Litio

Il litio (dal greco: λίθος, romanizzato: lithos, litos, lit. ‘pietra’) è un elemento chimico con il simbolo Li e il numero atomico 3. È un metallo alcalino morbido, bianco-argento. In condizioni standard, è il metallo più leggero e l’elemento solido più leggero. Come tutti i metalli alcalini, il litio è altamente reattivo e infiammabile e deve essere conservato in olio minerale. Quando viene tagliato, mostra una lucentezza metallica, ma l’aria umida lo corrode rapidamente fino a diventare grigio argenteo opaco e poi nero appannato. Non si verifica mai liberamente in natura, ma solo in composti (di solito ionici), come i minerali pegmatitici, che una volta erano la principale fonte di litio. A causa della sua solubilità come ione, è presente nell’acqua dell’oceano ed è comunemente ottenuto da salamoie. Il litio metallico è isolato elettroliticamente da una miscela di cloruro di litio e cloruro di potassio.

Il nucleo dell’atomo di litio è al limite dell’instabilità, poiché i due isotopi stabili del litio che si trovano in natura hanno tra le più basse energie di legame per nucleone di tutti i nuclidi stabili. A causa della sua relativa instabilità nucleare, il litio è meno comune nel sistema solare di 25 dei primi 32 elementi chimici, anche se i suoi nuclei sono molto leggeri: è un’eccezione alla tendenza che i nuclei più pesanti sono meno comuni. Per motivi correlati, il litio ha usi importanti in fisica nucleare. La trasmutazione degli atomi di litio in elio nel 1932 è stata la prima reazione nucleare completamente realizzata dall’uomo, e il deuteride di litio serve come combustibile di fusione nelle armi termonucleari inscenate.

Il litio e i suoi composti hanno diverse applicazioni industriali, tra cui vetro e ceramica resistenti al calore, lubrificanti grassi al litio, additivi disossidanti per la produzione di ferro, acciaio e alluminio, batterie al litio e batterie agli ioni di litio. Questi usi consumano più di tre quarti della produzione di litio.

Il litio è presente nei sistemi biologici in tracce; le sue funzioni sono incerte. I sali di litio si sono dimostrati utili come farmaco stabilizzatore dell’umore nel trattamento del disturbo bipolare nell’uomo.

Storia

La petalite (LiAlSi4O10) è stata scoperta nel 1800 dal chimico e statista brasiliano José Bonifácio de Andrada e Silva in una miniera dell’isola di Utö, in Svezia. Tuttavia, solo nel 1817 Johan August Arfwedson, che allora lavorava nel laboratorio del chimico Jöns Jakob Berzelius, rilevò la presenza di un nuovo elemento durante l’analisi del minerale petalite. Questo elemento formava composti simili a quelli del sodio e del potassio, anche se il suo carbonato e l’idrossido erano meno solubili in acqua e meno alcalini. Berzelius diede al materiale alcalino il nome “lithion/lithina”, dal greco λιθoς (traslitterato come lithos, che significa “pietra”), per riflettere la sua scoperta in un minerale solido, in contrapposizione al potassio, che era stato scoperto nelle ceneri vegetali, e al sodio, che era noto in parte per la sua elevata abbondanza nel sangue animale. Egli chiamò il metallo all’interno del materiale “litio”.

Arfwedson dimostrò più tardi che questo stesso elemento era presente nei minerali spodumene e lepidolite. Nel 1818, Christian Gmelin fu il primo ad osservare che i sali di litio danno alla fiamma un colore rosso vivo. Tuttavia, sia Arfwedson che Gmelin tentarono e non riuscirono a isolare l’elemento puro dai suoi sali. Non fu isolato fino al 1821, quando William Thomas Brande lo ottenne per elettrolisi dell’ossido di litio, un processo che era stato precedentemente impiegato dal chimico Sir Humphry Davy per isolare i metalli alcalini potassio e sodio. Brande ha anche descritto alcuni sali puri di litio, come il cloruro, e, stimando che la litio (ossido di litio) conteneva circa il 55% di metallo, ha stimato il peso atomico del litio intorno a 9,8 g/mol (valore moderno ~ 6,94 g/mol). Nel 1855, maggiori quantità di litio sono state prodotte attraverso l’elettrolisi del cloruro di litio da Robert Bunsen e Augustus Matthiessen. La scoperta di questo procedimento portò alla produzione commerciale di litio nel 1923 da parte della società tedesca Metallgesellschaft AG, che eseguì l’elettrolisi di una miscela liquida di cloruro di litio e cloruro di potassio.

