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Litio

El litio (del griego antiguo λίθος ( líthos ) 'piedra'; símbolo Li y número atómico 3) es un metal alcalino blando de color blanco plateado . En condiciones estándar , es el m...

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El litio (del griego antiguo λίθος ( líthos )  'piedra'; símbolo Li y número atómico  3) es un metal alcalino blando de color blanco plateado . En condiciones estándar , es el metal menos denso y el elemento sólido menos denso. Como todos los metales alcalinos, el litio es altamente reactivo e inflamable, y debe almacenarse al vacío, en una atmósfera inerte o en un líquido inerte como queroseno purificado [7] o aceite mineral. Presenta un brillo metálico . Se corroe rápidamente en el aire hasta adquirir un gris plateado opaco, y luego un deslustre negro. No se encuentra libremente en la naturaleza, sino que se presenta principalmente como minerales pegmatíticos , que alguna vez fueron la principal fuente de litio. Debido a su solubilidad como ion, está presente en el agua del océano y se obtiene comúnmente de salmueras . El metal litio se aísla electrolíticamente de una mezcla de cloruro de litio y cloruro de potasio .

El núcleo del átomo de litio está al borde de la inestabilidad, ya que los dos isótopos estables de litio que se encuentran en la naturaleza tienen una de las energías de enlace por nucleón más bajas de todos los nucleidos estables . Debido a su relativa inestabilidad nuclear, el litio es menos común en el sistema solar que 25 de los primeros 32 elementos químicos, aunque sus núcleos son muy ligeros: es una excepción a la tendencia de que los núcleos más pesados ​​sean menos comunes. [8] Por razones relacionadas, el litio tiene usos importantes en la física nuclear . La transmutación de átomos de litio en helio en 1932 fue la primera reacción nuclear totalmente artificial , y el deuteruro de litio sirve como combustible de fusión en armas termonucleares por etapas . [9]

El litio y sus compuestos tienen varias aplicaciones industriales, entre ellas, vidrio y cerámica resistentes al calor , lubricantes de grasa de litio , aditivos fundentes para la producción de hierro, acero y aluminio, baterías de metal de litio y baterías de iones de litio . Estos usos consumen más de tres cuartas partes de la producción de litio. [ cita requerida ] [ ¿cuándo? ]

El litio está presente en los sistemas biológicos en cantidades mínimas. No tiene una función metabólica establecida en los seres humanos. Los medicamentos a base de litio son útiles como estabilizadores del estado de ánimo y antidepresivos en el tratamiento de enfermedades mentales como el trastorno bipolar .

Propiedades

Atómico y físico

Los lingotes de litio con una fina capa de nitruro negro se deslustran.

Los metales alcalinos también se denominan familia del litio, por su elemento principal. Al igual que los demás metales alcalinos (que son el sodio (Na), el potasio (K), el rubidio (Rb), el cesio (Cs) y el francio (Fr)), el litio tiene un único electrón de valencia que, en presencia de disolventes, se libera fácilmente para formar Li + . [10] Debido a esto, el litio es un buen conductor de calor y electricidad, así como un elemento altamente reactivo, aunque es el menos reactivo de los metales alcalinos. La menor reactividad del litio se debe a la proximidad de su electrón de valencia a su núcleo (los dos electrones restantes están en el orbital 1s , mucho más bajo en energía, y no participan en enlaces químicos). [10] El litio fundido es significativamente más reactivo que su forma sólida. [11] [12]

El litio metálico es lo suficientemente blando como para cortarlo con un cuchillo. Es de color blanco plateado. En el aire se oxida a óxido de litio . [10] Su punto de fusión de 180,50 °C (453,65 K; 356,90 °F) [13] y su punto de ebullición de 1342 °C (1615 K; 2448 °F) [13] son ​​los más altos de todos los metales alcalinos, mientras que su densidad de 0,534 g/cm 3 es la más baja.

El litio tiene una densidad muy baja (0,534 g/cm 3 ), comparable con la madera de pino . [14] Es el menos denso de todos los elementos que son sólidos a temperatura ambiente; el siguiente elemento sólido más ligero (potasio, a 0,862 g/cm 3 ) es más del 60% más denso. Aparte del helio y el hidrógeno , como sólido es menos denso que cualquier otro elemento como líquido, siendo solo dos tercios tan denso como el nitrógeno líquido (0,808 g/cm 3 ). [15] El litio puede flotar en los aceites de hidrocarburos más ligeros y es uno de los tres únicos metales que pueden flotar en el agua, los otros dos son el sodio y el potasio .

Litio flotando en petróleo

El coeficiente de expansión térmica del litio es el doble del del aluminio y casi cuatro veces el del hierro . [16] El litio es superconductor por debajo de los 400 μK a presión estándar [17] y a temperaturas más altas (más de 9 K) a presiones muy altas (>20 GPa). [18] A temperaturas inferiores a 70 K, el litio, como el sodio, sufre transformaciones de cambio de fase sin difusión . A 4,2 K tiene un sistema cristalino romboédrico (con un espaciado de repetición de nueve capas); a temperaturas más altas se transforma en cúbico centrado en las caras y luego cúbico centrado en el cuerpo . A temperaturas de helio líquido (4 K) prevalece la estructura romboédrica. [19] Se han identificado múltiples formas alotrópicas para el litio a altas presiones. [20]

El litio tiene una capacidad calorífica específica de masa de 3,58 kilojulios por kilogramo-kelvin, la más alta de todos los sólidos. [21] [22] Debido a esto, el metal de litio se utiliza a menudo en refrigerantes para aplicaciones de transferencia de calor . [21]

Isótopos

El litio natural se compone de dos isótopos estables , 6Li y 7Li , siendo este último el más abundante (95,15% de abundancia natural ). [23] [24] Ambos isótopos naturales tienen una energía de enlace nuclear anómalamente baja por nucleón (en comparación con los elementos vecinos en la tabla periódica , helio y berilio ); el litio es el único elemento de bajo número que puede producir energía neta a través de la fisión nuclear . Los dos núcleos de litio tienen energías de enlace más bajas por nucleón que cualquier otro nucleido estable que no sea hidrógeno-1 , deuterio y helio-3 . [25] Como resultado de esto, aunque muy ligero en peso atómico, el litio es menos común en el Sistema Solar que 25 de los primeros 32 elementos químicos. [8] Se han caracterizado siete radioisótopos , siendo el más estable 8Li con una vida media de 838 ms y 9Li con una vida media de 178 ms. Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias inferiores a 8,6 ms. El isótopo de litio de vida más corta es el 4 Li, que se desintegra mediante emisión de protones y tiene una vida media de 7,6 × 10 −23 s. [26] El isótopo 6 Li es uno de los cinco únicos nucleidos estables que tienen un número impar de protones y un número impar de neutrones; los otros cuatro nucleidos estables impar-impares son el hidrógeno-2 , el boro-10 , el nitrógeno-14 y el tantalio-180m . [27]

