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Lithium

Johan August Arfwedson, Entdecker des Lithiums
Lithium-Stücke, zum Schutz vor Oxidation in Paraffinöl

Als Entdecker des Lithiums gilt der Schwede Johan August Arfwedson, der im Jahr 1817 die Anwesenheit eines fremden Elements in Petalit (Li[4]Al[4][Si4O10]) und bald darauf auch in Spodumen (LiAl[Si2O6]) und Lepidolith (K(Li,Al)3[(Al,Si)4O10](F,OH)2) feststellte, als er Mineralienfunde von der Insel Utö in Schweden analysierte. Sein akademischer Lehrer Jöns Jakob Berzelius schlug Lithion, eine Ableitung zu griech. λίθος líthos ‚Stein‘, als Namen vor, der entsprechend den Bezeichnungen der andern beiden damals bekannten Alkalimetallen Natrium und Kalium auf das Material hinweist, aus dem es gewonnen wurde. Die latinisierte Form Lithium hat sich durchgesetzt.

1818 bemerkte der deutsche Chemiker Christian Gottlob Gmelin, dass Lithiumsalze eine rote Flammenfärbung ergeben. Beide Wissenschaftler scheiterten in den folgenden Jahren mit Versuchen, dieses Element zu isolieren. Im Jahr 1818 gelang dies erstmals William Thomas Brande und Sir Humphry Davy mittels eines elektrolytischen Verfahrens aus Lithiumoxid (Li2O). Robert Bunsen und Augustus Matthiessen stellten 1855 durch Elektrolyse von Lithiumchlorid (LiCl) größere Mengen reinen Lithiums her. Im Jahr 1917 synthetisierte Wilhelm Schlenk aus organischen Quecksilberverbindungen die ersten lithiumorganischen Verbindungen.

Mit der ersten kommerziellen Produktion begann 1923 die deutsche Metallgesellschaft in der Hans-Heinrich-Hütte in Langelsheim im Harz, indem eine Schmelze aus Lithium- und Kaliumchlorid (KCl) elektrolysiert wurde.

Bis kurz nach dem Zweiten Weltkrieg gab es bis auf die Anwendung als Schmiermittel (Mineralöl, angedickt mit Lithiumstearat) und in der Glasindustrie (Lithiumcarbonat oder Lithiumoxid) kaum Anwendungen für Lithium. Dies änderte sich, als in den Vereinigten Staaten Tritium, das sich aus Lithium gewinnen lässt, für den Bau von Wasserstoffbomben benötigt wurde. Man begann mit einer breit angelegten Förderung, vor allem in Kings Mountain (North Carolina). Durch die auf Grund der kurzen Tritium-Halbwertszeit benötigten großen Lithium-Mengen wurde zwischen 1953 und 1963 ein großer Vorrat von Lithium angehäuft, das erst nach dem Ende des Kalten Krieges ab 1993 auf den Markt gebracht wurde. Neben dem Bergbau wurde nun auch die billigere Gewinnung aus Salzlaugen wichtig. Größere Mengen Lithium werden mittlerweile für Batterien, für die Polymerisation von Elastomeren, in der Bauindustrie und für die organische Synthese von Pharmazeutika und Agrochemikalien eingesetzt. Seit 2007 sind Primärbatterien und Akkumulatoren (Sekundärbatterien) das wichtigste Segment.

Vorkommen auf der Erde

Petalit

Lithium hat an der Erdkruste einen Anteil von etwa 0,006 %. Es kommt damit etwas seltener als Zink sowie häufiger als Kobalt, Zinn und Blei in der Erdkruste vor. Obwohl Lithium häufiger als beispielsweise Blei ist, ist seine Gewinnung durch die stärkere Verteilung schwierig. Im Trinkwasser und einigen Nahrungsmitteln wie Fleisch, Fisch, Eiern und Milchprodukten ist Lithium enthalten. So enthalten 100 g Fleisch etwa 100 μg Lithium. Verschiedene Pflanzen wie beispielsweise Tabak oder Hahnenfuß nehmen Lithiumverbindungen aus dem Boden auf und reichern sie an. Der durchschnittliche Anteil an der Trockenmasse von Pflanzen liegt zwischen 0,5 ppm und 3 ppm. Meerwasser enthält durchschnittlich 180 µg/L und Flusswasser etwa 3 µg/L.

Abbau und Reserven

Mengenmäßig wurden 2015 außerhalb der USA 35.000 Tonnen Lithium gewonnen und überwiegend als Lithiumcarbonat (Li2CO3) gehandelt. Im Jahr 2016 war Chile der größte Produzent. Australien verdreifachte seine Produktion zwischen 2016 und 2017 und steigerte sie bis 2018 nochmals um fast 50 %. Derzeit (2018) werden fast zwei Drittel des Lithiumvorrats in Australien im Hartgesteinsbergbau und nur etwa ein Drittel aus Solen gewonnen. Die Reserven in den vorhandenen Minen werden auf rund 17 Millionen Tonnen geschätzt (Stand: Januar 2020). Das Weltvorkommen aus kontinentalen Solen, geothermischen Solen, aus dem Hectorit-Mineral, Ölfeld-Solen und aus dem magmatischen Gestein Pegmatit ist auf 80 Millionen Tonnen geschätzt worden.

Die größten Ressourcen sind in Bolivien (21 Mio. Tonnen), Argentinien (17 Mio. Tonnen), Chile (9 Mio. Tonnen), USA (6,8 Mio. Tonnen), Australien (6,3 Mio. Tonnen) und China (4,5 Mio. Tonnen). In Europa haben Deutschland (2,5 Mio. Tonnen) und Tschechien (1,3 Mio. Tonnen) die größten Vorkommen.