La produzione e l’uso del litio hanno subito diversi drastici cambiamenti nella storia. La prima grande applicazione del litio fu nei grassi al litio per alte temperature per motori di aerei e applicazioni simili nella seconda guerra mondiale e poco dopo. Questo uso è stato supportato dal fatto che i saponi a base di litio hanno un punto di fusione più alto rispetto ad altri saponi alcalini e sono meno corrosivi dei saponi a base di calcio. La scarsa richiesta di saponi al litio e di grassi lubrificanti è stata sostenuta da diverse piccole operazioni minerarie, per lo più negli Stati Uniti.

La domanda di litio è aumentata drammaticamente durante la guerra fredda con la produzione di armi a fusione nucleare. Sia il litio 6 che il litio 7 producono trizio quando sono irradiati dai neutroni, e sono quindi utili per la produzione di trizio da soli, così come una forma di combustibile solido da fusione utilizzato all’interno di bombe a idrogeno sotto forma di deuteride di litio. Gli Stati Uniti sono diventati il primo produttore di litio tra la fine degli anni ‘50 e la metà degli anni ‘80. Alla fine, le scorte di litio erano circa 42.000 tonnellate di idrossido di litio. Le scorte di litio accumulate erano esaurite nel litio 6 per il 75%, il che era sufficiente per influenzare il peso atomico misurato del litio in molte sostanze chimiche standardizzate, e persino il peso atomico del litio in alcune “fonti naturali” di ioni di litio che erano stati “contaminati” dai sali di litio scaricati dagli impianti di separazione degli isotopi, che avevano trovato la loro strada nelle acque sotterranee.

Il litio è stato utilizzato per diminuire la temperatura di fusione del vetro e per migliorare il comportamento di fusione dell’ossido di alluminio quando si utilizza il processo Hall-Héroult. Questi due usi hanno dominato il mercato fino alla metà degli anni ‘90. Dopo la fine della corsa agli armamenti nucleari, la domanda di litio è diminuita e la vendita delle scorte del dipartimento dell’energia sul mercato aperto ha ulteriormente ridotto i prezzi. A metà degli anni ‘90, diverse aziende hanno iniziato ad estrarre il litio dalla salamoia, che si è rivelato un’opzione meno costosa rispetto alle miniere sotterranee o a cielo aperto. La maggior parte delle miniere chiusero o spostarono la loro attenzione su altri materiali perché solo il minerale proveniente da pegmatiti zonali poteva essere estratto a un prezzo competitivo. Ad esempio, le miniere statunitensi vicino a Kings Mountain, North Carolina, hanno chiuso prima dell’inizio del 21° secolo.

Lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio ha aumentato la domanda di litio ed è diventato l’uso dominante nel 2007. Con l’impennata della domanda di batterie al litio negli anni 2000, nuove aziende hanno ampliato gli sforzi di estrazione della salamoia per soddisfare la crescente domanda.

È stato sostenuto che il litio sarà uno dei principali oggetti della concorrenza geopolitica in un mondo che funziona a energia rinnovabile e che dipende dalle batterie, ma questa prospettiva è stata anche criticata per aver sottovalutato il potere degli incentivi economici per l’espansione della produzione.

Occorrenza naturale

Si verificano nell’universo

Sebbene sia stato sintetizzato nel Big Bang, il litio (insieme a berillio e boro) è nettamente meno abbondante nell’universo rispetto ad altri elementi. Questo è il risultato delle temperature stellari relativamente basse necessarie per distruggere il litio, insieme alla mancanza di processi comuni per produrlo.

Secondo la moderna teoria cosmologica, il litio - in entrambi gli isotopi stabili (litio 6 e litio 7) - era uno dei tre elementi sintetizzati nel Big Bang. Sebbene la quantità di litio generata nella nucleosintesi del Big Bang dipenda dal numero di fotoni per barione, per i valori accettati si può calcolare l’abbondanza del litio, e c'è una “discrepanza cosmologica del litio” nell’universo: le stelle più vecchie sembrano avere meno litio di quanto dovrebbero, e alcune stelle più giovani ne hanno molto di più. La mancanza di litio nelle stelle più vecchie è apparentemente causata dal “mescolamento” del litio all’interno delle stelle, dove viene distrutto, mentre il litio viene prodotto nelle stelle più giovani. Sebbene si trasmuti in due atomi di elio a causa della collisione con un protone a temperature superiori a 2,4 milioni di gradi Celsius (la maggior parte delle stelle raggiunge facilmente questa temperatura all’interno dei loro interni), il litio è più abbondante di quanto i calcoli attuali prevedono nelle stelle di generazione successiva. Nova Centauri 2013 è il primo in cui sono state trovate prove di litio.