El 7- Li es uno de los elementos primordiales (o, más propiamente, nucleidos primordiales ) producidos en la nucleosíntesis del Big Bang . Una pequeña cantidad de 6 -Li y 7 -Li se produce en las estrellas durante la nucleosíntesis estelar , pero se " quema " más rápido a medida que se produce. [28] El 7 -Li también se puede generar en estrellas de carbono . [29] Se pueden generar pequeñas cantidades adicionales de 6 -Li y 7 -Li a partir del viento solar, los rayos cósmicos que golpean átomos más pesados ​​y la desintegración radiactiva del 7- Be del sistema solar primitivo . [30]

Los isótopos de litio se fraccionan sustancialmente durante una amplia variedad de procesos naturales, [31] incluyendo la formación de minerales (precipitación química), el metabolismo y el intercambio iónico . Los iones de litio sustituyen al magnesio y al hierro en sitios octaédricos en minerales arcillosos , donde se prefiere el 6 Li al 7 Li, lo que da como resultado el enriquecimiento del isótopo ligero en procesos de hiperfiltración y alteración de rocas. Se sabe que el exótico 11 Li exhibe un halo de neutrones , con 2 neutrones orbitando alrededor de su núcleo de 3 protones y 6 neutrones. El proceso conocido como separación de isótopos por láser se puede utilizar para separar los isótopos de litio, en particular el 7 Li del 6 Li. [32]

La fabricación de armas nucleares y otras aplicaciones de la física nuclear son una fuente importante de fraccionamiento artificial del litio, ya que el isótopo ligero 6Li se conserva en las reservas industriales y militares hasta tal punto que ha provocado un cambio leve pero mensurable en las proporciones de 6Li a 7Li en fuentes naturales, como los ríos. Esto ha provocado una incertidumbre inusual en el peso atómico estandarizado del litio, ya que esta cantidad depende de las proporciones de abundancia natural de estos isótopos estables de litio de origen natural, tal como están disponibles en fuentes comerciales de minerales de litio. [33]

Ambos isótopos estables del litio se pueden enfriar con láser y se utilizaron para producir la primera mezcla degenerada cuántica de Bose - Fermi . [34]

Aparición

El litio es aproximadamente tan común como el cloro en la corteza continental superior de la Tierra , en términos de átomos.

Astronómico

Aunque se sintetizó en el Big Bang , el litio (junto con el berilio y el boro) es notablemente menos abundante en el universo que otros elementos. Esto es resultado de las temperaturas estelares comparativamente bajas necesarias para destruir el litio, junto con la falta de procesos comunes para producirlo. [35]

Según la teoría cosmológica moderna, el litio (en sus dos isótopos estables, litio-6 y litio-7) fue uno de los tres elementos sintetizados en el Big Bang. [36] Aunque la cantidad de litio generada en la nucleosíntesis del Big Bang depende del número de fotones por barión , para los valores aceptados se puede calcular la abundancia de litio, y existe una " discrepancia cosmológica de litio " en el universo: las estrellas más viejas parecen tener menos litio del que deberían, y algunas estrellas más jóvenes tienen mucho más. [37] La ​​falta de litio en las estrellas más viejas aparentemente se debe a la "mezcla" de litio en el interior de las estrellas, donde se destruye, [38] mientras que el litio se produce en las estrellas más jóvenes. Aunque se transmuta en dos átomos de helio debido a la colisión con un protón a temperaturas superiores a los 2,4 millones de grados Celsius (la mayoría de las estrellas alcanzan fácilmente esta temperatura en su interior), el litio es más abundante de lo que los cálculos predecirían en las estrellas de generaciones posteriores. [39]

Nova Centauri 2013 es el primer lugar en el que se ha encontrado evidencia de litio. [40]

El litio también se encuentra en objetos subestelares enanos marrones y en ciertas estrellas naranjas anómalas. Debido a que el litio está presente en enanas marrones más frías y menos masivas, pero se destruye en estrellas enanas rojas más calientes , su presencia en los espectros de las estrellas se puede utilizar en la "prueba del litio" para diferenciar las dos, ya que ambas son más pequeñas que el Sol. [39] [41] [42] Algunas estrellas naranjas también pueden contener una alta concentración de litio. Las estrellas naranjas que tienen una concentración de litio más alta de lo habitual (como Centaurus X-4) orbitan alrededor de objetos masivos (estrellas de neutrones o agujeros negros) cuya gravedad evidentemente atrae litio más pesado a la superficie de una estrella de hidrógeno y helio, lo que hace que se observe más litio. [39]

El 27 de mayo de 2020, los astrónomos informaron que las explosiones de novas clásicas son productores galácticos de litio-7. [43] [44]

Terrestre

Aunque el litio está ampliamente distribuido en la Tierra, no se encuentra de forma natural en forma elemental debido a su alta reactividad. [10] El contenido total de litio del agua de mar es muy grande y se estima en 230 mil millones de toneladas, donde el elemento existe en una concentración relativamente constante de 0,14 a 0,25 partes por millón (ppm), [45] [46] o 25 micromolar ; [47] se encuentran concentraciones más altas que se acercan a las 7 ppm cerca de los respiraderos hidrotermales . [46]

Las estimaciones del contenido de litio en la corteza terrestre varían de 20 a 70 ppm en peso. [48] El litio constituye aproximadamente el 0,002 por ciento de la corteza terrestre. [49] De acuerdo con su nombre, el litio forma una parte menor de las rocas ígneas , con las mayores concentraciones en los granitos . Las pegmatitas graníticas también proporcionan la mayor abundancia de minerales que contienen litio, siendo la espodumena y la petalita las fuentes comercialmente más viables. [48] Otro mineral significativo de litio es la lepidolita , que ahora es un nombre obsoleto para una serie formada por polilitionita y trilitionita. [50] [51] Otra fuente de litio es la arcilla hectorita , cuyo único desarrollo activo es a través de la Western Lithium Corporation en los Estados Unidos. [52] Con 20 mg de litio por kg de corteza terrestre, [53] el litio es el 31.º elemento más abundante. [54]

Según el Manual de litio y calcio natural , "el litio es un elemento relativamente raro, aunque se encuentra en muchas rocas y algunas salmueras, pero siempre en concentraciones muy bajas. Hay una cantidad bastante grande de depósitos de minerales de litio y de salmueras, pero solo comparativamente pocos de ellos tienen un valor comercial real o potencial. Muchos son muy pequeños, otros son de muy baja calidad". [55]

Se estima (2020) que Chile tiene las mayores reservas con diferencia (9,2 millones de toneladas), [56] y Australia la mayor producción anual (40.000 toneladas). [56] Una de las mayores bases de reservas [nota 1] de litio se encuentra en la zona del Salar de Uyuni de Bolivia, que tiene 5,4 millones de toneladas. Otros proveedores importantes son Australia, Argentina y China. [57] [58] A partir de 2015, el Servicio Geológico Checo consideró la totalidad de las Montañas Minerales de la República Checa como provincia de litio. Se han registrado cinco depósitos, uno cerca de Cínovec  [cs] se considera un depósito potencialmente económico, con 160.000 toneladas de litio. [59] En diciembre de 2019, la empresa minera finlandesa Keliber Oy informó de que su depósito de litio Rapasaari tiene reservas de mineral probadas y probables estimadas en 5,280 millones de toneladas. [60]