Weltweite Produktion [Tonnen] 2014 2015 2016 2017 2018 2019 (geschätzt) Minen-Reserven Weltvorkommen
Bolivien Bolivien n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. 9.000.000 21.000.000
Chile Chile 11.500 10.500 14.300 14.200 17.000 18.000 8.600.000 9.000.000
China Volksrepublik Volksrepublik China 2.300 2.000 2.300 6.800 7.100 7.500 1.000.000 4.500.000
Australien Australien 13.300 14.100 14.000 40.000 58.800 42.000 2.800.000 6.300.000
Argentinien Argentinien 3.200 3.600 5.800 5.700 6.400 6.400 1.700.000 17.000.000
Portugal Portugal 300 200 400 800 800 1.200 60.000 250.000
Brasilien Brasilien 160 200 200 200 300 300 95.000 400.000
Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. 630.000 6.800.000
Simbabwe Simbabwe 900 900 1.000 800 1.600 1.600 230.000 540.000
Kanada Kanada n. v. n. v. n. v. n. v. 2.400 200 370.000 1.700.000
Kongo Demokratische Republik Demokratische Republik Kongo n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. 3.000.000
Russland Russland n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. 1.000.000
Serbien Serbien n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. 1.000.000
Mexiko Mexiko n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. 1.700.000
Osterreich Österreich n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. n. v. 50.000
Welt 31.700 31.500 38.000 69.000 95.000 77.000 17.000.000 80.000.000

Primäre Lagerstätten

Lithium kommt in einigen Mineralien in Lithium-Pegmatiten vor. Die wichtigsten Minerale sind dabei Amblygonit (LiAl[PO4]F), Lepidolith (K(Li,Al)3[(Al,Si)4O10](F,OH)2), Petalit (Kastor; LiAl[Si4O10]) und Spodumen (Triphan; LiAl[Si2O6]). Diese Minerale haben einen Lithiumgehalt von bis zu 9 % (bei Amblygonit). Andere, seltenere Lithiumerze sind Kryolithionit (Li3Na3[AlF6]2), das den größten Lithiumgehalt aller Mineralien aufweist, Triphylin (Li(FeII,MnII)[PO4]) und Zinnwaldit (K(Li,Fe,Al)3[(Al,Si)4O10](F,OH)2). Lithiummineralien kommen in vielen Silikat-Gesteinen vor, aber meist nur in geringen Konzentrationen. Es gibt keine großen Lagerstätten. Da die Gewinnung von Lithium aus diesen Mineralien mit großem Aufwand verbunden ist, spielen sie heutzutage bei der Gewinnung von Lithium oder Lithiumverbindungen eine untergeordnete Rolle, dies könnte sich jedoch aufgrund der erwartet hohen Nachfrage ändern. Abbauorte sind vor allem die Greenbushes- und Mt.-Cattlin-Minen in Western Australia, in deren Pegmatit-Gesteinen eine hohe Lithiumkonzentration vorliegt und in denen Lithium als Nebenprodukt der Tantalgewinnung anfällt. Auch in einigen anderen Ländern wie Kanada und Russland, bis 1998 auch in Bassemer City, North Carolina, wird Spodumen zur Lithiumgewinnung abgebaut.

Europa besitzt Li-reiche Pegmatitfelder auf der Kärntner Weinebene im Bezirk Wolfsberg, in der finnischen Region Österbotten, im Erzgebirge sowie zwischen Spanien (Almendra) und Portugal (Distrikt Guarda, Boticas).

Während die erste kommerzielle Produktion von Lithiumverbindungen an sich bereits 1923 im Harz begann, könnte die Förderung in den nun neu erschlossenen bedeutenden Lagerstätten in Österreich und Finnland ab 2021 beginnen. Sie werden durch Global Strategic Metals bzw. Keliber betrieben. In Österreich an der Koralpe im Lavanttal haben Probestollen ein viel größeres Vorkommen von lithiumhaltigem Grundgestein ergeben, das auf 22 Millionen Tonnen geschätzt wird. Damit ist es eines der ersten groß angelegten Lithium-Abbauprojekte Europas und könnte 20 Jahre lang betrieben werden. Das Vorkommen bei Zinnwald im Erzgebirge wird durch die Deutsche Lithium exploriert.

Sekundäre Lagerstätten

Lithiumsalze, insbesondere Lithiumchlorid, kommen verbreitet auch in Salzlaugen, meist Salzseen, vor. Die Konzentration kann bis zu einem Prozent betragen. Neben der Konzentration des Lithiums ist für die Qualität der Salzlauge das Mengenverhältnis von Magnesium zu Lithium wichtig. Derzeit wird Lithium vor allem in Chile (Salar de Atacama, die mit 0,16 % mit den höchsten bekannten Lithiumkonzentration aufweist), Argentinien (Salar de Hombre Muerto), den Vereinigten Staaten von Amerika (Silver Peak, Nevada) und der Volksrepublik China (Chabyêr Caka, Tibet; Taijinaier-See, Qinghai) gewonnen. Im bolivianischen Salzsee Salar de Uyuni mit geschätzt 5,4 Millionen Tonnen Lithium lagern möglicherweise die größten Ressourcen. Das Staatsunternehmen Yacimientos de Litio Bolivianos investiert seit 2018 mit deutschen und chinesischen Partnern verstärkt in seine Industrialisierung, einschließlich der benachbarten Salar de Coipasa und Laguna Pastos Grandes. Es gibt weitere lithiumhaltige Salzseen, die (Stand April 2019) noch nicht zum industriellen Abbau genutzt werden, beispielsweise in China, Argentinien und Afghanistan. 2016 wurde bekannt, dass im Paradox-Becken im US-Bundesstaat Utah schon in den 1960er Jahren bei Ölexplorationsbohrungen hochsalinares Tiefengrundwasser (Sole) angetroffen wurde, aus dem sich, nach damaligen Analysen, bis zu 1700 mg/L reines Lithium gewinnen ließe.