Il litio si trova anche negli oggetti substellari delle nane brune e in alcune stelle arancioni anomale. Poiché il litio è presente nelle nane brune più fredde e meno masse, ma viene distrutto nelle stelle nane rosse più calde, la sua presenza negli spettri delle stelle può essere utilizzata nel “test del litio” per differenziare le due, in quanto entrambe sono più piccole del Sole. Alcune stelle arancioni possono anche contenere un’alta concentrazione di litio. Quelle stelle arancioni che si trovano ad avere una concentrazione di litio più alta del solito (come Centaurus X-4) orbitano intorno a oggetti massicci - stelle di neutroni o buchi neri - la cui gravità evidentemente attira il litio più pesante sulla superficie di una stella di idrogeno-elio, causando una maggiore quantità di litio da osservare.

Si verifica sulla terra

Sebbene il litio sia ampiamente distribuito sulla Terra, non si presenta naturalmente in forma elementare a causa della sua elevata reattività. Il contenuto totale di litio nell’acqua di mare è molto grande ed è stimato in 230 miliardi di tonnellate, dove l’elemento esiste ad una concentrazione relativamente costante di 0,14 a 0,25 parti per milione (ppm), o 25 micromolari; concentrazioni più alte che si avvicinano a 7 ppm si trovano vicino a bocchette idrotermali.

Le stime del contenuto della crosta terrestre variano da 20 a 70 ppm in peso. In linea con il suo nome, il litio costituisce una parte minore delle rocce ignee, con le maggiori concentrazioni nei graniti. Le pegmatiti granitiche forniscono anche la maggiore abbondanza di minerali contenenti litio, con spodumene e petalite che sono le fonti più redditizie dal punto di vista commerciale. Un altro minerale significativo del litio è la lepidolite, che è ormai un nome obsoleto per una serie formata da polilittionite e trilittionite. Una fonte più recente per il litio è l’argilla ectorite, il cui unico sviluppo attivo è attraverso la Western Lithium Corporation negli Stati Uniti. Con 20 mg di litio per kg di crosta terrestre, il litio è il 25° elemento più abbondante.

Secondo il Manuale del Litio e del Calcio Naturale, “il litio è un elemento relativamente raro, anche se si trova in molte rocce e in alcune salamoie, ma sempre in concentrazioni molto basse. Ci sono un numero abbastanza grande di depositi sia di minerali di litio che di salamoia, ma solo relativamente pochi di essi hanno un valore commerciale effettivo o potenziale. Molti sono molto piccoli, altri sono troppo bassi”.

Il Servizio Geologico Statunitense stima che nel 2010 il Cile abbia avuto le riserve di gran lunga più grandi (7,5 milioni di tonnellate) e la più alta produzione annua (8.800 tonnellate). Una delle più grandi riserve di litio si trova nella zona di Salar de Uyuni in Bolivia, che ha 5,4 milioni di tonnellate. Altri importanti fornitori sono Australia, Argentina e Cina. A partire dal 2015, il Servizio geologico nazionale ceco ha considerato l’intera area dei Monti Metalliferi della Repubblica Ceca come provincia del litio. Sono registrati cinque depositi, uno vicino a Cínovec è considerato un deposito potenzialmente economico, con 160.000 tonnellate di litio. Nel dicembre 2019, la società mineraria finlandese Keliber Oy ha riferito che il suo giacimento di litio di Rapasaari ha stimato riserve di minerale comprovate e probabili di 5.280 milioni di tonnellate.

Nel giugno 2010, il New York Times ha riferito che i geologi americani stavano conducendo indagini sul terreno di laghi salati secchi nell’Afghanistan occidentale, ritenendo che vi si trovino grandi giacimenti di litio. “I funzionari del Pentagono hanno detto che la loro analisi iniziale in una località della provincia di Ghazni ha mostrato il potenziale di depositi di litio grandi come quelli della Bolivia, che ora ha le più grandi riserve di litio conosciute al mondo”. Queste stime sono “basate principalmente su vecchi dati, raccolti principalmente dai sovietici durante la loro occupazione dell’Afghanistan dal 1979 al 1989”. Stephen Peters, il capo del progetto minerario dell’USGS per l’Afghanistan, ha dichiarato di non essere a conoscenza del coinvolgimento dell’USGS in qualsiasi nuova indagine sui minerali in Afghanistan negli ultimi due anni. Non siamo a conoscenza di alcuna scoperta di litio”, ha detto.

