بسم الله الرحمن الرحيم


بما أن تخصصي كيمياء فأحبب أن اطلعكم على أحد عناصر الجدول الدروي في الكيماء حسب موسوعة ويكيبديا وهو:

ليثيوم


الليثيوم هو عنصر كيميائي له الرمز Liوالعدد الذري 3. يقع الليثيوم في الجدول الدوري ضمن عناصر الدورة الثانية وفي المجموعة الأولى كأول الفلزات القلوية. إن الليثيوم النقي عبارة عن فلز ذو لون أبيض فضي، وهو ليّن وخفيف، حيث أنه الفلز الأقل كثافة بين العناصر الكيميائية الصلبة وذلك في الظروف القياسية من الضغط ودرجة الحرارة.
نتيجة النشاط الكيميائي الكبير لعنصر الليثيوم فإنه لا يوجد في الطبيعة بصورته الحرة، لذلك يحفظ عادة ضمن وسط من زيت معدني. عند درجة حرارة الغرفة وفي وسط جاف تماماً يبقى الليثيوم لفترة طويلة نسبياً قبل أن يتحول إلى نتريد الليثيوم نتيجة تفاعله مع نيتروجين الهواء. وفي الوسط الرطب يتشكل على سطح الليثيوم النقي طبقة رمادية من هيدروكسيد الليثيوم. كغيره من الفلزات القلوية، فإن الليثيوم الفلزي يتفاعل بعنف مع الماء.
يوجد الليثيوم بآثار قليلة على شكل أملاح في المياه المعدنية وكذلك في جسم الإنسان، مع ضرورة الإشارة إلى أنه لا ينتمي إلى فئة المغذيات الضرورية الأساسية، إذ أن ليس له أهمية حيوية. بالمقابل، فإن لبعض أملاح الليثيوم مثل كربونات الليثيوم أثر طبي وتستخدم ضمن العلاج بالليثيوم لاضطرابات عصبية نفسية مثل الهوسوالاكتئابوالاضطراب ثنائي القطب. لليثيوم العديد من التطبيقات التقنية المهمة، أشهرها دخوله في صناعة بطاريات الليثيوم المختلفة ذات الاستعمال لمرة واحدة بالإضافة إلى بطارية ليثيوم-أيون القابلة للشحن.






الاكتشاف وأصل التسمية

يوهان آوغست أرفيدسون، مكتشف عنصر الليثيوم.


اكتشف معدن البيتاليت (LiAlSi4O10) عام 1800 من قبل البرازيلي جوزيه بونيفاسيو دي أندرادا وذلك في منجم في جزيرة أوتو السويدية.إلا أنه لم يعرف تركيب هذا المعدن حتى عام 1817 عندما قام الكيميائي يوهان آوغست أرفيدسون باكتشاف وجود عنصر جديد في المعدن أثناء إجراء تجاربه عليه في مختبر بيرسيليوس.على الرغم من أن عنصر الليثيوم يشكل مركبات مشابهة للصوديوموللبوتاسيوم، إلا أن الكربوناتوالهيدروكسيد عند الليثيوم لها انحلالية أقل في الماء وهي أكثر قلوية. سمّى بيرسيليوس المادة القلوية المترسبة اسم ليثيونlithion وذلك من الكلمة الإغريقيةλιθoς (ليثوس) والتي تعني الحجر، وذلك للإشارة إلى المعدن الصلب، كما سمّى الفلز المكتشف ليثيوم.أظهر أرفيندسون فيما بعد وجود نفس الفلز في معادن أخرى مثل الإسبودومينوالليبيدوليت.
في عام 1818، كان العالم كريستيان غميلين أول من لاحظ أن أملاح الليثيوم تعطي لون أحمر زاهي للهب. رغم الاكتشافات التي تم التوصل لها، إلا أن كلاً من أرفيندسون وغميلين لم يتمكنا من عزل عنصر الليثيوم النقي من أملاحه. ولم يحدث ذلك إلا عام 1821، عندما تمكن وليام توماس بريند من الحصول على الليثيوم النقي بإجراء عملية تحليل كهربائيلأكسيد الليثيوم، وهي العملية نفسها التي قام بها همفري ديفي للحصول على الفلزات القلوية الصوديوم والبوتاسيوم وذلك من أملاحها.قام بريند أيضاً بوصف أملاح نقية لليثيوم مثل الكلوريد وقدّر بأن الليثيا (أكسيد الليثيوم) يحوي حوالي 55% من الفلز، معتبراً بذلك أن الوزن الذري لليثيوم هو حوالي 9.8 غ/مول، في حين أنه فعلياً 6.94 غ/مول بنفس الأسلوب، تمكن روبرت بنسنوأوغوستوس ماتيسن من إنتاج كميات كبيرة من الليثيوم بإجراء عملية تحليل كهربائي لكلوريد الليثيوم. هذه العملية فتحت الباب للإنتاج التجاري من الليثيوم، عندما قامت الشركة الألمانية للمعادن Metallgesellschaft AG عام 1923 بإنتاج الليثيوم من التحليل الكهربائي لمزيج من كلوريد الليثيوم وكلوريد البوتاسيوم.
في عام 1917، تمكّن العالم فيلهلم شلينك من اصطناع أول مركب عضوي لليثيوم وذلك من مركبات عضويةللزئبق.