En junio de 2010, The New York Times informó que los geólogos estadounidenses estaban realizando estudios de campo en lagos salados secos en el oeste de Afganistán creyendo que allí se encuentran grandes depósitos de litio. [61] Estas estimaciones se "basan principalmente en datos antiguos, que fueron recopilados principalmente por los soviéticos durante su ocupación de Afganistán entre 1979 y 1989". [62] El Departamento de Defensa estimó que las reservas de litio en Afganistán ascendían a las de Bolivia y lo denominó como una potencial "Arabia Saudita del litio". [63] En Cornualles , Inglaterra, la presencia de salmuera rica en litio era bien conocida debido a la histórica industria minera de la región , y los inversores privados han realizado pruebas para investigar la posible extracción de litio en esta área. [64] [65]

Biológico

El litio se encuentra en cantidades traza en numerosas plantas, plancton e invertebrados, en concentraciones de 69 a 5.760 partes por billón (ppb). En los vertebrados, la concentración es ligeramente inferior, y casi todos los tejidos y fluidos corporales de los vertebrados contienen litio en cantidades que van desde 21 a 763 ppb. [46] Los organismos marinos tienden a bioacumular litio más que los organismos terrestres. [66] Se desconoce si el litio tiene un papel fisiológico en alguno de estos organismos. [46] Las concentraciones de litio en el tejido humano promedian alrededor de 24 ppb (4 ppb en la sangre y 1,3 ppm en los huesos ). [67]

El litio es fácilmente absorbido por las plantas [67] y la concentración de litio en el tejido vegetal es típicamente alrededor de 1 ppm . [68] Algunas familias de plantas bioacumulan más litio que otras. [68] Las concentraciones de litio en peso seco para los miembros de la familia Solanaceae (que incluye papas y tomates ), por ejemplo, pueden ser tan altas como 30 ppm mientras que esto puede ser tan bajo como 0.05 ppb para granos de maíz . [67] Los estudios de concentraciones de litio en suelo rico en minerales dan rangos entre alrededor de 0.1 y 50−100 ppm , con algunas concentraciones tan altas como 100−400 ppm, aunque es poco probable que todo esté disponible para ser absorbido por las plantas . [68] La acumulación de litio no parece afectar la composición de nutrientes esenciales de las plantas. [68] La tolerancia al litio varía según la especie de planta y típicamente es paralela a la tolerancia al sodio ; el maíz y el pasto Rhodes , por ejemplo, son altamente tolerantes al daño por litio mientras que el aguacate y la soja son muy sensibles. [68] De manera similar, el litio en concentraciones de 5 ppm reduce la germinación de las semillas en algunas especies (por ejemplo, el arroz asiático y el garbanzo ), pero no en otras (por ejemplo, la cebada y el trigo ). [68]

Muchos de los principales efectos biológicos del litio se pueden explicar por su competencia con otros iones. [69] El ion de litio monovalente Li +
compite con otros iones como el sodio (inmediatamente debajo del litio en la tabla periódica ), que al igual que el litio también es un metal alcalino monovalente . El litio también compite con los iones de magnesio bivalentes , cuyo radio iónico (86 pm ) es aproximadamente el del ion litio [69] (90 pm). Los mecanismos que transportan sodio a través de las membranas celulares también transportan litio. Por ejemplo, los canales de sodio (tanto dependientes de voltaje como epiteliales ) son vías de entrada particularmente importantes para el litio. [69] Los iones de litio también pueden permear a través de canales iónicos dependientes de ligando , así como cruzar membranas nucleares y mitocondriales . [69] Al igual que el sodio, el litio puede ingresar y bloquear parcialmente (aunque no permear ) los canales de potasio y los canales de calcio . [69] Los efectos biológicos del litio son muchos y variados, pero sus mecanismos de acción solo se comprenden parcialmente. [70] Por ejemplo, estudios de pacientes con trastorno bipolar tratados con litio muestran que, entre muchos otros efectos, el litio revierte parcialmente el acortamiento de los telómeros en estos pacientes y también aumenta la función mitocondrial, aunque no se entiende cómo el litio produce estos efectos farmacológicos . [70] [71] Incluso los mecanismos exactos implicados en la toxicidad del litio no se entienden completamente.

Historia

A Johan August Arfwedson se le atribuye el descubrimiento del litio en 1817

La petalita (LiAlSi 4 O 10 ) fue descubierta en 1800 por el químico y estadista brasileño José Bonifácio de Andrada e Silva en una mina en la isla de Utö , Suecia. [72] [73] [74] [75] Sin embargo, no fue hasta 1817 que Johan August Arfwedson , que entonces trabajaba en el laboratorio del químico Jöns Jakob Berzelius , detectó la presencia de un nuevo elemento mientras analizaba el mineral de petalita. [76] [77] [78] [79] Este elemento formaba compuestos similares a los del sodio y el potasio , aunque su carbonato e hidróxido eran menos solubles en agua y menos alcalinos . [80] Berzelius le dio al material alcalino el nombre de " lithion / lithina ", de la palabra griega λιθoς (transcrita como lithos , que significa "piedra"), para reflejar su descubrimiento en un mineral sólido, a diferencia del potasio, que se había descubierto en cenizas de plantas, y el sodio, que era conocido en parte por su alta abundancia en la sangre animal. Llamó al nuevo elemento "litio". [10] [74] [79]

Arfwedson demostró más tarde que este mismo elemento estaba presente en los minerales espodumena y lepidolita . [81] [74] En 1818, Christian Gmelin fue el primero en observar que las sales de litio dan un color rojo brillante a la llama. [74] [82] Sin embargo, tanto Arfwedson como Gmelin intentaron y fracasaron en aislar el elemento puro de sus sales. [74] [79] [83] No se aisló hasta 1821, cuando William Thomas Brande lo obtuvo por electrólisis de óxido de litio , un proceso que había sido empleado previamente por el químico Sir Humphry Davy para aislar los metales alcalinos potasio y sodio. [39] [83] [84] [85] [86] Brande también describió algunas sales puras de litio, como el cloruro, y, estimando que el litio ( óxido de litio ) contenía alrededor del 55% de metal, estimó que el peso atómico del litio era de alrededor de 9,8 g/mol (valor moderno ~6,94 g/mol). [87] En 1855, Robert Bunsen y Augustus Matthiessen produjeron mayores cantidades de litio mediante la electrólisis del cloruro de litio . [74] [88] El descubrimiento de este procedimiento condujo a la producción comercial de litio en 1923 por la empresa alemana Metallgesellschaft AG , que realizó una electrólisis de una mezcla líquida de cloruro de litio y cloruro de potasio . [74] [89] [90]

Se le atribuye al psiquiatra australiano John Cade la reintroducción y popularización del uso del litio para tratar la manía en 1949. [91] Poco después, a mediados del siglo XX, la aplicabilidad del litio como estabilizador del estado de ánimo para la manía y la depresión despegó en Europa y los Estados Unidos.