Lithia (“salamoia al litio”) è associata alle aree minerarie di stagno in Cornovaglia, Inghilterra, ed è allo studio un progetto di valutazione di pozzi di prova profondi 400 metri. In caso di successo, le salamoie calde forniranno anche energia geotermica per alimentare il processo di estrazione e raffinazione del litio.

Produzione

La produzione di litio è notevolmente aumentata dalla fine della seconda guerra mondiale. Il metallo è separato da altri elementi in minerali igneo. Il metallo è prodotto per elettrolisi da una miscela di cloruro di litio fuso al 55% di cloruro di litio e al 45% di cloruro di potassio a circa 450 °C.

A partire dal 2015, la maggior parte della produzione mondiale di litio si trova in Sud America, dove la salamoia contenente litio viene estratta da piscine sotterranee e concentrata per evaporazione solare. La tecnica di estrazione standard consiste nell’evaporare l’acqua dalla salamoia. Ogni lotto richiede dai 18 ai 24 mesi.

Nel 1998, il prezzo del litio era di circa 95 USD/kg (o 43 USD/lb).

Riserve

Le riserve mondiali individuate nel 2017, 2018, 2019 e 2020 sono state stimate dall’US Geological Survey (USGS) rispettivamente a 14 milioni, 16 milioni, 14 milioni e 17 milioni di tonnellate. Una stima accurata delle riserve mondiali di litio è difficile. Uno dei motivi è che la maggior parte degli schemi di classificazione del litio sono sviluppati per i depositi di minerali solidi, mentre la salamoia è un fluido problematico da trattare con lo stesso schema di classificazione a causa delle diverse concentrazioni e degli effetti di pompaggio.

Le risorse mondiali di litio individuate dall’USGS hanno iniziato ad aumentare nel 2017 a causa della continua esplorazione. Le risorse identificate nel 2016, 2017, 2018, 2019 e 2020 sono state rispettivamente 41, 47, 54, 62 e 80 milioni di tonnellate.

Si stima che nel 2013 il mondo contenga circa 15 milioni di tonnellate di riserve di litio, mentre 65 milioni di tonnellate di risorse conosciute sono state ragionevoli. In totale, il 75% di tutto si trovava tipicamente nei dieci maggiori giacimenti del mondo. Un altro studio ha rilevato che l’83% delle risorse geologiche di litio si trova in sei salamoie, due pegmatiti e due depositi sedimentari.

I primi 3 Paesi produttori di litio al mondo a partire dal 2016, come riportato dal Servizio geologico americano, sono l’Australia, il Cile e l’Argentina. L’intersezione tra Cile, Bolivia e Argentina costituisce la regione nota come il Triangolo del Litio. Il Triangolo del Litio è noto per le sue saline di alta qualità, tra cui il Salar de Uyuni della Bolivia, il Salar de Atacama del Cile e il Salar de Arizaro dell’Argentina. Si ritiene che il Triangolo del Litio contenga oltre il 75% delle riserve di litio esistenti. I depositi si trovano in Sud America in tutta la catena delle Ande. Il Cile è il principale produttore, seguito dall’Argentina. Entrambi i paesi recuperano il litio dalle vasche di salamoia. Secondo l’USGS, il deserto di Uyuni in Bolivia ha 5,4 milioni di tonnellate di litio. La metà delle riserve conosciute al mondo si trova in Bolivia, lungo il versante centro-orientale delle Ande. Nel 2009, la Bolivia ha negoziato con imprese giapponesi, francesi e coreane per iniziare l’estrazione.

Negli Stati Uniti, il litio viene recuperato dalle vasche di salamoia in Nevada. Si stima che un giacimento scoperto nel 2013 nel Rock Springs Uplift del Wyoming ne contenga 228.000 tonnellate. Altri depositi nella stessa formazione sono stati stimati in 18 milioni di tonnellate.

Nel corso degli anni le opinioni sono state diverse sulla crescita potenziale. Uno studio del 2008 ha concluso che “una produzione di carbonato di litio realisticamente realizzabile sarebbe sufficiente solo per una piccola parte delle future esigenze del mercato globale del PHEV e dell’EV”, che “la domanda del settore dell’elettronica portatile assorbirà gran parte degli aumenti di produzione previsti nel prossimo decennio” e che “la produzione di massa di carbonato di litio non è compatibile con l’ambiente, causerà danni ecologici irreparabili agli ecosistemi che dovrebbero essere protetti e che la propulsione LiIon è incompatibile con il concetto di ‘Green Car’".

