم في إنتاج المواد الكيميائية العضوية، وبالأخص الأدوية.
- يمكن أن يتم تسويق مركب كربونات الليثيوم تحت أسماء مختلفة، ويُستخدم بشكل شائع في العلاجات النفسية كعلاج فعال.
- على الرغم من ذلك، لا يزال العمل جاريًا في العلاج بالليثيوم، حيث لم يتم تحديد التفسير الكيميائي الحيوي له بشكل كامل.
الاستخدامات البيولوجية لليثيوم
- يمكن استخدامه لعلاج النقرس عبر المياه المعدنية التي تحتوي على أملاح الليثيوم.
- يساعد في علاج الاكتئاب، الهوس، واضطراب ثنائي القطب.
- ينبغي على النساء الحوامل تجنب استخدام أملاح الليثيوم بسبب ارتباطها المحتمل بتشوهات الجنين.
الاستخدامات في التعدين
- يُستخدم الليثيوم في التعدين، خاصة في عمليات اللحام وفي صناعة الخزف.
- تستخدم سبائك الليثيوم مع الألومنيوم والنحاس في تصنيع أجزاء الطائرات.
الاستخدامات في البصريات
- يُعتبر كلوريد الليثيوم مادة شفافة، تُستخدم في صناعة المواد البصرية مثل العدسات في أجهزة الأشعة تحت الحمراء، حيث تتميز بقرينة انكسار منخفضة.
- يدخل أيضًا في تركيب عدسات المقاريب.
مخاطر استخدام الليثيوم
يوجد عدد من المخاطر المرتبطة باستخدام الليثيوم، وهي كما يلي:
- يمكن أن يؤدي استنشاق غبار الليثيوم أو مركباته إلى تهيج الحنجرة والأنف، وربما يؤدي إلى تجمع سوائل في الرئة.
- يجب تجنب التعرض المباشر لجلد الليثيوم لأنه قد يشكل هيدروكسيد الليثيوم.
- يتفاعل الليثيوم تلقائيًا عند درجات حرارة تبدأ من 100 درجة مئوية.
- في وجود النيتروجين، يتفاعل مع الليثيوم عند درجات حرارة مرتفعة لتشكيل النتريت، مما قد يؤدي إلى انفجارات عند التماس مع مواد غنية بالأكسجين.
- عند إطفاء حرائق الليثيوم، لا يمكن استخدام المضخات التقليدية التي تحتوي على الماء أو ثاني أكسيد الكربون. يجب استخدام الغازات الخاملة مثل الأرجون أو مطافئ حريق خاصة تتعامل مع حرائق الفلزات، باستخدام مسحوق النحاس أو الرمل أو الملح.
مركبات الليثيوم
- يشكل الليثيوم مركبًا كيميائيًا نشطًا يتفاعل مع اللافلزات، دائمًا في حالة أكسدة.
- تسهم روابطه المساهمة في تشكيل المركبات، على عكس العديد من الغازات الأخرى.
- تتفاعل العديد من أملاح الليثيوم بسهولة في المذيبات العضوية مثل الإيثانول والأسيتون.
- توجد مركبات عضوية متنوعة تحتوي على الليثيوم.
- عند درجات حرارة مرتفعة، يتفاعل الليثيوم مع الهيدروجين لتشكيل هيدريدات بسيطة ومعقدة.
- يشكل مركبات عضوية حيث تتواجد روابط تساهمية بين الليثيوم والكربون.
كيفية الكشف عن الليثيوم
- يمكن لأملاح الليثيوم إعطاء لون أحمر قرمزي عند تعرضها للنار، ويتحول إلى اللون الفضي بعد الاحتراق الكامل، وهو ما يمكن استخدامه للكشف عن الليثيوم.
- ومع ذلك، يعد الكشف عن معظم أملاح الليثيوم صعبًا باستخدام التحليل الكيميائي التقليدي، لأن معظمها ينحل بسهولة.
- يمكن استخدام عملية ترسيب ملح فوسفات الليثيوم، بإضافة فوسفات ثنائي الصوديوم إلى العينة المخلوطة في وسط قلوي.
- يمكن تسخين المزيج لترسيب ملح أبيض من فوسفات الليثيوم مع أيونات الليثيوم.