La producción y el uso del litio han sufrido varios cambios drásticos a lo largo de la historia. La primera aplicación importante del litio fue en grasas de litio de alta temperatura para motores de aeronaves y aplicaciones similares durante la Segunda Guerra Mundial y poco después. Este uso se vio respaldado por el hecho de que los jabones a base de litio tienen un punto de fusión más alto que otros jabones alcalinos y son menos corrosivos que los jabones a base de calcio. La pequeña demanda de jabones de litio y grasas lubricantes fue apoyada por varias pequeñas operaciones mineras, principalmente en los EE. UU.

La demanda de litio aumentó drásticamente durante la Guerra Fría con la producción de armas de fusión nuclear . Tanto el litio-6 como el litio-7 producen tritio cuando son irradiados por neutrones, y por lo tanto son útiles para la producción de tritio por sí mismos, así como una forma de combustible de fusión sólido utilizado dentro de las bombas de hidrógeno en forma de deuteruro de litio . Estados Unidos se convirtió en el principal productor de litio entre fines de la década de 1950 y mediados de la década de 1980. Al final, las reservas de litio eran de aproximadamente 42.000 toneladas de hidróxido de litio. El litio almacenado se agotó en litio-6 en un 75%, lo que fue suficiente para afectar el peso atómico medido del litio en muchos productos químicos estandarizados, e incluso el peso atómico del litio en algunas "fuentes naturales" de iones de litio que habían sido "contaminadas" por sales de litio descargadas de instalaciones de separación de isótopos, que habían encontrado su camino hacia las aguas subterráneas. [33] [92]

Imágenes satelitales del Salar del Hombre Muerto , Argentina (izquierda), y de Uyuni , Bolivia (derecha), salares ricos en litio. La salmuera rica en litio se concentra bombeándola a estanques de evaporación solar (visibles en la imagen de la izquierda).

El litio se utiliza para disminuir la temperatura de fusión del vidrio y para mejorar el comportamiento de fusión del óxido de aluminio en el proceso Hall-Héroult . [93] [94] Estos dos usos dominaron el mercado hasta mediados de la década de 1990. Después del final de la carrera armamentista nuclear , la demanda de litio disminuyó y la venta de las reservas del departamento de energía en el mercado abierto redujo aún más los precios. [92] A mediados de la década de 1990, varias empresas comenzaron a aislar el litio de la salmuera , lo que resultó ser una opción menos costosa que la minería subterránea o a cielo abierto. La mayoría de las minas cerraron o cambiaron su enfoque a otros materiales porque solo el mineral de las pegmatitas zonificadas podía extraerse a un precio competitivo. Por ejemplo, las minas estadounidenses cerca de Kings Mountain , Carolina del Norte, cerraron antes de principios del siglo XXI.

El desarrollo de baterías de iones de litio aumentó la demanda de litio y se convirtió en el uso dominante en 2007. [95] Con el aumento de la demanda de litio en baterías en la década de 2000, nuevas empresas han ampliado los esfuerzos de aislamiento de salmuera para satisfacer la creciente demanda. [96] [97]

Se ha argumentado que el litio será uno de los principales objetos de la competencia geopolítica en un mundo que funcione con energía renovable y dependa de baterías, pero esta perspectiva también ha sido criticada por subestimar el poder de los incentivos económicos para una producción ampliada. [98]

Química

De metal de litio

El litio reacciona con el agua fácilmente, pero con un vigor notablemente menor que otros metales alcalinos. La reacción forma gas hidrógeno e hidróxido de litio . [10] Cuando se colocan sobre una llama, los compuestos de litio emiten un llamativo color carmesí, pero cuando el metal arde con fuerza, la llama se vuelve plateada brillante. El litio se encenderá y arderá en oxígeno cuando se exponga al agua o al vapor de agua. En aire húmedo, el litio se empaña rápidamente para formar una capa negra de hidróxido de litio (LiOH y LiOH·H 2 O), nitruro de litio (Li 3 N) y carbonato de litio (Li 2 CO 3 , resultado de una reacción secundaria entre LiOH y CO 2 ). [48] El litio es uno de los pocos metales que reaccionan con el gas nitrógeno . [99] [100]

Debido a su reactividad con el agua, y especialmente con el nitrógeno, el litio metálico suele almacenarse en un sellador de hidrocarburos, a menudo vaselina . Aunque los metales alcalinos más pesados ​​pueden almacenarse bajo aceite mineral , el litio no es lo suficientemente denso como para sumergirse por completo en estos líquidos. [39]

El litio tiene una relación diagonal con el magnesio , un elemento de radio atómico e iónico similar . Las semejanzas químicas entre los dos metales incluyen la formación de un nitruro por reacción con N 2 , la formación de un óxido ( Li
2O ) y peróxido ( Li
2Oh
2) cuando se quema en O 2 , sales con solubilidades similares e inestabilidad térmica de los carbonatos y nitruros. [48] [101] El metal reacciona con gas hidrógeno a altas temperaturas para producir hidruro de litio (LiH). [102]

El litio forma una variedad de materiales binarios y ternarios por reacción directa con los elementos del grupo principal. Estas fases de Zintl , aunque altamente covalentes, pueden considerarse sales de aniones poliatómicos como Si 4 4- , P 7 3- y Te 5 2- . Con el grafito, el litio forma una variedad de compuestos de intercalación . [101]

Se disuelve en amoniaco (y aminas) para dar [Li(NH 3 ) 4 ] + y el electrón solvatado . [101]

Compuestos inorgánicos

El litio forma derivados similares a sales con todos los haluros y pseudohaluros. Algunos ejemplos incluyen los haluros LiF , LiCl , LiBr , LiI , así como los pseudohaluros y aniones relacionados. El carbonato de litio se ha descrito como el compuesto más importante del litio. [101] Este sólido blanco es el principal producto de la beneficiación de los minerales de litio. Es un precursor de otras sales, incluidas las cerámicas y los materiales para baterías de litio.

Los compuestos LiBH
4y LiAlH
4Son reactivos útiles . Estas sales y muchas otras sales de litio presentan una solubilidad distintivamente alta en éteres, en contraste con las sales de metales alcalinos más pesados.

En solución acuosa predomina el complejo de coordinación [Li(H 2 O) 4 ] + para muchas sales de litio. Se conocen complejos relacionados con aminas y éteres.

