معلومات عن عنصر الليثيوم وهل هو أغلى من الذهب؟

كتابة:
معلومات عن عنصر الليثيوم وهل هو أغلى من الذهب؟


ما هو الليثيوم؟

عنصر الليثيوم (بالإنجليزية: Lithium)، أحد عناصر المجموعة الأولى من الجدول الدوري، يتميّز بنعومته ولونه الأبيض اللامع رمزه الكيميائي (Li)، عدده الذري (3)، والتوزيع الإلكتروني لعنصر الليثيوم يكون كالآتي: 1s2 2s1،أما عدده الكتلي فهو (6.941)، يتم تصنيفه ضمن المعادن القلوية وتُستخدم مركبات الليثيوم على مستوى واسع في الصناعات.[١]


الليثيوم هو معدن يقع ضمن عناصر المجموعة الأولى وعدد الذري 3 يمتلك إلكترونًا واحدًا في مداره الأخير.


متى تم اكتشاف الليثيوم؟

في بداية الأمر اكتشف جوزيه بونيفاسيو دي أندرالدا إي سيلفا ما يسمّى بِبيتاليت معدن الليثيوم (Lithium mineral petalite)، ورمزه الكيميائي LiAlSi4O10، وكان ذلك في جزيرة تقع في السويد اسمها أوتو في القرن الثامن عشر وذلك بسبب ظهور لهب محمرّ عند تقريبه من النار.[٢]


ولم يستطع أحد آنذاك تفسير هذه المشاهدة إلى أن فسّرها يوهان أوغست أرفيدسون في أوائل القرن التاسع عشر، عام 1817 م بوجود عنصر جديد لم يكن يعرفه أحد وأطلق عليه اسم عنصر الليثيوم واستطاع أن يتوصّل إلى أنه معدن قاعدي قلوي أخف من الصوديوم (Na)، وقد حاول تطبيق تجارب التحليل الكهربائي عليه إلا أنّ هذا لم يعطِه نتائج مرضية في فصل المعدن.[٢]


تمّ اكتشاف بيتاليت معدن الليثيوم في القرن الثامن عشر إلا أنّ اكتشاف العنصر الجديد كعنصر منفصل، وإطلاق مسمّى الليثيوم عليه كان في بدايات القرن التاسع عشر وتحديدًا عام 1817 م.


ما هي نظائر الليثيوم؟

النظائر (بالإنجليزية: Isotopes) بشكل عام هو مصطلح يستخدم للتعبير عن العنصر الذي يتميز بكونه يمتلك أشكال متعددة، يكون العدد الذري فيها جميعها نفسه (أي أنها متساوية في عدد البروتونات) وموقعها في الجدول الدوري مشترك إلا أنّ الفرق يكمُن في الكتل الذرية (غير متساوية في عدد النيوترونات)، وللنظائر نوعين: مستقرة ومشعة.[٣]


أما بالنسبة لعنصر الليثيوم فيوجد له في الطبيعة نظيرين، الأول بكتلة ذرية تساوي 6 والآخر كتلته الذرية 7، وكلا النظيرين مستقر وله العدد الذري 3، والفرق ناتج من اختلاف عدد النيوترونات في كل منهما[٤]، ويُرمز لكل منهما بالرموز الآتية على الترتيب: 7Li، 6Li.[٢]


عنصر الليثيوم له نظيران؛ أحدهما عدده الكتلي 6 والآخر 7 وكلاهما موجود في الطبيعة بشكل مستقرّ.


أين يتواجد الليثيوم؟

يتواجد عنصر الليثيوم في الطبيعة بالأشكال الآتية:[١]


  • بيتاليت معدن الليثيوم (LiAlSi4O10): يكون الليثيوم مكوّنًا من مكونات البيتاليت كما تمّ اكتشافه أول مرة بهذا الشكل.
  • في المياه الملحية ومياه الينابيع: يكون عنصر الليثيوم مترسّبًا مع الأملاح في المياه الملحية أو متواجدًا مع أملاح المعادن الموجودة في مياه الينابيع المعدنية.
  • في البحار: يتواجد عنصر الليثيوم في البحار إلا أنه يكون بتراكيز منخفضة لا تتجاوز أجزاء بالعشرة من مليون.
  • في خامات البغماتيت: ومن الأمثلة على هذه الخامات الإسبودومين ورمزه (LiAlSi2O6) والليبيدوليت بصيغه المختلفة.
  • في القشرة الأرضية: يعتبر الليثيوم من العناصر المكوّنة للقشرة الأرضية والمذكورة في تركيبها إلا أنه يتواجد بنسبة قليلة تُقدّر ب 0.002.