Secondo uno studio successivo del Lawrence Berkeley National Laboratory e dell’Università della California, Berkeley, la base di riserva allora stimata di litio non dovrebbe essere un fattore limitante per la produzione su larga scala di batterie per veicoli elettrici, perché si stima che con queste riserve si potrebbero costruire circa 1 miliardo e 40 kWh di batterie a base LiIon - circa 10 kg di litio per auto. Un altro studio del 2011 presso l’Università del Michigan e la Ford Motor Company ha trovato risorse sufficienti per sostenere la domanda globale fino al 2100, compreso il litio necessario per il potenziale uso diffuso dei trasporti. Lo studio ha stimato le riserve globali in 39 milioni di tonnellate, e la domanda totale di litio durante il periodo di 90 anni è stata annualizzata a 12-20 milioni di tonnellate, a seconda degli scenari relativi alla crescita economica e ai tassi di riciclaggio.

Nel 2014, The Financialist ha dichiarato che la domanda di litio è cresciuta di oltre il 12% all’anno. Secondo il Credit Suisse, questo tasso ha superato del 25% la disponibilità prevista. La pubblicazione mette a confronto la situazione del litio nel 2014 con quella del petrolio, per cui “l’aumento del prezzo del petrolio ha stimolato gli investimenti in costose tecniche di produzione in acque profonde e sabbie bituminose”; in altre parole, il prezzo del litio continuerebbe a salire fino a quando metodi di produzione più costosi, in grado di aumentare la produzione totale, non riceveranno l’attenzione degli investitori.

Il 16 luglio 2018 2,5 milioni di tonnellate di risorse di litio di alta qualità e 124 milioni di libbre di uranio sono state trovate nel giacimento di roccia dura di Falchani nella regione di Puno, in Perù.

Prezzi

Dopo la crisi finanziaria del 2007, i principali fornitori, come Sociedad Química y Minera (SQM), hanno abbassato i prezzi del carbonato di litio del 20%. I prezzi sono aumentati nel 2012. Un articolo della Business Week 2012 ha delineato l’oligopolio nel settore del litio: “SQM, controllata dal miliardario Julio Ponce, è la seconda più grande, seguita da Rockwood, che è sostenuta da KKR & Co. di Henry Kravis, e dalla FMC di Philadelphia”, con Talison citata come il più grande produttore. Il consumo globale potrebbe saltare a 300.000 tonnellate all’anno entro il 2020 da circa 150.000 tonnellate nel 2012, per soddisfare la domanda di batterie al litio che è cresciuta di circa il 25% all’anno, superando il guadagno complessivo del 4% al 5% nella produzione di litio.

Estrazione

Il litio e i suoi composti sono stati storicamente estratti dalla roccia dura prima che i sali venissero estratti dall’acqua in sorgenti minerali, piscine di salamoia, e i depositi di salamoia sono diventati la fonte dominante negli anni ‘90. L’estrazione dei minerali di litio era più costosa e il prezzo era fuori mercato, ma entro il 2018 la roccia dura era tornata a dare un contributo significativo. Si prevede che i catodi a basso contenuto di cobalto per le batterie al litio richiedano l’idrossido di litio piuttosto che il carbonato di litio come materia prima, e questa tendenza favorisce la roccia come fonte.

Il litio è presente nell’acqua di mare, ma non sono ancora stati sviluppati metodi di estrazione commercialmente validi.

Un’altra potenziale fonte di litio è costituita dai percolati dei pozzi geotermici, che vengono trasportati in superficie. Il recupero del litio è stato dimostrato sul campo; il litio è separato da una semplice filtrazione. I costi di processo e ambientali sono principalmente quelli del pozzo già funzionante; gli impatti ambientali netti possono quindi essere positivi.