Química orgánica

Estructura hexamérica del fragmento de n -butillitio en un cristal

Los compuestos de organolitio son numerosos y útiles. Se definen por la presencia de un enlace entre el carbono y el litio. Sirven como carbaniones estabilizados por metales , aunque sus estructuras en solución y en estado sólido son más complejas que esta visión simplista. [103] Por lo tanto, son bases y nucleófilos extremadamente poderosos . También se han aplicado en síntesis asimétrica en la industria farmacéutica. Para la síntesis orgánica de laboratorio, muchos reactivos de organolitio están disponibles comercialmente en forma de solución. Estos reactivos son altamente reactivos y, a veces, son pirofóricos .

Al igual que sus compuestos inorgánicos, casi todos los compuestos orgánicos de litio siguen formalmente la regla del dúo (p. ej., BuLi , MeLi ). Sin embargo, es importante señalar que, en ausencia de disolventes o ligandos de coordinación, los compuestos de organolitio forman cúmulos diméricos, tetraméricos y hexaméricos (p. ej., BuLi es en realidad [BuLi] 6 y MeLi es en realidad [MeLi] 4 ) que presentan enlaces multicéntricos y aumentan el número de coordinación alrededor del litio. Estos cúmulos se descomponen en unidades más pequeñas o monoméricas en presencia de disolventes como el dimetoxietano (DME) o ligandos como la tetrametiletilendiamina (TMEDA). [104] Como excepción a la regla del dúo, se ha caracterizado cristalográficamente un complejo de litato de dos coordenadas con cuatro electrones alrededor del litio, [Li(thf) 4 ] + [((Me 3 Si) 3 C) 2 Li] – . [105]

Producción

La producción de litio ha aumentado considerablemente desde el final de la Segunda Guerra Mundial . Las principales fuentes de litio son las salmueras y los minerales .

El metal litio se produce mediante electrólisis aplicada a una mezcla de 55% de cloruro de litio y 45% de cloruro de potasio fundido a aproximadamente 450 °C. [108]

Reservas y ocurrencia

Diagramas de dispersión de la ley y el tonelaje de litio para depósitos seleccionados del mundo, a partir de 2017

El pequeño tamaño iónico dificulta la inclusión del litio en las primeras etapas de la cristalización mineral. Como resultado, el litio permanece en las fases fundidas, donde se enriquece, hasta que se solidifica en las etapas finales. Este enriquecimiento de litio es responsable de todos los depósitos de mineral de litio comercialmente prometedores . Las salmueras (y la sal seca) son otra fuente importante de Li + . Aunque el número de depósitos y salmueras que contienen litio conocidos es grande, la mayoría de ellos son pequeños o tienen concentraciones de Li + demasiado bajas . Por lo tanto, solo unos pocos parecen tener valor comercial. [109]

El Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) estimó que las reservas mundiales de litio identificadas en 2020 y 2021 fueron de 17 millones y 21 millones de toneladas , respectivamente. [57] [56] Es difícil realizar una estimación precisa de las reservas mundiales de litio. [110] [111] Una razón para esto es que la mayoría de los esquemas de clasificación de litio se desarrollan para depósitos de mineral sólido, mientras que la salmuera es un fluido que es problemático de tratar con el mismo esquema de clasificación debido a las diferentes concentraciones y los efectos de bombeo. [112]

En 2019, la producción mundial de litio a partir de espodumena fue de alrededor de 80.000 t por año, principalmente de la pegmatita de Greenbushes y de algunas fuentes chinas y chilenas . Se informa que la mina Talison en Greenbushes es la más grande y tiene la mayor ley de mineral con 2,4% de Li2O ( cifras de 2012). [113]

Triángulo de litio y otras fuentes de salmuera

Los cuatro principales países productores de litio del mundo en 2019, según lo informado por el Servicio Geológico de Estados Unidos, son Australia , Chile , China y Argentina . [57]

Los tres países de Chile , Bolivia y Argentina contienen una región conocida como el Triángulo del Litio . El Triángulo del Litio es conocido por sus salares de alta calidad, que incluyen el Salar de Uyuni de Bolivia, el Salar de Atacama de Chile y el Salar de Arizaro de Argentina . Se cree que el Triángulo del Litio contiene más del 75% de las reservas de litio conocidas existentes. [114] También se encuentran depósitos en América del Sur a lo largo de la cadena montañosa de los Andes . Chile es el principal productor, seguido de Argentina. Ambos países recuperan litio de piscinas de salmuera. Según el USGS, el desierto de Uyuni de Bolivia tiene 5,4 millones de toneladas de litio. [115] [116] La mitad de las reservas conocidas del mundo se encuentran en Bolivia a lo largo de la vertiente centrooriental de los Andes. El gobierno boliviano ha invertido 900 millones de dólares en la producción de litio y en 2021 produjo con éxito 540 toneladas. [117] [115] Las salmueras de las salinas del Triángulo del Litio varían ampliamente en contenido de litio. [118] Las concentraciones también pueden variar con el tiempo ya que las salmueras son fluidos cambiantes y móviles. [118]

En Estados Unidos, el litio se recupera de las piscinas de salmuera de Nevada . [21] También se están desarrollando proyectos en Lithium Valley , en California. [119]

Depósitos de roca dura

Desde 2018, se sabe que la República Democrática del Congo tiene el depósito de roca dura de espodumena de litio más grande del mundo. [120] El depósito ubicado en Manono , República Democrática del Congo , puede contener hasta 1.500 millones de toneladas de roca dura de espodumena de litio. Las dos pegmatitas más grandes (conocidas como la pegmatita Carriere de l'Este y la pegmatita Roche Dure) son cada una de tamaño similar o más grandes que la famosa pegmatita Greenbushes en Australia Occidental . Por lo tanto, se espera que la República Democrática del Congo sea un proveedor importante de litio para el mundo con su alto grado y bajas impurezas.

El 16 de julio de 2018, se encontraron 2,5 millones de toneladas de recursos de litio de alto grado y 124 millones de libras de recursos de uranio en el depósito de roca dura Falchani en la región de Puno, Perú. [121] En 2020, Australia otorgó el estatus de Proyecto Mayor (MPS) al Proyecto de Litio Finniss para un depósito de litio de importancia estratégica: un estimado de 3,45 millones de toneladas (Mt) de recursos minerales con un 1,4 por ciento de óxido de litio . [122] [123] La minería operativa comenzó en 2022. [124]

Se estima que un depósito descubierto en 2013 en Rock Springs Uplift en Wyoming contiene 228.000 toneladas. [ aclaración necesaria ] Se estimó que depósitos adicionales en la misma formación alcanzaron hasta 18 millones de toneladas. [125] De manera similar, en Nevada, la caldera McDermitt alberga lodos volcánicos que contienen litio y que consisten en los depósitos de litio más grandes conocidos en los Estados Unidos. [126]

Se sabe que la provincia pegmatita pampeana de Argentina tiene un total de al menos 200.000 toneladas de espodumena con grados de óxido de litio (Li 2 O) que varían entre 5 y 8 % en peso. [127]