Als Kuppelprodukte bei der Lithiumgewinnung werden häufig Kaliumcarbonat (Pottasche), Borax, Caesium und Rubidium gewonnen.

Aufgrund der erwarteten starken Nachfrage nach Lithium für Batterien von Elektrofahrzeugen prüften 2010 einige Unternehmen den Abbau von lithiumhaltigen Mineralien und Salzlaugen in verschiedenen Regionen der Welt inklusive Europa. Erforscht wird auch die Lithiumgewinnung aus Meerwasser. In den Weltmeeren sind ca. 230 Mrd. Tonnen Lithium gelöst. 2018 stellten Forscher eine Extraktionsmethode vor, bei der Lithium über solarbetriebene Elektrolyse aus Meerwasser gewonnen werden kann. Als einen Vorteil gegenüber herkömmlicher Gewinnung nannten sie, dass bei dem Prozess direkt metallisches Lithium anfällt und deshalb auf die (komplexe und energieaufwändige) Weiterverarbeitung verzichtet werden kann, wie sie bei der traditionellen Lithiumgewinnung aus Erzen notwendig ist.

Beim Leibniz-Institut für Neue Materialien startete im November 2020 das auf zwei Jahre angesetzte Forschungsprojekt MERLIN (mining water lithium extraction), mit dem die Gewinnung von Lithium aus Grubenwasser getestet werden soll.

Vorkommen außerhalb der Erde

Nach dem Urknall ist neben Wasserstoff- und Heliumisotopen auch eine nennenswerte Menge des Isotops 7Li entstanden. Dieses ist aber zum größten Teil heute nicht mehr vorhanden, da in Sternen Lithium mit Wasserstoff im Prozess der Proton-Proton-Reaktion II fusioniert und so verbraucht wurde. In Braunen Zwergen sind Masse und Temperatur jedoch nicht hoch genug für eine Wasserstofffusion; ihre Masse erreicht nicht die dazu notwendige Größe von etwa 75 Jupitermassen. Das beim Urknall entstandene Lithium blieb somit in größeren Mengen nur in Braunen Zwergen erhalten. Lithium ist aus diesem Grund auch extraterrestrisch ein verhältnismäßig seltenes Element, kann aber zum Nachweis Brauner Zwerge dienen.

Die Verteilung von Lithium in verschiedenen Sternen ist stark unterschiedlich, auch wenn das Alter, die Masse und die Metallizität ähnlich sind. Es wird angenommen, dass Planeten einen Einfluss auf den Lithiumgehalt eines Sterns besitzen. Besitzt ein Stern keine Planeten, so ist der Lithiumgehalt hoch, während Sterne wie die Sonne, die von Planeten umgeben sind, einen nur geringen Lithiumgehalt aufweisen, was auch als Lithium Dip bezeichnet wird. Als Ursache wird vermutet, dass die Gezeitenkräfte von Planeten zu einer stärkeren Durchmischung von äußeren und inneren Schichten in Sternen beitragen, so dass mehr Lithium in einen Bereich gelangt, der heiß genug ist, um dieses zu fusionieren.

Lithium wird vorwiegend aus Salzwasser (Grundwasser, Salzseen) durch Verdunstung gewonnen. Selten ist die Gewinnung aus Gesteinen im offenen Tagebau.

Aus Salzwasser

Zur Lithiumgewinnung wird salzhaltiges Grundwasser an die Oberfläche gepumpt und über eine Kette von Verdunstungsteichen geleitet, in denen über mehrere Monate die Verdunstung an der Sonne stattfindet. Hat das Lithiumchlorid in den Teichen die nötige Konzentration erreicht, wird die Lösung in eine Aufbereitungsanlage gepumpt, wo unerwünschtes Bor oder Magnesium extrahiert und ausgefiltert werden. Dann wird sie mit Natriumcarbonat behandelt. Das dabei ausgefällte Lithiumcarbonat wird gefiltert und getrocknet. Überschüssige Rest-Sole wird in den Salzsee zurückgepumpt. In trockenen Gegenden wie Chile wird durch die Grundwasserverwendung das Austrocknen der Landschaft gefördert.

Aus lithiumhaltigen Salzlösungen wird durch Verdunsten des Wassers und Zugabe von Natriumcarbonat (Soda) Lithiumcarbonat ausgefällt. Dazu wird die Salzlake zunächst so lange an der Luft eingeengt, bis die Lithiumkonzentration 0,5 % überschreitet. Durch Zugabe von Natriumcarbonat fällt daraus das schwerlösliche Lithiumcarbonat aus:

2 L i C l + N a 2 C O 3 L i 2 C O 3 + 2 N a C l {\displaystyle \mathrm {2\ LiCl\ +Na_{2}CO_{3}\ \longrightarrow \ Li_{2}CO_{3}\downarrow +\ 2\ NaCl} } .