Uso economico

Ceramica e vetro

L’ossido di litio è ampiamente utilizzato come flusso per la lavorazione della silice, riducendo il punto di fusione e la viscosità del materiale e portando a smalti con proprietà fisiche migliorate, compresi i bassi coefficienti di espansione termica. In tutto il mondo, questo è uno dei più grandi usi per i composti di litio. Gli smalti contenenti ossidi di litio sono utilizzati per gli articoli da forno. Il carbonato di litio (Li2CO3) è generalmente usato in questa applicazione perché si converte in ossido al momento del riscaldamento. Elettrico ed elettronico

Alla fine del XX secolo, il litio è diventato un importante componente degli elettroliti e degli elettrodi delle batterie, a causa del suo alto potenziale degli elettrodi. A causa della sua bassa massa atomica, ha un elevato rapporto di carica e di potenza-peso. Una tipica batteria agli ioni di litio può generare circa 3 volt per cella, rispetto a 2,1 volt per il piombo-acido e 1,5 volt per lo zinco-carbone. Le batterie agli ioni di litio, che sono ricaricabili e hanno un’alta densità di energia, si distinguono dalle batterie al litio, che sono batterie monouso (primarie) con il litio o i suoi composti come anodo. Altre batterie ricaricabili che utilizzano il litio includono la batteria ai polimeri di litio, la batteria al litio-fosfato di ferro e la batteria al nanofilo.

Grassi lubrificanti

Il terzo uso più comune del litio è nei grassi. L’idrossido di litio è una base forte e, se riscaldato con un grasso, produce un sapone a base di stearato di litio. Il sapone al litio ha la capacità di addensare gli oli e viene utilizzato per produrre grassi lubrificanti multiuso ad alta temperatura. Metallurgia

Il litio (ad es. come carbonato di litio) è utilizzato come additivo per le scorie di flusso degli stampi per colata continua dove aumenta la fluidità, un uso che rappresenta il 5% dell’uso globale del litio (2011). I composti del litio sono utilizzati anche come additivi (fondenti) per la sabbia di fonderia per la colata del ferro per ridurre le venature.

Il litio (come fluoruro di litio) è utilizzato come additivo per le fonderie di alluminio (processo Hall-Héroult), riducendo la temperatura di fusione e aumentando la resistenza elettrica, un uso che rappresenta il 3% della produzione (2011).

Quando viene utilizzato come fondente per la saldatura o la brasatura, il litio metallico favorisce la fusione dei metalli durante il processo ed elimina la formazione di ossidi assorbendo le impurità. Le leghe del metallo con alluminio, cadmio, rame e manganese sono utilizzate per realizzare parti di aerei ad alte prestazioni (vedi anche leghe di litio e alluminio).

nanosaldatura al silicio

Il litio è stato trovato efficace nell’assistere la perfezione delle nanosaldature al silicio nei componenti elettronici per batterie elettriche e altri dispositivi. Altri usi chimici e industriali L’uso del litio nei razzi e nella pirotecnica è dovuto alla sua fiamma rosa-rossa. Pirotecnica

I composti del litio sono utilizzati come coloranti e ossidanti pirotecnici nei fuochi d’artificio rossi e nei razzi.

Purificazione dell’aria

Il cloruro di litio e il bromuro di litio sono igroscopici e vengono utilizzati come essiccanti per i flussi di gas. L’idrossido di litio e il perossido di litio sono i sali più usati in aree ristrette, come a bordo di veicoli spaziali e sottomarini, per la rimozione dell’anidride carbonica e la purificazione dell’aria. L’idrossido di litio assorbe l’anidride carbonica dall’aria formando carbonato di litio, ed è preferito rispetto ad altri idrossidi alcalini per il suo basso peso.

Il perossido di litio (Li2O2) in presenza di umidità non solo reagisce con l’anidride carbonica per formare carbonato di litio, ma rilascia anche ossigeno. La reazione è la seguente:

2 Li2O2 + 2 CO2 → 2 Li2CO3 + O2.

Alcuni dei composti sopra citati, così come il perclorato di litio, sono utilizzati nelle candele di ossigeno che forniscono ossigeno ai sottomarini. Questi possono anche includere piccole quantità di boro, magnesio, alluminio, silicio, titanio, manganese e ferro.

Ottica

Il fluoruro di litio, coltivato artificialmente come cristallo, è chiaro e trasparente e spesso utilizzato in ottiche specializzate per applicazioni IR, UV e VUV (UV sottovuoto). Ha uno degli indici di rifrazione più bassi e la gamma di trasmissione più lontana nell’UV profondo dei materiali più comuni. La polvere di fluoruro di litio in polvere finemente divisa è stata utilizzata per la dosimetria delle radiazioni termoluminescenti (TLD): quando un campione di questo tipo viene esposto alle radiazioni, accumula difetti cristallini che, se riscaldato, si risolvono attraverso un rilascio di luce bluastra la cui intensità è proporzionale alla dose assorbita, permettendo così di quantificarla. Il fluoruro di litio è talvolta utilizzato nelle lenti focali dei telescopi.