En Rusia, el mayor yacimiento de litio, Kolmozerskoye, se encuentra en la región de Murmansk . En 2023, Polar Lithium, una empresa conjunta entre Nornickel y Rosatom, ha obtenido el derecho a explotar el yacimiento. El proyecto pretende producir 45.000 toneladas de carbonato e hidróxido de litio al año y prevé alcanzar la capacidad total de diseño en 2030. [128]

Fuentes

Otra fuente potencial de litio a partir de 2012 [update]se identificó como los lixiviados de pozos geotérmicos , que son llevados a la superficie. [129] La recuperación de este tipo de litio se ha demostrado en el campo; el litio se separa por filtración simple. [130] [ aclaración necesaria ] Las reservas son más limitadas que las de los yacimientos de salmuera y roca dura. [ cita requerida ]

Precios

Precios del litio

En 1998, el precio del metal de litio era de aproximadamente 95 USD/kg (o US$43/ lb ). [131] Después de la crisis financiera de 2007 , los principales proveedores, como Sociedad Química y Minera (SQM), redujeron el precio del carbonato de litio en un 20%. [132] Los precios aumentaron en 2012. Un artículo de Business Week de 2012 describió un oligopolio en el espacio del litio: "SQM, controlada por el multimillonario Julio Ponce , es la segunda más grande, seguida por Rockwood , que está respaldada por KKR & Co. de Henry Kravis , y FMC con sede en Filadelfia", con Talison mencionado como el mayor productor. [133] El consumo mundial podría ascender a 300.000 toneladas métricas al año en 2020 [ verificación fallida ] desde aproximadamente 150.000 toneladas en 2012, para igualar la demanda de baterías de litio que ha estado creciendo a un ritmo de alrededor del 25% al ​​año, superando el aumento general del 4% al 5% en la producción de litio. [133] [ necesita actualización ]

El servicio de información de precios ISE (Institute of Rare Earths Elements and Strategic Metals) ofrece para diversas sustancias de litio en el período de marzo a agosto de 2022 los siguientes precios por kilo estables: Carbonato de litio, pureza mín. 99,5%, de varios productores entre 63 y 72 EUR/kg. Hidróxido de litio monohidrato LiOH 56,5% mín., China, entre 66 y 72 EUR/kg; entregado a Corea del Sur - 73 EUR/kg. Litio metálico 99,9% mín., entregado a China - 42 EUR/kg. [134]

Extracción

Análisis de la extracción de litio del agua de mar, publicado en 1975

El litio y sus compuestos se han aislado y extraído históricamente de rocas duras, pero en la década de 1990, los manantiales minerales , las piscinas de salmuera y los depósitos de salmuera se habían convertido en la fuente dominante. [ cita requerida ] La mayoría de estos se encontraban en Chile, Argentina y Bolivia. [56] Los grandes depósitos de litio y arcilla en desarrollo en la caldera McDermitt (Nevada, Estados Unidos) requieren ácido sulfúrico concentrado para lixiviar el litio del mineral de arcilla. [135]

A principios de 2021, gran parte del litio extraído a nivel mundial proviene de " espodumena , el mineral contenido en rocas duras que se encuentran en lugares como Australia y Carolina del Norte" [136] o de la salmuera salada bombeada directamente del suelo, como ocurre en lugares de Chile. [136] [118] En el Salar de Atacama de Chile , la concentración de litio en la salmuera se eleva mediante evaporación solar en un sistema de estanques. [118] El proceso de enriquecimiento por evaporación puede requerir hasta un año y medio, cuando la salmuera alcanza un contenido de litio del 6%. [118] El procesamiento final en este ejemplo se realiza cerca de la ciudad de Antofagasta en la costa, donde se producen carbonato de litio puro , hidróxido de litio y cloruro de litio a partir de la salmuera. [118]

Se espera que los cátodos con bajo contenido de cobalto para baterías de litio requieran hidróxido de litio en lugar de carbonato de litio como materia prima, y ​​esta tendencia favorece a la roca como fuente. [137] [138] [139]

Un método para la extracción de litio, así como otros minerales valiosos , es procesar agua de salmuera geotérmica a través de una celda electrolítica, ubicada dentro de una membrana. [140]

Se ha propuesto el uso de electrodiálisis e intercalación electroquímica para extraer compuestos de litio del agua de mar (que contiene litio a 0,2 partes por millón ). [141] [142] [143] [144] En principio, las celdas selectivas de iones dentro de una membrana podrían recolectar litio ya sea mediante el uso de un campo eléctrico o una diferencia de concentración. [144] En 2024, se afirmó que un sistema de redox/electrodiálisis ofrecería enormes ahorros de costos, plazos más cortos y menos daño ambiental que los sistemas tradicionales basados ​​en evaporación. [145]

Cuestiones medioambientales

Los procesos de fabricación de litio, incluidos los disolventes y los residuos mineros , presentan importantes riesgos ambientales y para la salud. [146] [147] [148] La extracción de litio puede ser fatal para la vida acuática debido a la contaminación del agua . [149] Se sabe que causa contaminación de las aguas superficiales, contaminación del agua potable, problemas respiratorios, degradación del ecosistema y daños al paisaje. [146] También conduce a un consumo insostenible de agua en regiones áridas (1,9 millones de litros por tonelada de litio). [146] La generación masiva de subproductos de la extracción de litio también presenta problemas sin resolver, como grandes cantidades de desechos de magnesio y cal . [150]

En los Estados Unidos, la minería a cielo abierto y la extracción de cimas de montañas compiten con la minería de extracción de salmuera . [151] Las preocupaciones ambientales incluyen la degradación del hábitat de la vida silvestre, la contaminación del agua potable, incluida la contaminación por arsénico y antimonio , la reducción insostenible del nivel freático y los desechos mineros masivos , incluidos los subproductos de uranio radiactivo y la descarga de ácido sulfúrico .

Cuestiones de derechos humanos

Un estudio de las relaciones entre las empresas de extracción de litio y los pueblos indígenas en Argentina indicó que el Estado puede no haber protegido el derecho de los pueblos indígenas al consentimiento libre, previo e informado , y que las empresas de extracción generalmente controlaban el acceso de la comunidad a la información y establecían los términos para la discusión de los proyectos y la distribución de beneficios. [152]

El desarrollo de la mina de litio Thacker Pass en Nevada, Estados Unidos, ha sido objeto de protestas y demandas judiciales por parte de varias tribus indígenas que han dicho que no se les proporcionó el consentimiento previo, libre e informado y que el proyecto amenaza los sitios culturales y sagrados. [153] También han expresado su preocupación por que el desarrollo del proyecto creará riesgos para las mujeres indígenas, porque la extracción de recursos está vinculada a la desaparición y el asesinato de mujeres indígenas . [154] Los manifestantes han estado ocupando el sitio de la mina propuesta desde enero de 2021. [155] [151]

Aplicaciones

Gráfico circular de cuánto litio se utilizó y de qué manera a nivel mundial en 2020. [156]

Baterías

En 2021, la mayor parte del litio se utiliza para fabricar baterías de iones de litio para coches eléctricos y dispositivos móviles .