الإنتاج والتطبيقات

مرّ إنتاج واستخدام الليثيوم بمراحل عدة خلال التاريخ الحديث. إن أول تطبيق لليثيوم كان استخدامه في إنتاج صابون الليثيوم من أجل تشحيم محركات الطائرات وتطبيقات مشابهة في الحرب العالمية الثانية. ما ميّز استخدام هذه الصوابين في هذه التطبيقات أن صابون الليثيوم له نقطة انصهار عالية مقارنة مع صوابين الفلزات القلوية الأخرى، كما أنها ذات تأثير أكّال أقل مقارتة مع الصوابين المعتمدة على الكالسيوم.
ازداد الطلب على إنتاج الليثيوم أثناء الحرب الباردة نتيجة سباق التسلح النووي. تستخدم نظيري الليثيوم ليثيوم-6 وليثيوم-7 في إنتاج التريتيوم عندما تتعرض للقذف من النيوترونات. كانت الولايات المتحدة الأمريكية المنتج الأول لليثيوم بين أواخر الخمسينات حتى منتصف الثمانينات من القرن العشرين. كان حوالي 75% من الإنتاج عبارة عن ليثيوم-6 على شكل هيدروكسيد الليثيوم، والذي كانت كميته تقدر بحوالي 42 ألف طن. إن هذه الكمية من ليثيوم-6 كان لها تأثير على نسبة نظائر الليثيوم في الطبيعة عند الحاجة إلى إجراء تقييس لمعرفة الوزن الذري لليثيوم في العديد من المركبات ذات التطبيق الصناعي، أو حتى في الطبيعة عند استخدام مثل هذه الأملاح في الإجراءات الكيميائية، حيث يمكن أن تحدث تلوث للمياه الجوفية.
استخدم الليثيوم فيما سبق لتخفيض درجة انصهار الزجاج ولتحسين سلوك الانصهار لأكسيد الألومنيوم في عملية هول-هيرو. كان هذان التطبيقان هما المسيطران على سوق الليثيوم حتى منتصف التسعينات. انخفضت أسعار الليثيوم بعد انخفاض الطلب عليه بعد توقف سباق التسلح النووي، وقيام الدول المنتجة ببيع الكميات المخزنة للسوق بأسعار مخفّضة. بعد ظهور استخدام الليثيوم في صناعة البطاريات زاد الطلب عليه مجدداً، حيث كان هذا المجال هو المسيطر على السوق عام 2007.بالإضافة إلى ذلك، طوّرت طرق لإنتاج الليثيوم وذلك بالاستخراج من المحاليل المركزة للأملاح، وظهرت شركات جديدة لتلبّي هذا الطلب.