Zur Gewinnung von metallischem Lithium wird das Lithiumcarbonat zunächst mit Salzsäure umgesetzt. Dabei entstehen Kohlenstoffdioxid, das als Gas entweicht, und gelöstes Lithiumchlorid. Diese Lösung wird im Vakuumverdampfer eingeengt, bis das Chlorid auskristallisiert:

L i 2 C O 3 + 2 H 3 O + + 2 C l 2 L i + + 2 C l + C O 2 + 3 H 2 O {\displaystyle \mathrm {Li_{2}CO_{3}+\ 2\ H_{3}O^{+}+\ 2\ Cl^{-}\longrightarrow \ 2\ Li^{+}+\ 2\ Cl^{-}+CO_{2}\uparrow +\ 3\ H_{2}O} }

Die Apparate und Anlagen für die Lithiumchlorid-Gewinnung müssen aus Spezialstählen oder Nickellegierung sein, da die Salzlauge sehr korrosiv wirkt. Metallisches Lithium wird durch Schmelzflusselektrolyse eines bei 450–500 °C schmelzenden eutektischen Gemisches aus 52 Massenprozent Lithiumchlorid und 48 Massenprozent Kaliumchlorid hergestellt:

L i + + e E l e k t r o l y s e ( 450 500 ) C L i {\displaystyle \mathrm {Li^{+}+\mathrm {e} ^{-}\ {\xrightarrow[{Elektrolyse}]{(450-500)\,^{\circ }C}}\ Li} }

Das Kalium wird bei der Elektrolyse nicht abgeschieden, weil es in der Chlorid-Schmelze ein niedrigeres Elektrodenpotential hat. Spuren von Natrium werden jedoch mit abgeschieden und machen das Lithium besonders reaktiv (vorteilhaft in der organischen Chemie, schlecht für Li-Batterien). Das flüssige Lithium sammelt sich an der Elektrolytoberfläche und kann so relativ einfach aus der Elektrolysezelle ausgeschleust werden. Es ist ebenfalls möglich, Lithium per Elektrolyse von Lithiumchlorid in Pyridin zu gewinnen. Diese Methode eignet sich besonders gut im Labormaßstab.

Nach seiner Gewinnung gelangt Lithium als Rohstoff über den Handel zu den weiterverarbeitenden Industrien. Im Rohstoffhandel, speziell an den Börsen für Metalle, wird kein reines Lithium gehandelt, das chemisch zu instabil wäre. Gehandelt werden stattdessen stabile Lithiumverbindungen, i. d. R. mit Lithiumsalzen bzw. Lithium-basierenden Kristallhaufwerken, überwiegend Lithiumkarbonat oder Lithiumhydroxidmonohydrat. Diese Stoffe werden u. a. an der London Metal Exchange gehandelt. 2020 wurden für Lithiumkarbonat (Minimalgehalt 99,5%) ein Preis von 8,75 USD / kg verzeichnet, für Lithiumhydroxidmonohydrat (Minimalgehalt 56,5%) 10,25 USD / kg.

Neben der Quotierung des Lithiums als Rohstoff existieren seit 2010 Lithium-Indexfonds (ETFs), die börslich handelbar sind. Mit diesen ETFs wird der Börsenwert von Unternehmen abgebildet, die an der Lithium-Wertschöpfunskette beteiligt sind. Seit 2010 gibt es einen Aktien-Performance-Index von Solactive, der die Marktkapitalisierung der größten börsennotierten Unternehmen nachzeichnet, die an Erkundung und Bergbau von Lithium sowie der Produktion von Lithium-Batterien beteiligt sind. Zu den zehn größten Werten in diesem Index zählen (nach Größe absteigend, Stand April 2020): Albemarle, SQM, Tesla, BYD, Samsung, Simplo Technology, LG Chem, Panasonic, GS Yuasa und Enersys. Die wenigen Lithium-ETFs bilden überwiegend diesen Index ab.

Physikalische Eigenschaften

Dilithium ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel. Für die fiktive Substanz aus dem Star-Trek-Universum siehe Liste erfundener Elemente, Materialien, Isotope und Elementarteilchen.
Kristallstruktur von Lithium, a = 351 pm

Lithium ist ein silberweißes, weiches Leichtmetall. Es ist bei Raumtemperatur das leichteste aller festen Elemente (Dichte 0,534 g/cm³). Nur fester Wasserstoff bei −260 °C ist mit einer Dichte von 0,0763 g/cm³ noch leichter.

Lithium kristallisiert – wie die anderen Alkalimetalle – in einer kubisch-raumzentrierten Kugelpackung in der Raumgruppe Im3m (Raumgruppen-Nr. 229)Vorlage:Raumgruppe/229 mit dem Gitterparameter a = 351 pm und zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle. Bei tiefen Temperaturen von 78 K ändert sich die Kristallstruktur durch Spontanumwandlung in eine hexagonale Struktur des Magnesium-Typs mit den Gitterparametern a = 311 pm und c = 509 pm oder nach Verformung in eine kubische Struktur des Kupfer-Typs (kubisch flächenzentriert) mit dem Gitterparameter a = 438 pm um. Die genauen Ursachen, welche Struktur gebildet wird, sind unbekannt.

Lithium hat unter den Alkalimetallen den höchsten Schmelz- und Siedepunkt sowie die größte spezifische Wärmekapazität. Lithium besitzt zwar die größte Härte aller Alkalimetalle, lässt sich bei einer Mohs-Härte von 0,6 dennoch mit dem Messer schneiden. Als typisches Metall ist es ein guter Strom- (Leitfähigkeit: etwa 18 % von Kupfer) und Wärmeleiter.