أما بالنسبة لتواجد عنصر الليثيوم وتوزّعه في مناطق العالم فهو متواجد في كل من:[١]

  • الولايات المتحدة الأمريكية.
  • أستراليا.
  • تشيلي.
  • البرتغال.
  • بوليفيا.

يتواجد عنصر الليثيوم بأشكال متعددة في الطبيعة ولا يتواجد بشكله الخام إنما يكون جزء من عدة مكوّنات في خامات المعادن وفي المياه المعدنية والمالحة والبحار وحتى في مكوّنات القشرة الأرضية.


ما هي أبرز خصائص عنصر الليثيوم؟

يتميز عنصر الليثيوم بالعديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية، سيتم ذكرها بالتفصيل.


خصائص عنصر الليثيوم الفيزيائية

من أهم الخصائص الفيزيائية لعنصر الليثيوم ما يلي:


  • درجة الانصهار (Melting point): يبدأ عنصر الليثيوم بالانصهار أو الذوبان عند درجة حرارة 180.5 درجة سيليسيوس وهي تكافئ 453.65 كلفن.[٥]
  • درجة الغليان (Boiling point): يبدأ عنصر الليثيوم بالغليان بمجرّد وصول درجة حرارته إلى 1342 درجة سيليسيوس تقريبًا.[٥]
  • الكثافة (Density): تُقدَّر كثافة عنصر الليثيوم ب 0.534 غرام/ سم مكعب وهي الكثافة الأقل بين جميع المعادن المعروفة.[٥]
  • الحالة الفيزيائية العامّّة (State): تكون الليثيوم بحالته الصلبة عند درجة الحرارة 20 سيليسيوس.[٥]
  • الحرارة النوعية (Specific heat capacity): تبلغ الحرارة النوعية لعنصر الليثيوم حوالي 24.86 كيلو جول/ مول.[٦]


خصائص عنصر الليثيوم الكيميائية

من أهم الخصائص الكيميائية لعنصر الليثيوم ما يلي:


  • تُقدّر الكهروسلبية (Electronegativity) لعنصر الليثيوم بـ 0.98 وهي لباقي العناصر تتراوح بين 0-4.[٧]
  • موقع الليثيوم في الجدول الدوري هو تقاطع المجموعة الأولى مع الدورة الثانية.[٥]
  • النظير الرئيسي لليثيوم هو 7Li.[٥]
  • يتفاعل عنصر الليثيوم تفاعل الأكسدة فيميل إلى فقدان إلكترون واحد (+1).[١]
  • كربونات الليثيوم (Li2CO3) تذوب في الماء البارد بشكل أفضل من ذوبانها في الماء الساخن.[١]
  • يميل الليثيوم للاشتعال عند تقريبه من مصدر لهب وتعدّ هذه الطريقة من الطرق المستخدمة للتحقق من وجوده إذ يعمل اشتعاله على ظهور لهب أحمر.[١]

يتميّز عنصر الليثيوم بالعديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية التي تساهم في زيادة الطلب عليه والتوجه إلى استخدامه في العديد من الصناعات والتطبيقات العملية الهامّة.


كيف يتم تحضير عنصر الليثيوم؟

يتواجد الليثيوم في الطبيعة بشكل معدني كجزء من عدة مكونات أخرى؛ كالأكسجين والسيليكون والألمنيوم، ويتم الحصول على الليثيوم من هذه المعادن بعدة طرق وتتم العملية من خلال الخطوات الآتية:[٦]


  • يتم في البداية رفع درجة حرارة المعادن بشكل كبير حوالي (1200-1300) كلفن وتكون هذه الخطوة بهدف تفتيت المعدن والحصول على شكل يسهل تفاعله في الخطوات اللاحقة.