Cerámica y vidrio

El óxido de litio se utiliza ampliamente como fundente para procesar sílice , reduciendo el punto de fusión y la viscosidad del material y dando lugar a esmaltes con propiedades físicas mejoradas, incluidos coeficientes bajos de expansión térmica. En todo el mundo, este es uno de los usos más importantes de los compuestos de litio. [157] [158] Los esmaltes que contienen óxidos de litio se utilizan para utensilios de cocina. El carbonato de litio (Li 2 CO 3 ) se utiliza generalmente en esta aplicación porque se convierte en óxido al calentarse. [159]

Eléctrico y electrónico

A finales del siglo XX, el litio se convirtió en un componente importante de los electrolitos y electrodos de las baterías, debido a su alto potencial de electrodo . Debido a su baja masa atómica , tiene una alta relación carga-potencia-peso . Una batería de iones de litio típica puede generar aproximadamente 3 voltios por celda, en comparación con los 2,1 voltios de las de plomo-ácido y los 1,5 voltios de las de zinc-carbono . Las baterías de iones de litio, que son recargables y tienen una alta densidad de energía , se diferencian de las baterías de metal de litio , que son baterías desechables ( primarias ) con litio o sus compuestos como ánodo . [160] [161] Otras baterías recargables que utilizan litio incluyen la batería de polímero de iones de litio , la batería de fosfato de hierro y litio y la batería de nanocables .

A lo largo de los años, las opiniones sobre el crecimiento potencial han variado. Un estudio de 2008 concluyó que "la producción realista de carbonato de litio sería suficiente para cubrir solo una pequeña fracción de las futuras necesidades del mercado mundial de vehículos eléctricos e híbridos enchufables ", que "la demanda del sector de la electrónica portátil absorberá gran parte de los aumentos de producción planificados en la próxima década" y que "la producción en masa de carbonato de litio no es ambientalmente racional, causará daños ecológicos irreparables a ecosistemas que deberían protegerse y que la propulsión de iones de litio es incompatible con el concepto de 'coche ecológico'". [58]

Grasas lubricantes

El tercer uso más común del litio es en grasas. El hidróxido de litio es una base fuerte y, cuando se calienta con una grasa, produce un jabón, como el estearato de litio a partir del ácido esteárico . El jabón de litio tiene la capacidad de espesar los aceites y se utiliza para fabricar grasas lubricantes multiusos para altas temperaturas . [21] [162] [163]

Metalurgia

El litio (por ejemplo, como carbonato de litio) se utiliza como aditivo para escorias fundentes de moldes de colada continua donde aumenta la fluidez, [164] [165] un uso que representa el 5% del uso mundial de litio (2011). [57] Los compuestos de litio también se utilizan como aditivos (fundentes) para la arena de fundición para la fundición de hierro para reducir las vetas. [166]

El litio (como fluoruro de litio ) se utiliza como aditivo en fundiciones de aluminio ( proceso Hall-Héroult ), reduciendo la temperatura de fusión y aumentando la resistencia eléctrica, [167] un uso que representa el 3% de la producción (2011). [57]

Cuando se utiliza como fundente para soldadura , el litio metálico promueve la fusión de metales durante el proceso [168] y elimina la formación de óxidos al absorber impurezas. [169] Las aleaciones del metal con aluminio, cadmio , cobre y manganeso se utilizan para fabricar piezas de aeronaves de alto rendimiento y baja densidad (ver también Aleaciones de litio-aluminio ). [170]

Nanosoldadura de silicio

Se ha descubierto que el litio es eficaz para ayudar a perfeccionar las nanosoldaduras de silicio en componentes electrónicos para baterías eléctricas y otros dispositivos. [171]

El litio se utiliza en bengalas y pirotecnia debido a su llama de color rojo rosado. [172]

Pirotécnica

Los compuestos de litio se utilizan como colorantes pirotécnicos y oxidantes en fuegos artificiales y bengalas rojas . [21] [173]

Purificación de aire

El cloruro de litio y el bromuro de litio son higroscópicos y se utilizan como desecantes para corrientes de gas. [21] El hidróxido de litio y el peróxido de litio son las sales más comúnmente utilizadas en áreas confinadas, como a bordo de naves espaciales y submarinos , para la eliminación de dióxido de carbono y la purificación del aire. El hidróxido de litio absorbe dióxido de carbono del aire formando carbonato de litio y se prefiere sobre otros hidróxidos alcalinos por su bajo peso.

El peróxido de litio (Li 2 O 2 ) en presencia de humedad no solo reacciona con el dióxido de carbono para formar carbonato de litio, sino que también libera oxígeno. [174] [175] La reacción es la siguiente:

2 Li 2 O 2 + 2 CO 2 → 2 Li 2 CO 3 + O 2

Algunos de los compuestos antes mencionados, así como el perclorato de litio , se utilizan en las velas de oxígeno que suministran oxígeno a los submarinos . Estos también pueden incluir pequeñas cantidades de boro , magnesio , aluminio , silicio , titanio , manganeso y hierro . [ 176]

Óptica

El fluoruro de litio , cultivado artificialmente como cristal , es claro y transparente y se utiliza a menudo en óptica especializada para aplicaciones de IR , UV y VUV ( UV al vacío ). Tiene uno de los índices de refracción más bajos y el rango de transmisión más lejano en el UV profundo de la mayoría de los materiales comunes. [177] El polvo de fluoruro de litio finamente dividido se ha utilizado para la dosimetría de radiación termoluminiscente (TLD): cuando una muestra de este tipo se expone a la radiación, acumula defectos en el cristal que, cuando se calientan, se resuelven mediante una liberación de luz azulada cuya intensidad es proporcional a la dosis absorbida , lo que permite cuantificarla. [178] El fluoruro de litio a veces se utiliza en lentes focales de telescopios . [21] [179]

La alta no linealidad del niobato de litio también lo hace útil en aplicaciones de óptica no lineal . Se utiliza ampliamente en productos de telecomunicaciones como teléfonos móviles y moduladores ópticos , para componentes como cristales resonantes . Las aplicaciones de litio se utilizan en más del 60% de los teléfonos móviles. [180]

Química orgánica y de polímeros

Los compuestos de organolitio se utilizan ampliamente en la producción de polímeros y productos químicos finos. En la industria de polímeros, que es el consumidor dominante de estos reactivos, los compuestos de alquil litio son catalizadores / iniciadores [181] en la polimerización aniónica de olefinas no funcionalizadas . [182] [183] ​​[184] Para la producción de productos químicos finos, los compuestos de organolitio funcionan como bases fuertes y como reactivos para la formación de enlaces carbono-carbono . Los compuestos de organolitio se preparan a partir de litio metálico y haluros de alquilo . [185]

Muchos otros compuestos de litio se utilizan como reactivos para preparar compuestos orgánicos. Algunos compuestos populares incluyen hidruro de litio y aluminio (LiAlH 4 ), trietilborohidruro de litio , n -butillitio y terc -butillitio .