Lithium weist weitgehende Ähnlichkeit zu Magnesium auf, was sich auch in der Tatsache des Auftretens von heterotypen Mischkristallen aus Lithium und Magnesium, der sogenannten Isodimorphie zeigt. Obwohl Magnesium in der hexagonal dichtesten, Lithium dagegen in der kubisch raumzentrierten Kugelpackung kristallisiert, sind beide Metalle weitgehend heterotyp mischbar. Dies erfolgt aber nur in einem beschränkten Konzentrationsbereich, wobei die im Überschuss vorhandene Komponente der anderen ihr Kristallgitter „aufzwingt“.

Das Lithium-Ion weist mit −520 kJ/mol die höchste Hydratationsenthalpie aller Alkalimetallionen auf. Dadurch ist es in Wasser vollständig hydratisiert und zieht die Wassermoleküle stark an. Das Lithiumion bildet zwei Hydrathüllen, eine innere mit vier Wassermolekülen, die sehr stark über ihre Sauerstoffatome an das Lithiumion gebunden sind, und eine äußere Hülle, in der über Wasserstoffbrücken weitere Wassermoleküle mit dem Li[H2O]4+-Ion verbunden sind. Dadurch ist der Ionenradius des hydratisierten Ions sehr groß, sogar größer als diejenigen der schweren Alkalimetalle Rubidium und Caesium, die in wässriger Lösung keine derart stark gebundenen Hydrathüllen aufweisen.

Lewisformel von Dilithium

Als Gas kommt Lithium nicht nur in einzelnen Atomen, sondern auch molekular als Dilithium Li2 vor. Das einbindige Lithium erreicht dadurch ein volles s-Atomorbital und somit eine energetisch günstige Situation. Dilithium hat eine Bindungslänge von 267,3 pm und eine Bindungsenergie von 101 kJ/mol. Im gasförmigen Zustand liegt etwa 1 % (nach Masse) des Lithiums als Dilithium vor.

Chemische Eigenschaften

An der Luft infolge Nitridbildung angelaufenes Lithiummetall

Lithium ist – wie alle Alkalimetalle – sehr reaktiv und reagiert bereitwillig mit sehr vielen Elementen und Verbindungen (wie Wasser) unter Wärmeabgabe. Unter den Alkalimetallen ist es allerdings das reaktionsträgste. Eine Besonderheit, die Lithium von den anderen Alkalimetallen unterscheidet, ist seine Reaktion mit molekularem Stickstoff zu Lithiumnitrid, die bereits bei Raumtemperatur langsam stattfindet:

6 L i + N 2 20 C 2 L i 3 N {\displaystyle \mathrm {6\ Li\ +N_{2}\ {\xrightarrow {20\,^{\circ }C}}\ 2\ Li_{3}N} } .

Dies wird durch die hohe Ladungsdichte des Li+-Ions und damit durch eine hohe Gitterenergie des Lithiumnitrids ermöglicht. Lithium hat mit −3,04 V das niedrigste Normalpotential im Periodensystem und ist somit das unedelste aller Elemente.

Wie alle Alkalimetalle wird Lithium unter Petroleum oder Paraffinöl aufbewahrt, da es sonst mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff und Stickstoff reagiert.

Da die Ionenradien von Li+- und Mg2+-Ionen vergleichbar groß sind, gibt es auch Ähnlichkeiten in den Eigenschaften von Lithium beziehungsweise Lithiumverbindungen und Magnesium oder Magnesiumverbindungen. Diese Ähnlichkeit in den Eigenschaften zweier Elemente aus benachbarten Gruppen des Periodensystems ist als Schrägbeziehung im Periodensystem bekannt. So bildet Lithium, im Gegensatz zu Natrium, viele metallorganische Verbindungen (Organolithium-Verbindungen), wie Butyllithium oder Methyllithium. Ähnliche Beziehungen bestehen auch zwischen Beryllium und Aluminium sowie zwischen Bor und Silicium.

Reaktionen der Lithium- und Wasserstoffisotope in der Castle-Bravo Bombe. Geplante (expected) und tatsächliche (got) Reaktion von 7Li

In der Natur kommen die beiden stabilen Isotope 6Li (7,6 %) und 7Li (92,4 %) vor. Daneben sind instabile Isotope, beginnend bei 4Li über 8Li bis 12Li, bekannt, die nur künstlich herstellbar sind. Ihre Halbwertszeiten liegen alle im Millisekundenbereich.

6Li spielt eine wichtige Rolle in der Technologie der Kernfusion. Es dient sowohl im Kernfusionsreaktor als auch in der Wasserstoffbombe als Ausgangsmaterial für die Erzeugung von Tritium, das für die energieliefernde Fusion mit Deuterium benötigt wird. Tritium entsteht im Blanket des Fusionsreaktors oder in der Wasserstoffbombe neben Helium durch Beschuss von 6Li mit Neutronen, die bei der Fusion anfallen, nach der Kernreaktion

3 6 L i + n 2 4 H e + 1 3 T + 4 , 78 M e V {\displaystyle \mathrm {\,_{3}^{6}Li+n\rightarrow \,_{2}^{4}He+\,_{1}^{3}T+4{,}78\ MeV} } .