L’elevata non linearità del niobato di litio lo rende utile anche in applicazioni ottiche non lineari. È ampiamente utilizzato nei prodotti per le telecomunicazioni, come i telefoni cellulari e i modulatori ottici, per componenti come i cristalli di risonanza. Le applicazioni del litio sono utilizzate in più del 60% dei telefoni cellulari.

Chimica organica e dei polimeri

I composti di organolithium sono ampiamente utilizzati nella produzione di polimeri e prodotti chimici fini. Nell’industria dei polimeri, che è il consumatore dominante di questi reagenti, i composti alchilitici di litio sono catalizzatori/iniziatori. nella polimerizzazione anionica delle olefine non funzionalizzate. Per la produzione di prodotti chimici fini, i composti di organolito funzionano come basi forti e come reagenti per la formazione di legami carbonio-carbonio. I composti organolithium sono preparati a partire da litio metallico e alogenuri alchilici.

Molti altri composti del litio sono usati come reagenti per preparare composti organici. Alcuni composti popolari includono l’idruro di litio e alluminio (LiAlH4), il trietilboroidruro di litio, il n-butillitio e il terz-butillitio sono comunemente usati come basi estremamente forti chiamate superbase.

Applicazioni militari

Il litio metallico e i suoi complessi idruri, come Li, sono utilizzati come additivi ad alta energia per i propellenti dei razzi. L’idruro di litio e alluminio può anche essere usato da solo come combustibile solido.

Il sistema di propulsione ad energia chimica accumulata dal siluro Mark 50 (SCEPS) utilizza un piccolo serbatoio di gas esafluoruro di zolfo, che viene spruzzato su un blocco di litio solido. La reazione genera calore, creando vapore per spingere il siluro in un ciclo Rankine chiuso.

L’idruro di litio contenente litio 6 è usato nelle armi termonucleari, dove serve come combustibile per la fase di fusione della bomba.

Nucleare

Il Litio 6 è valutato come materiale sorgente per la produzione di trizio e come assorbitore di neutroni nella fusione nucleare. Il litio naturale contiene circa il 7,5% di litio 6 da cui sono state prodotte grandi quantità di litio 6 per separazione isotopica per l’uso in armi nucleari. Il litio 7 ha guadagnato interesse per l’uso nei refrigeranti dei reattori nucleari.

Il deuteride di litio è stato il combustibile di fusione preferito nelle prime versioni della bomba all’idrogeno. Quando sono stati bombardati dai neutroni, sia il 6Li che il 7Li producono trizio - questa reazione, che non è stata pienamente compresa quando le bombe all’idrogeno sono state testate per la prima volta, è stata responsabile della resa fuggitiva del test nucleare di Castle Bravo. Il trizio si fonde con il deuterio in una reazione di fusione relativamente facile da ottenere. Sebbene i dettagli rimangano segreti, il deuterio di litio 6 apparentemente gioca ancora un ruolo nelle armi nucleari moderne come materiale di fusione.

Il fluoruro di litio, quando è altamente arricchito nell’isotopo litio-7, forma il costituente di base della miscela salina di fluoruro LiF-BeF2 utilizzata nei reattori nucleari a fluoruro liquido. Il fluoruro di litio è eccezionalmente stabile dal punto di vista chimico e le miscele LiF-BeF2 hanno un basso punto di fusione. Inoltre, 7Li, Be e F sono tra i pochi nuclidi con sezioni trasversali di cattura dei neutroni termici sufficientemente basse da non avvelenare le reazioni di fissione all’interno di un reattore a fissione nucleare.

Nelle centrali a fusione nucleare concettualizzate (ipotetiche), il litio sarà usato per produrre trizio in reattori confinati magneticamente usando deuterio e trizio come combustibile. Il trizio presente in natura è estremamente raro e deve essere prodotto sinteticamente circondando il plasma in reazione con una “coperta” contenente litio, dove i neutroni della reazione deuterio-trizio nel plasma fisderanno il litio per produrre più trizio:

6Li + n → 4He + 3H.

Il litio è anche usato come fonte di particelle alfa, o nuclei di elio. Quando 7Li è bombardato da protoni accelerati si forma 8Be, che subisce la fissione per formare due particelle alfa. Questa impresa, chiamata all’epoca “scissione dell’atomo”, è stata la prima reazione nucleare completamente realizzata dall’uomo. Fu prodotta da Cockroft e Walton nel 1932.