الوفرة الطبيعية



على الأرض

منجم سالار دو أويوني في بوليفيا الذي يستخرج منه الليثيوم

على الرغم من أن الليثيوم واسع الانتشار على الأرض، إلا أنه لا يوجد بصورته الحرة نتيجة نشاطه الكيميائي الكبير.[8] يوجد الليثيوم على شكل أملاح في مياه البحار بنسبة تركيز ثابتة تتراوح بين 0.14 إلى 0.25 جزء في المليون (ppm) (ما يعادل 25 ميكرومولار)، بحيث أن الكمية الكليّة تقدّر بحوالي 230 بليون طن.[25][26][27] يمكن أن تزيد هذه النسبة بالقرب من المنافس الحرارية المائية إلى حوالي 7 أجزاء في المليون.[26]
على الرغم من وفرته النسبية، فإن الليثيوم غالباً ما يوجد بتراكيز ضئيلة، إن كان في المحاليل الملحية المركزة أو في معادنه، مما يصعّي من مهمة الحصول عليه.[28][29] تقدّر نسبة الليثيوم في القشرة الأرضية بحوالي 20 إلى 70 جزء في المليون وزناً.[30][31] وهو بذلك يوجد في القشرة الأرضية بنسية أقل من الزنكوالنحاسوالتنغستن، وبكن بنسبة أكبر من الكوبالتوالقصديروالرصاص. يدخل الليثيوم في تركيب الصخور النارية، ويكون أكثر تركيزاً في الغرانيت، بالإضافة إلى صخور البيغماتيت الغرانيتية، والتي توفّر كمية معتبرة من المعادن الحاوية على الليثيوم مثل الإسبودومينوالبيتاليت.[30] يحصل أيضاً على الليثيوم من الليبيدوليت،[32]والأمبليغونيت، ومؤخراً من وحل الهكتوريت.[33] عند نسبة مقدارها 20 مغ لكل كيلوغرام واحد، فإن الليثيوم يقع ترتيبه في المركز الخامس والعشرين من حيث ترتيب العناصر في القشرة الأرضية.[34]
يتوفر الليثيوم بكميات جيدة في منجم سالار دو أويوني في بوليفيا، وذلك بكميات تقدر بحوالي 5.4 مليون طن. حسب تقديرات الماسح الجيولوجي الأمريكي عام 2010 فإن تشيلي تملك أكبر احتياطي من الليثيوم يقدّر بحوالي 7.5 مليون طن.[35] تعد أسترالياوالأرجنتينوالصين من الدول التي تحوي كميات وفيرة من هذا الفلز.[36][37] كما تعد كنداوروسياوالولايات المتحدة الأمريكية من الدول الحاوية على كميات من خامات الليثيوم.[38] في عام 2010، جرت عمليات كشف جيولوجية في بحيرات ملحية جافة غربي أفغانستان، بالإضافة إلى موقع في ولاية غزني الأفغانية، حيث يقدّر وجود كميات معتبرة من فلز الليثيوم.




التحضير والإنتاج

يحصل على الليثيوم بفصله من معادنه مثل إسبودومينوبيتاليتوليبيدوليت وذلك عن باقي الفلزات الأخرى الداخلة في تركيبها. كما يحصل على أملاحه من البحيرات الملحية ومن الينابيع المعدنية ومن الترسبات الملحية.
يحضّر الليثيوم من محاليله الملحية (غالباً على شكل كلوريد الليثيوم) بإجراء عملية تبخر للماء وبإضافة كربونات الصوديوم (الصودا). يوضع المزيج في أحواض وتعرّض لأشعة الشمس لرفع التركيز بحيث نحصل على راسب من كربونات الليثيوم.
يعد كربونات الليثيوم الشكل الصلب الشائع الذي يحصل عليه من المناجم ويعرض في السوق العالمية. للحصول على الشكل الفلزي من الليثيوم تجرى عملية تحليل كهربائي. في البداية يعالج ملح كربونات الليثيوم بحمض الهيدروكلوريك (حمض كلور الماء) حيث يتشكل محلول كلوريد الليثيوم ويتحرر غاز ثنائي أكسيد الكربون في العملية حسب المعادلة:
ينبغي أن تصنع المنشآت التي تجري فيها العملية من نوع خاص من الفولاذ أو من خلائط النيكل، حيث أن محاليل الكلوريد أكالة. ينتج الليثيوم الفلزّي من التحليل الكهربائي لمصهور مزيج من 55% كلوريد الليثيوم و45% كلوريد البوتاسيوم عند درجة حرارة تبلغ حوالي 450 °س.[50]
أو على الشكل التالي
يتجمّع الليثيوم السائل على سطح الكهرل حيث يفصل فيما بعد، وفي هذه الحالة لا ينفصل البوتاسيوم لأن له كمون مسرى أقل في مصهور الكلوريد. بالمقابل، يمكن لآثار من الصوديوم أن تنفصل مع الليثيوم، مما يجعله أكثر فعالية كيميائية، وهذا أمر محبّذ في حال استخدام الليثيوم في الاصطناع العضوي، لكنه غير محبّذ في حال استخدام الليثيوم في صناعة البطاريات