Die ebenfalls mögliche Reaktion

3 7 L i + n 2 4 H e + 1 3 T + n 2 , 74 M e V {\displaystyle \mathrm {\,_{3}^{7}Li+n\rightarrow \,_{2}^{4}He+\,_{1}^{3}T+n-2{,}74\ MeV} }

ist weniger geeignet (siehe Blanket). Die Trennung kann beispielsweise über einen Isotopenaustausch von Lithiumamalgam und einer gelösten Lithiumverbindung (wie Lithiumchlorid in Ethanol) erfolgen (sog. COLEX-Prozess). Dabei werden Ausbeuten von etwa 50 % erreicht.

Ist in einer Dreistufenbombe neben 6Li auch 7Li vorhanden (wie es beispielsweise bei Castle Bravo der Fall war), reagiert dieses mit einigen der bei der Fusion erzeugten schnellen Neutronen. Dadurch entstehen wieder Neutronen, außerdem Helium und zusätzliches Tritium. Dies führt, obwohl die 7Li-Neutron-Reaktion zunächst Energie verbraucht, im Endergebnis zu erhöhter Energiefreisetzung durch zusätzliche Fusionen und mehr Kernspaltungen im Bombenmantel aus Uran. Die Sprengkraft ist deshalb höher, als wenn nur der 6Li-Anteil der Isotopenmischung in der Bombe umgewandelt worden wäre. Da vor dem Castle-Bravo-Test angenommen wurde, das 7Li würde nicht mit den Neutronen reagieren, war die Bombe etwa 2,5-mal so stark wie erwartet.

Das Lithiumisotop 7Li entsteht in geringen Mengen in Kernkraftwerken durch eine Kernreaktion des (als Neutronenabsorber verwendeten) Borisotops 10B mit Neutronen.

5 10 B + n 3 7 L i + 2 4 H e + γ {\displaystyle \mathrm {\,_{\ 5}^{10}B+n\rightarrow \,_{3}^{7}Li+\,_{2}^{4}He+\gamma } }

Die Isotope 6Li, 7Li werden beide in Experimenten mit kalten Quantengasen verwendet. So wurde das erste Bose-Einstein-Kondensat mit dem (Boson) Isotop 7Li erzeugt. 6Li dagegen ist ein Fermion, und im Jahr 2003 ist es gelungen, Moleküle dieses Isotops in ein Suprafluid zu verwandeln.

Verwendung von Lithium (Nachfrage 2015)
Lithiumbatterie und Lithium-Ionen-Akkumulator.
Hauptartikel: Lithium-Ionen-Akkumulator

Die heute wichtigste und am schnellsten wachsende Anwendung für Lithium ist die Verwendung in Lithium-Ionen-Akkumulatoren (oft auch als wiederaufladbare Batterien bezeichnet), die z. B. in Smartphones, Laptops, Akkuwerkzeugen oder elektrisch betriebenen Fahrzeugen, wie Hybridautos, Elektroautos oder E-Bikes verwendet werden (siehe Diagramm rechts). Der größte Teil der produzierten Lithiumsalze wird nicht zum Metall reduziert, sondern entweder direkt als Lithiumcarbonat, Lithiumhydroxid, Lithiumchlorid, Lithiumbromid eingesetzt oder zu anderen Verbindungen umgesetzt. Das Metall wird nur in einigen Anwendungen benötigt. Die wichtigsten Verwendungszwecke von Lithiumverbindungen findet man im Abschnitt „Verbindungen“.

Metall

Ein Teil des produzierten Lithiummetalls wird für die Gewinnung von Lithiumverbindungen verwendet, die nicht direkt aus Lithiumcarbonat hergestellt werden können. Dies sind in erster Linie organische Lithiumverbindungen wie Butyllithium, Lithium-Wasserstoff-Verbindungen wie Lithiumhydrid (LiH) oder Lithiumaluminiumhydrid sowie Lithiumamid.

Lithium wird wegen seiner Fähigkeit, direkt mit Stickstoff zu reagieren, zu dessen Entfernung aus Gasen verwendet.

Metallisches Lithium ist ein sehr starkes Reduktionsmittel; es reduziert viele Stoffe, die mit anderen Reduktionsmitteln nicht reagieren. Es wird bei der partiellen Hydrierung von Aromaten (Birch-Reduktion) eingesetzt. In der Metallurgie wird es zur Entschwefelung, Desoxidation und Entkohlung von Metallschmelzen eingesetzt.

Da Lithium ein sehr niedriges Normalpotential besitzt, kann es in Batterien als Anode verwendet werden. Diese Lithium-Batterien haben eine hohe Energiedichte und können eine besonders hohe Spannung erzeugen. Nicht zu verwechseln sind die nicht wiederaufladbaren Lithium-Batterien mit den wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkumulatoren, bei denen Lithiummetalloxide wie Lithiumcobaltoxid als Kathode und Graphit oder andere Lithiumionen einlagernde Verbindungen als Anode geschaltet sind.

Kernfusion

Das für den Betrieb von Kernfusionsreaktoren nötige Tritium soll im Blanket des Reaktors aus Lithium-6 erbrütet werden.

Legierungsbestandteil

Lithium wird mit einigen Metallen legiert, um deren Eigenschaften zu verbessern. Oft reichen dafür schon geringe Mengen Lithium aus. Es verbessert als Beimischung bei vielen Stoffen die Zugfestigkeit, Härte und Elastizität. Ein Beispiel für eine Lithiumlegierung ist Bahnmetall, eine Bleilegierung mit circa 0,04 % Lithium, die als Lagermaterial in Eisenbahnen verwendet wird. Auch bei Magnesium-Lithium-Legierungen und Aluminium-Lithium-Legierungen werden die mechanischen Eigenschaften durch Zusatz von Lithium verbessert. Gleichzeitig sind Lithiumlegierungen sehr leicht und werden deshalb viel in der Luft- und Raumfahrttechnik verwendet.