El lanzamiento de un torpedo que utiliza litio como combustible

Militar

El litio metálico y sus hidruros complejos , como el hidruro de litio y aluminio (LiAlH 4 ), se utilizan como aditivos de alta energía para propulsores de cohetes . [39] El LiAlH 4 también se puede utilizar por sí solo como combustible sólido . [186]

El sistema de propulsión de energía química almacenada (SCEPS) del torpedo Mark 50 utiliza un pequeño tanque de hexafluoruro de azufre , que se rocía sobre un bloque de litio sólido. La reacción genera calor, creando vapor para propulsar el torpedo en un ciclo Rankine cerrado . [187]

El hidruro de litio que contiene litio-6 se utiliza en armas termonucleares , donde sirve como combustible para la etapa de fusión de la bomba. [188]

Nuclear

El litio-6 se valora como material de partida para la producción de tritio y como absorbente de neutrones en la fusión nuclear . El litio natural contiene alrededor de un 7,5 % de litio-6, del que se han producido grandes cantidades de litio-6 mediante separación de isótopos para su uso en armas nucleares . [189] El litio-7 ha despertado interés por su uso en refrigerantes para reactores nucleares . [190]

El deuteruro de litio se utilizó como combustible en el dispositivo nuclear Castle Bravo .

El deuteruro de litio fue el combustible de fusión elegido en las primeras versiones de la bomba de hidrógeno . Cuando se bombardean con neutrones , tanto el 6Li como el 7Li producen tritio ; esta reacción, que no se entendía del todo cuando se probaron las bombas de hidrógeno por primera vez, fue responsable del rendimiento descontrolado de la prueba nuclear Castle Bravo . El tritio se fusiona con el deuterio en una reacción de fusión que es relativamente fácil de lograr. Aunque los detalles siguen siendo secretos, el deuteruro de litio-6 aparentemente todavía juega un papel en las armas nucleares modernas como material de fusión. [191]

El fluoruro de litio , cuando está altamente enriquecido con el isótopo litio-7, forma el componente básico de la mezcla de sales de fluoruro LiF - BeF 2 utilizada en los reactores nucleares de fluoruro líquido . El fluoruro de litio es excepcionalmente estable químicamente y las mezclas de LiF-BeF 2 tienen puntos de fusión bajos. Además, el 7 Li, Be y F se encuentran entre los pocos nucleidos con secciones eficaces de captura de neutrones térmicos lo suficientemente bajas como para no envenenar las reacciones de fisión dentro de un reactor de fisión nuclear. [nota 4] [192]

En las plantas de energía de fusión nuclear conceptualizadas (hipotéticas) , se utilizará litio para producir tritio en reactores confinados magnéticamente que utilizan deuterio y tritio como combustible. El tritio que se encuentra en la naturaleza es extremadamente raro y debe producirse sintéticamente rodeando el plasma que reacciona con una "manta" que contenga litio, donde los neutrones de la reacción deuterio-tritio en el plasma fisionarán el litio para producir más tritio:

6Li +n → 4He + 3H .

El litio también se utiliza como fuente de partículas alfa o núcleos de helio . Cuando se bombardea 7 Li con protones acelerados se forma 8 Be , que sufre casi inmediatamente una fisión para formar dos partículas alfa. Esta hazaña, llamada en su momento "división del átomo", fue la primera reacción nuclear completamente artificial . Fue producida por Cockroft y Walton en 1932. [193] [194] La inyección de polvos de litio se utiliza en reactores de fusión para manipular las interacciones plasma-material y disipar energía en el límite caliente del plasma de fusión termonuclear. [195] [196]

En 2013, la Oficina de Responsabilidad Gubernamental de Estados Unidos dijo que una escasez de litio-7, fundamental para el funcionamiento de 65 de los 100 reactores nucleares estadounidenses, "pone en cierto riesgo su capacidad de seguir proporcionando electricidad". Castle Bravo utilizó litio-7 por primera vez en el Shrimp , su primer dispositivo, que pesaba solo 10 toneladas y generó una contaminación atmosférica nuclear masiva en el atolón de Bikini . Esto quizás explique el declive de la infraestructura nuclear estadounidense. [197] El equipo necesario para separar el litio-6 del litio-7 es en su mayoría un remanente de la guerra fría. Estados Unidos cerró la mayor parte de esta maquinaria en 1963, cuando tenía un enorme excedente de litio separado, consumido principalmente durante el siglo XX. El informe decía que se necesitarían cinco años y entre 10 y 12 millones de dólares para restablecer la capacidad de separar el litio-6 del litio-7. [198]

Los reactores que utilizan litio-7 calientan el agua a alta presión y transfieren el calor a través de intercambiadores de calor que son propensos a la corrosión. Los reactores utilizan litio para contrarrestar los efectos corrosivos del ácido bórico , que se agrega al agua para absorber el exceso de neutrones. [198]

Medicamento

El litio es útil en el tratamiento del trastorno bipolar . [199] Las sales de litio también pueden ser útiles para diagnósticos relacionados, como el trastorno esquizoafectivo y la depresión mayor cíclica . La parte activa de estas sales es el ion litio Li + . [199] El litio puede aumentar el riesgo de desarrollar anomalía cardíaca de Ebstein en los bebés nacidos de mujeres que toman litio durante el primer trimestre del embarazo. [200]

Precauciones

El metal de litio es corrosivo y requiere un manejo especial para evitar el contacto con la piel. Respirar polvo de litio o compuestos de litio (que a menudo son alcalinos ) inicialmente irrita la nariz y la garganta, mientras que una mayor exposición puede causar una acumulación de líquido en los pulmones , lo que lleva a un edema pulmonar . El metal en sí es un peligro de manipulación porque el contacto con la humedad produce el hidróxido de litio cáustico . El litio se almacena de forma segura en compuestos no reactivos como la nafta . [203]

Véase también

Notas

  1. ^ ab Apéndices Archivado el 6 de noviembre de 2011 en Wayback Machine . Según las definiciones del USGS, la base de reserva "puede abarcar aquellas partes de los recursos que tienen un potencial razonable de volverse económicamente disponibles dentro de horizontes de planificación más allá de aquellos que suponen tecnología probada y economía actual. La base de reserva incluye aquellos recursos que son actualmente económicos (reservas), marginalmente económicos (reservas marginales) y algunos de los que actualmente son subeconómicos (recursos subeconómicos)".
  2. ^ En 2013
  3. ^ Excluye la producción en EE.UU.
  4. ^ El berilio y el flúor se presentan sólo como un isótopo, 9 Be y 19 F respectivamente. Estos dos, junto con 7 Li, así como 2 H , 11 B, 15 N, 209 Bi y los isótopos estables de C y O, son los únicos nucleidos con secciones eficaces de captura de neutrones térmicos lo suficientemente bajas, aparte de los actínidos, para servir como componentes principales de un combustible de reactor reproductor de sales fundidas.

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