Lithium

• Symbol: Li
• Ordungszahl: 3

I. Hauptgruppe (Alkalimetalle)

Namensbedeutung

Das Elementsymbol Li leitet sich vom griechischen „lithos“ (Stein); (engl.: lithium).

Allgemein

Im Jahre 1817 entdeckte der Schwede Johan August Arfvedson bei der Analyse des Minerals Petalit Lithium. Es ist ein Element der zweiten Periode und der I. Hauptgruppe. Lithium gehört mit Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium zu den Alkalimetallen. Lithium kommt in freiem Zustand nicht vor. In gebundener Form ist es in kleinen Mengen allerdings in fast allen Eruptivgesteinen vorhanden und läßt sich in manchen Mineralquellen nachweisen. Der Anteil dieses Alkalimetalls an der Erdkruste wird auf 0,099% geschätzt. Der Massenanteil von Lithium in der Erdkruste liegt damit ähnlich niedrig wie der von Gallium und Niob, was auf eine sehr geringe Häufigkeit im Weltall schließen läßt. Das wichtigste lithiumhaltige Mineral ist Spodumen mit der Summenformel LiAl(SiO3)2. Die größten Spodumen-Lagerstätten findet man in den Vereinigten Staaten, Kanada, Brasilien, Argentinien, der GUS, im Kongo und in Spanien. Als weitere lithiumhaltige Minerale sind Amblygonit, Lepidolith, Kryolithionit, Petalit, Triphylin und Zinnwaldit zu nennen. Bei den handelsüblichen Lithiumerzen liegt der Anteil des Alkalimetall zwischen ein bis drei Prozent. Verschiedene Pflanzen, wie Tabak oder Hahnenfuß, nehmen Lithiumverbindungen aus dem Boden auf, so daß sie in ihrer Asche angereichert vorliegen. Der durchschnittliche Anteil an der Trockenmasse von Pflanzen liegt zwischen 0,5 und 3 ppm. Im Meereswasser liegt die mittlere Konzentration bei 180 ppb und im Flußwasser nur bei ca. 3 ppb.

Eigenschaften

Lithium ist das leichteste aller Metalle. Es handelt sich um einen weichen, weißen Feststoff mit silbrigem Glanz. Im Gegensatz zu den anderen Alkalimetallen läßt es sich aber nicht mit einem Messer zerschneiden. Es ist also härter als Natrium aber weicher als beispielsweise Blei. Alle Alkalimetalle haben aufgrund ihrer Größe und ihrer niedrigen Ionisierungsenergie einheitliche charakteristische Eigenschaften: Sie weisen niedrige Schmelz- und Siedetemperaturen, geringe Dichten und kleine Dissoziationsenergie auf. Demgegenüber haben sie große Atom- bzw. Ionenradien und bemerkenswert gute thermische sowie elektrische Leitfähigkeiten. Im Vergleich zu den anderen Alkalimetallen hat Lithium mit 180°C die größte Schmelztemperatur und die höchste Ionisierungs- bzw. Gitterenergie. Der ausgedehnte Flüssigkeitsbereich von 180°C bis 1317°C und die hohe Wärmekapazität machen das Metall zu einem hervorragenden Kühlmittel in Wärmetauschern. Das Element zeigt wie alle Alkalimetalle eine charakteristische Flammfärbung. Die Flamme leuchtet in diesem Fall karminrot. Lithium ist ein starkes Reduktionsmittel, das Wasser unter Wasserstoffentwicklung zersetzt und sich an der Luft sofort mit einer Hydroxidschicht überzieht. Die wäßrigen Lösungen seiner Oxide und Hydroxide reagieren stark alkalisch. Lithium ist nicht essentiell für Organismen, es ist aber unter gewissen Bedingungen für den Stoffwechsel von Bedeutung. Im Körper von Warmblütern wirkt es leicht toxisch. − Wichtige Lithiumverbindungen sind Lithiumhydrit, Lithiumhydroxid, Lithiumdeuterit, Lithiumchlorid und Lithiumcarbonat.

Isotope

Lithium hat zwei stabile Isotope, von denen dasjenige mit der Massenzahl 7 mit 92,5% am häufigsten vorkommt. Der Anteil von Lithium 6 liegt bei 7,5%. Daneben sind drei instabile Isotope bekannt, deren Halbwertszeiten im Millisekunden-Bereich liegen (Li-8: 842 ms; Li-9: 178 ms; Li-11: 8,7 ms). Lithium 6 wird in Kernreaktoren zur Herstellung von Tritium verwendet.

Verwendung

Lithiumverbindungen sind vielseitig verwendbar. Die jährliche Weltproduktion von Lithiumcarbonat wird mit 39.000 t angeben und die weltweiten Reserven auf 7,3 Mio t geschätzt. Erstmals wurde es in den 20er kommerziell als Legierungsmittel mit Blei zur Produktion gehärteter Lager verwendet. In größeren Mengen sind gegenwärtig 34 Lithiumverbindungen erhältlich. Lithiumkarbonat wird unter anderem für Glasuren und als Flußmittel für Emailleherstellung eingesetzt. Lithiumfluorid benutzt man für ultraviolettdurchlässiges Glas und zur Vergütung optischer Linsen. Lithiumdeuterid wird in der Wasserstoffbombe als thermonuklearer Sprengstoff verwendet. Die häufigste Anwendungsform ist allerdings die von Lithiumstearat als Gelier- und Verdickungsmittel für Öle, um diese in Schmierfette umzuwandeln. Die so erzeugten Schmierfette zeigen eine hervorragende Temperaturstabilität (>150°C) und sind bleiben bis -20°C schmierfähig. Ende der 40er entdeckten Pharmakologen, daß man durch die tägliche Gabe kleiner Dosen von Lithiumcarbonat eine antidepressive Wirkung bei entsprechenden Krankheitsbildern erzielen konnte. In Zukunft können Batteriesysteme mit Lithium-Anteil größere Bedeutung erlangen.

Elementdaten

• Lithium (OZ: 3)
• I. Hauptgruppe
• Alkalimetalle

Normalzustand

• Feststoff – Metall, weich, silbrig-weiß, kubisch-raumzentrierte Gitterstruktur

• CAS-Nummer: 7439-93-2
• Kernladungszahl: 3
• rel. Atommasse: 6,941
• Kernladung: 1,30

Radien

• Atomradius: 152,0 pm
• Ionenradius: 78 (+1) pm
• Kovalenzradius: 123 pm

• Konfiguration: [He] 2s
• Oxidationszahlen: 1
• Ionisierungseng.: 5,392
• Dichte: 0,53 g/cm³

Elektronegativität

• Pauling: 0,98
• Allred & Rochow: 1,0
• Pearson: 3,01 eV

Temperatur

• Schmelzpunkt: 453.69 K (180,5 °C)
• Siedepunkt: 1590.0 K (1317 °C)

Natürliche Isotope

• Li-6: 7,5%, Li-7: 92,5%

Entdeckung

• 1817, Arfvedson, Schweden