  • يتم الحصول على كلوريد الليثيوم (LiCl) بأحد 3 طرق أساسية:[٦]
  • الطريقة الأولى: تكليس المعدن الخام بواسطة حجر جيري، ثم العمل على ترشيحه بالماء وينتج عن ذلك هيدروكسيد الليثيوم (LiOH) الذي تتم معالجته بواسطة حمض الهيدروكلوريك (HCl) القويّ للحصول على كلوريد الليثيوم وهو المطلوب.
  • الطريقة الثانية: تعريض المعدن الخام لحمض الكبريتيك (H₂SO₄)، وبعد ذلك يُغسل بالماء مما يُنتِج مونوهيدرات كبريتات الليثيوم، ويجري تفاعل المونوهيدرات مع كربونات الصوديوم (Na2CO3) للحصول على كربونات الليثيوم (Li2CO3)، وبعد ذلك يجري تفاعل كربونات الليثيوم مع حمض الهيدروكلوريك القوي للحصول على كلوريد الليثيوم (HCl).
  • الطريقة الثالثة: يتم استخدام كل من حمض الكبريتيك (H₂SO₄) وكربونات الصوديوم (Na2CO3) للسماح للحديد والألمنيوم بالترسّب، ثم يتم تفاعل ما تبقى مع كربونات الصوديوم مرة أخرى للسماح لليثيوم بالترسب على شكل كربونات الليثيوم (Li2CO3)، ويتم تفاعل الكربونات مع حمض الهيدروكلوريك القوي للحصول على كلوريد الليثيوم (HCl).


  • بعد الحصول على كلوريد الليثيوم (LiCl) بأحد الطرق المتاحة، يمكن الآن تحليل الليثيوم من خلال خلية تحليل كهربائي وإجراء تفاعلات الأكسدة والاختزال حتى يتم الحصول في النهاية على كل من: أيونات الليثيوم وأيونات الكلور بشكل منفصل كلًّا على حدة، وتكون تفاعلات خلية التحليل كالآتي:[٦]

2Cl− − 2e− →Cl2 : تفاعل الأكسدة

Li+ + e− →Li : تفاعل الاختزال


يتم الحصول على الليثيوم من معادنه الخامة، فيجري أولًا تسخين المعدن ثمّ يتم الحصول على كلوريد الليثيوم منه بإحدى الطرق المتاحة، وبعدها يتم استخدام خلية تحليل كهربائي لإجراء تفاعلات الأكسدة والاختزال للحصول على أيونات الليثيوم.


ما أبرز استخدامات عنصر الليثيوم؟

فوائد الليثيوم تدخل في تطبيقات مختلفة في عدة مجالات فيما يلي ذكرها بالتفصيل:


الاستخدامات الطبية

من استخدامات الليثيوم الطبية:[٨]


  • يدخل الليثيوم في صناعة أدوية الاضطراب ثنائي القطب.
  • يستخدم الليثيوم في علاج الأمراض العقلية؛ كالاكتئاب النفسي والانفصام العقلي.
  • يمكن استخدام الليثيوم لعلاج أمراض فرط الحركة ونقص الانتباه.


الاستخدامات الصناعية

من استخدامات الليثيوم الصناعية:[٩]


  • الزجاج والسيراميك.
  • البطاريات التي يمكن إعادة شحنها مثل: بطارية الكاميرا والهاتف المحمول.
  • صناعة سبائك الألمنيوم والمغنيسيوم.
  • بطاريات السيارات التي تعمل بالكهرباء بشكل كامل أو الهجينة.


الاستخدامات النووية

من استخدامات الليثيوم النووية:[١٠]


  • يستخدم النظير 7Li في السيطرة على أنظمة التبريد في الكيمياء مثل: تبريد مفاعل الماء المضغوط واختصارًا (PWR).
  • يعتبر النظير 6Li أساس إنتاج التريتيوم للاندماج النووي، من خلال الانشطار النووي منخفض الطاقة.


الاستخدامات الجمالية

من استخدامات الليثيوم الجمالية:


  • الليثيوم هو أحد مكونات أملاح الإستيرات المستخدمة في صناعة مساحيق التجميل والعطور ومنتجات العناية الشخصية.[١١]
  • سيليكات الليثيوم-المغنيسيوم أحد أهم المكوّنات المستخدمة بشكل واسع في عالم مساحيق التجميل والمستحضرات والعناية بالشعر والبشرة.[١٢]


الاستخدامات الكيميائية

من استخدامات الليثيوم الكيميائية:[١٣]


  • تستخدم إستيرات الليثيوم في عمليات التشحيم.
  • يعد هيدريد الليثيوم مهمًا لتخزين الهيدروجين المستخدم كوقود.
  • تستخدم سبائك الليثيوم-مغنيسيوم في عمليات طلاء الدروع.


الليثيوم من العناصر الهامّة التي يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات.