Forschung (Atomphysik)

In der Atomphysik wird Lithium gerne verwendet, da es mit 6Li als einziges Alkalimetall ein stabiles fermionisches Isotop besitzt, weshalb es sich zur Erforschung der Effekte in ultrakalten fermionischen Quantengasen eignet (siehe BCS-Theorie). Gleichzeitig weist es eine sehr breite Feshbach-Resonanz auf, die es ermöglicht, die Streulänge zwischen den Atomen nach Belieben einzustellen, wobei die Magnetfelder aufgrund der Breite der Resonanz nicht besonders präzise gehalten werden müssen.

Medizin

Hauptartikel: Lithiumtherapie

Bereits 1859 wurde Lithium in der westlichen Medizin als Mittel gegen Gicht erstmals eingesetzt. Es erwies sich jedoch als unwirksam. Erst 1949 beschrieb der australische Psychiater John Cade (1912–1980) ein mögliches Anwendungsgebiet für Lithiumsalze. Er hatte Meerschweinchen verschiedene chemische Verbindungen, darunter auch Lithiumsalze, injiziert, woraufhin diese weniger stark auf äußerliche Reize reagierten, ruhiger, aber nicht schläfrig wurden. Im Nachhinein stellte sich heraus, dass der bei den Versuchstieren beobachtete Effekt auf eine Intoxikation zurückzuführen war. Nach einem Selbstversuch von Cade wurde 1952–1954 die Verwendung von Lithiumcarbonat als Medikament zur Behandlung manisch-depressiver Patienten in einer Doppelblindstudie am Psychiatrischen Krankenhaus in Risskov (Dänemark) untersucht. Damit war der Grundstein für die Lithiumtherapie gelegt.

Bei dieser wird Lithium in Form von Salzen, wie dem Lithiumcarbonat, gegen bipolare Affektstörungen, Manie und Depression aber auch außerhalb der Psychiatrie bei der Behandlung von Cluster-Kopfschmerz oder Infektionen mit Herpes simplex eingesetzt. Dabei ist die geringe therapeutische Breite zu beachten, die zwischen 0,6 mmol/L und 0,8 mmol/L liegt und Spiegelbestimmungen während der Therapie damit erforderlich macht. Bereits wenn sich der Lithiumblutspiegel an der oberen Grenze der therapeutischen Breite bewegt, kann es bei empfindlichen Menschen zu beherrschbaren, reversiblen Nebenwirkungen kommen. Liegt der Lithiumblutspiegel jedoch deutlich über der therapeutischen Breite – also über 2,0 mmol/L – steigt die Gefahr deutlicher bis schwerer Nebenwirkungen wie Tremor, Rigor, Übelkeit, Erbrechen, Herzrhythmusstörungen und Leukozytose rasant an. Über 3,5 mmol/L besteht Lebensgefahr. Der Grund ist, dass der Stoffwechsel von Lithium und Natrium ähnlich ist. Ein zu hoher Lithiumspiegel kann durch Schwitzen oder Natrium-ausschwemmende Medikamente (natriuretische Diuretika) mit sinkendem Natriumspiegel entstehen. Der Körper versucht, den Natriumverlust zu kompensieren, indem in den Nieren dem Primärharn Natrium entzogen und in das Blut zurücktransportiert wird (Natriumretention). Neben Natrium wird dabei auch Lithium reteniert, das normalerweise gleichmäßig von den Nieren ausgeschieden wird. Die Folge ist ein erhöhter Lithiumspiegel, was bei der Einnahme von Lithium ein Drug monitoring bedingt, bei dem regelmäßig der Lithiumspiegel bestimmt und die Dosis entsprechend angepasst wird. Auch bei korrekter Dosierung kann es unter Langzeit-Behandlung mit Lithium zu Wasser- und Natrium-Verlusten (Diabetes insipidus), Übersäuerung des Blutes (Azidose) und zur Lithium-Nephropathie mit Einschränkung der Nierenfunktion kommen.

Eine Studie, die 1990 in den USA veröffentlicht wurde, beschreibt eine erhebliche Verringerung von Straftaten und Suiziden in Regionen mit erhöhtem Lithiumkonzentrationen im Trinkwasser. Eine österreichische Studie kam zu ähnlichen Ergebnissen.

Die Wirkungsweise des Lithium als Psychopharmakon ist noch nicht hinreichend erforscht. Derzeit werden insbesondere die Beeinflussung des Inositol-Stoffwechsels durch Hemmung der myo-Inositol-1-Phosphatase (Enzymklasse 3.1.3.25) und die Hemmung der Glykogensynthasekinase-3 (GSK-3) in Nervenzellen als mögliche Mechanismen diskutiert. Die antidepressive Wirkung von Lithium beruht wahrscheinlich ebenfalls auf einer Verstärkung der serotonergen Neurotransmission, also einer erhöhten Ausschüttung von Serotonin in den Synapsen, während die antimanische Wirkung mit einer Hemmung dopaminerger Rezeptoren erklärt wird. Eine weitere interessante Auswirkung von Lithiumsalzen auf den Menschen und Säugetiere wie Ratten ist die wohl damit zusammenhängende Veränderung der Circadianen Rhythmik. Diese Wirkung konnte sogar bei Pflanzen wie der Kalanchoe nachgewiesen werden. Andere serotonerge Substanzen wie LSD, Meskalin und Psilocybin zeigen ebenfalls solche Auswirkungen beim Menschen. Durch Lithium ist es im Tierversuch an Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) gelungen, Symptome der Alzheimer-Krankheit – wie Vergesslichkeit – zu bekämpfen. In Regionen mit höheren Lithiumgehalten scheint Demenz in geringerem Maße aufzutreten. Die neuroprotektive Wirkung ist möglicherweise auf die durch Lithium verstärkte Autophagie zurückzuführen.