Nel 2013, il Government Accountability Office degli Stati Uniti ha dichiarato che la carenza di litio 7, fondamentale per il funzionamento di 65 reattori nucleari americani su 100, “mette a rischio la loro capacità di continuare a fornire energia elettrica”. Castle Bravo ha usato per la prima volta il Litio-7, nel Gambero, il suo primo dispositivo, che pesava solo 10 tonnellate, e che ha generato una massiccia contaminazione nucleare atmosferica dell’atollo Bikini. Questo forse spiega il declino delle infrastrutture nucleari statunitensi. L’attrezzatura necessaria per separare il Litio 6 dal Litio 7 è per lo più un avanzo della guerra fredda. Gli Stati Uniti hanno spento la maggior parte di questi macchinari nel 1963, quando avevano un enorme surplus di litio separato, per lo più consumato durante il ventesimo secolo. Il rapporto diceva che ci sarebbero voluti cinque anni e dai 10 ai 12 milioni di dollari per ristabilire la capacità di separare il litio 6 dal litio 7.

I reattori che utilizzano il litio 7 riscaldano l’acqua ad alta pressione e trasferiscono il calore attraverso scambiatori di calore soggetti a corrosione. I reattori usano il litio per contrastare gli effetti corrosivi dell’acido borico, che viene aggiunto all’acqua per assorbire i neutroni in eccesso.

Medicina

Il litio è utile nel trattamento del disturbo bipolare. I sali di litio possono essere utili anche per le diagnosi correlate, come il disturbo schizoaffettivo e la depressione ciclica maggiore. La parte attiva di questi sali è lo ione litio Li+. Essi possono aumentare il rischio di sviluppare l’anomalia cardiaca di Ebstein nei neonati nati da donne che assumono litio durante il primo trimestre di gravidanza.

Il litio è stato studiato anche come possibile trattamento per la cefalea a grappolo.

Biologia

Il litio si trova in tracce in numerose piante, plancton e invertebrati, in concentrazioni da 69 a 5.760 parti per miliardo (ppb). Nei vertebrati la concentrazione è leggermente inferiore, e quasi tutti i tessuti vertebrati e i fluidi corporei contengono litio da 21 a 763 ppb. Gli organismi marini tendono a bioaccumulare il litio più degli organismi terrestri. Non si sa se il litio abbia un ruolo fisiologico in uno di questi organismi.

Le fonti primarie di litio sono i cereali e le verdure e, in alcune aree, anche l’acqua potabile contiene quantità significative. L’assunzione umana varia a seconda del luogo e della dieta.

Il litio è stato rilevato per la prima volta negli organi umani e nei tessuti fetali alla fine del 19° secolo. Negli esseri umani non esistono malattie da carenza di litio definite, ma le basse quantità di litio assunte dalle scorte d’acqua sono state associate ad un aumento dei tassi di suicidi, omicidi e dei tassi di arresto per uso di droghe e altri crimini. I meccanismi biochimici di azione del litio sembrano essere multifattoriali e sono intercorrelati con le funzioni di diversi enzimi, ormoni e vitamine, così come con i fattori di crescita e di trasformazione.

Sicurezza

Il litio è corrosivo e richiede un trattamento speciale per evitare il contatto con la pelle. La respirazione della polvere di litio o dei composti del litio (che sono spesso alcalini) inizialmente irrita il naso e la gola, mentre una maggiore esposizione può causare un accumulo di liquido nei polmoni, con conseguente edema polmonare. Il metallo stesso è un pericolo di manipolazione perché il contatto con l’umidità produce l’idrossido di litio caustico. Il litio è conservato in modo sicuro in composti non reattivi come la nafta. Regolamento

Alcune giurisdizioni limitano la vendita di batterie al litio, che sono la fonte di litio più facilmente disponibile per i consumatori comuni. Il litio può essere utilizzato per ridurre la pseudoefedrina e l’efedrina a metanfetamina nel metodo di riduzione della betulla, che impiega soluzioni di metalli alcalini dissociati in ammoniaca anidra.

Il trasporto e la spedizione di alcuni tipi di batterie al litio può essere proibito a bordo di alcuni tipi di trasporto (in particolare aerei) a causa della capacità della maggior parte dei tipi di batterie al litio di scaricarsi completamente molto rapidamente in caso di cortocircuito, portando al surriscaldamento e alla possibile esplosione in un processo chiamato fuga termica. La maggior parte delle batterie al litio di consumo sono dotate di protezione termica incorporata per prevenire questo tipo di incidenti, o sono altrimenti progettate per limitare le correnti di cortocircuito. I cortocircuiti interni dovuti a difetti di fabbricazione o a danni fisici possono portare ad una fuga termica spontanea.