هل يؤثر الليثيوم على صحة الإنسان؟

يعدّ الليثيوم سام ومُضِر عند تناول جرعات زائدة منه، والبعض قد يتأثر بالجرعات المنخفضة وتظهر عليه أعراض لكنّها لا تعتبر أعراض تسمم، ويعود ذلك إلى طبيعة الأجسام وحساسيّتها، ومن واجب المريض المضطر إلى اللجوء إلى الليثيوم كدواء مراقبة مستويات الدم باستمرار والالتزام بالجرعات المقرّرة، مع الحرص على شرب كميات كافية من الماء تجنّبًا لحدوث الضرر ووقوع حالات التسمّم، التي قد تتدرّج من حالات خفيفة ومتوسّطة إلى حالات تسمم خطيرة جدًّا قد تؤدي إلى الوفاة أحيانًا.[١٤]


يؤثر الليثيوم على صحة الإنسان وقد يتسبب في حدوث حالات تسمّم خطيرة.


5 نصائح للتعامل مع عنصر الليثيوم في المختبر

كيف يمكن التعامل مع الليثيوم بأمان في المختبر؟ فيما يلي بعض النصائح لتجنّب أضرار الليثيوم:


  • عند التعامل مع الليثيوم لا بدّ أن يكون الشخص مُدرّبًا وأن يرتدي: قفازات مطاطية، نظارات لوقاية عينيه.[١٥]
  • عدم ارتداء ملابس قابلة للاشتعال أثناء العمل.[١٥]
  • بعد الانتهاء من العمل عليك المباشرة بالتغسيل مع تنظيف العين.[١٥]
  • لا يتم إطفاء حريق الليثيوم باستخدام المياه، كما يتم حفظه بعيدًا عن أي مصدر رطوبة ولهب.[١٦]
  • يجب ألا يتم استخدام الليثيوم الصلب في غرف مغلقة.[١٧]


لا بد من الالتزام بالنصائح المقرّرة عند التعامل مع الليثيوم خاصة وأنه سريع الاشتعال وقد يكون وجود الليثيوم في جسم الإنسان ضارًّا وسامًّا.


كم يبلغ سعر الليثيوم وهل هو أغلى من الذهب حقًا؟

يبلغ سعر الذهب الخالص حوالي 40 $/غرام تقريبًا[١٨]، بينما يبلغ سعر الليثيوم حوالي 0.1 $/غرام[١٩] حسب الأسعار المدّونة للمعدنين في عام 2010 م في الولايات المتحدة، وكما هو واضح فسعر الليثيوم بالدولار ليس الأغلى، إلا أنّ أهميّة واستخدامات الليثيوم جعلت منه معدنًا ينافس معدن الذهب في الأهمية كناية عن بروزه في مجالات عدّة جعلته نفيسًا.


الليثيوم ليس أغلى من الذهب في الواقع إلا أنّ له من الأهمية والمكانة ما يمكنه أن ينافس بهما حتى الذهب.

المراجع

  1. ^ أ ب ت ث ج ح "Lithium", britannica. Edited.
  2. ^ أ ب ت "Lithium", rsc. Edited.
  3. ↑ "Stable Isotopes", researchgate. Edited.
  4. ↑ "4.8: Isotopes - When the Number of Neutrons Varies", libretexts. Edited.
  5. ^ أ ب ت ث ج ح "Lithium", rsc. Edited.
  6. ^ أ ب ت ث "Chemistry of Lithium (Z=3)", libretexts. Edited.
  7. ↑ "List of Electronegativity Values of the Elements 2", sciencenotes. Edited.
  8. ↑ "Lithium", webmd. Edited.
  9. ↑ "World Lithium Supply", large.stanford. Edited.
  10. ↑ "Lithium", world-nuclear. Edited.
  11. ↑ "Lithium Stearate", cosmeticsinfo. Edited.
  12. ↑ "Lithium Magnesium Sodium Silicate", cosmeticsinfo. Edited.
  13. ↑ "Lithium", rsc. Edited.
  14. ↑ "The Facts About Lithium Toxicity", healthline. Edited.
  15. ^ أ ب ت Livent , A BASIC SAFE HANDLING GUIDE FOR LITHIUM METAL 2018, Page 18. Edited.
  16. ↑ Livent, A BASIC SAFE HANDLING GUIDE FOR LITHIUM METAL 2018, Page 19. Edited.
  17. ↑ Livent, A BASIC SAFE HANDLING GUIDE FOR LITHIUM METAL 2018, Page 17. Edited.
  18. ↑ USGS, Metal Prices in the United States Through 2010, Page 62. Edited.
  19. ↑ USGS, Metal Prices in the United States Through 2010, Page 87. Edited.
4843 مشاهدة
للأعلى للسفل
×