Der Altersforscher Michael Ristow zeigte 2011 einen möglichen Zusammenhang zwischen dem Gehalt an Lithium in der Umwelt und der Lebenserwartung des Menschen: in einer japanischen Bevölkerungsstudie bestand danach zwischen einem höheren Gehalt von Lithium und einer höheren Lebenserwartung ein statistisch signifikanter Zusammenhang; des Weiteren verlängerten hohe Lithiumkonzentrationen die Lebenserwartung des Fadenwurms und Modellorganismus Caenorhabditis elegans. Aufgrund der zahlreichen Effekte auf die menschliche Gesundheit wird diskutiert, ob Lithium womöglich ein Spurenelement darstellt.

Lithium-Flammenfärbung

Lithiumverbindungen zeigen eine karminrote Flammenfärbung, die charakteristischen Spektrallinien liegen als Hauptlinien bei 670,776 und 670,791 nm; kleinere Linien liegen bei 610,3 nm. Darüber kann Lithium mit Hilfe der Flammenphotometrie nachgewiesen werden.

Ein quantitativer Nachweis mit nasschemischen Methoden ist schwierig, da die meisten Lithiumsalze leicht löslich sind. Eine Möglichkeit besteht über das Ausfällen des schwerlöslichen Lithiumphosphats. Dazu wird die zu untersuchende Probe zum Beispiel mit Natronlauge alkalisch gemacht und mit etwas Dinatriumhydrogenphosphat Na2HPO4 versetzt. Beim Erhitzen fällt bei Anwesenheit von Li+ ein weißer Niederschlag aus:

3 L i + + H P O 4 2 + O H L i 3 P O 4 + H 2 O {\displaystyle \mathrm {3\,Li^{+}+HPO_{4}^{2-}+OH^{-}\rightarrow Li_{3}PO_{4}\downarrow +H_{2}O} }

Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung des Eisenperiodatreagenz.

Elementares Lithium in Form von Metallstaub entzündet sich an der Luft bereits bei Normaltemperatur. Aus diesem Grund muss metallisches Lithium auch unter Luftausschluss, meist in Petroleum gelagert werden. Bei höheren Temperaturen ab 190 °C wird bei Kontakt mit Luft sofort überwiegend Lithiumoxid gebildet. In reinem Sauerstoff entzündet sich Lithium ab etwa 100 °C. In einer reinen Stickstoffatmosphäre reagiert Lithium erst bei höheren Temperaturen schneller zu Lithiumnitrid. Beim Kontakt mit sauerstoff- oder halogenhaltigen Substanzen kann Lithium explosionsartig reagieren.

Da Lithium mit gängigen Feuerlöschmitteln wie Wasser, Kohlendioxid, Stickstoff oder dem inzwischen verbotenen Tetrachlorkohlenstoff stark exotherm reagiert, müssen Brände mit inerten Gasen wie z. B. Argon oder anderen Metallbrandbekämpfungsmitteln wie Salz (z. B. NaCl) gelöscht werden.

Elementares Lithium verursacht wie alle Alkalimetalle bei Hautkontakt Schäden durch Verbrennungen oder alkalische Verätzungen, weil es mit Wasser unter starker Wärmeabgabe Lithiumhydroxid bildet; dafür genügt schon die Hautfeuchtigkeit.

Lithium ist sehr reaktiv und bildet mit den meisten Nichtmetallen Verbindungen, in denen es immer in der Oxidationsstufe +I vorliegt. Diese sind in der Regel ionisch aufgebaut, haben aber im Gegensatz zu Verbindungen anderer Alkalimetalle einen hohen kovalenten Anteil. Das zeigt sich unter anderem darin, dass viele Lithiumsalze – im Gegensatz zu den entsprechenden Natrium- oder Kaliumsalzen – gut in organischen Lösungsmitteln wie Aceton oder Ethanol löslich sind. Es existieren auch kovalente organische Lithiumverbindungen. Viele Lithiumverbindungen ähneln in ihren Eigenschaften auf Grund der ähnlichen Ionenradien den entsprechenden Magnesiumverbindungen (Schrägbeziehung im Periodensystem). Die folgende Grafik bietet eine Übersicht über die wichtigsten Reaktionen des Lithiums. Auf Stöchiometrie und genaue Reaktionsbedingungen ist hier nicht geachtet:

Wasserstoffverbindungen

Wasserstoff bildet mit Lithium Hydride. Die einfachste Lithium-Wasserstoff-Verbindung Lithiumhydrid LiH entsteht aus den Elementen bei 600–700 °C. Es wird als Raketentreibstoff und zur schnellen Gewinnung von Wasserstoff, beispielsweise zum Aufblasen von Rettungswesten, verwendet. Es existieren auch komplexere Hydride wie Lithiumborhydrid LiBH4 oder Lithiumaluminiumhydrid LiAlH4. Letzteres hat in der organischen Chemie als selektiver Wasserstoffspender etwa zur Reduktion von Carbonyl- und Nitroverbindungen eine große Bedeutung.

Für die Erforschung der Kernfusion spielen Lithiumdeuterid (LiD) und Lithiumtritid (LiT) eine wichtige Rolle. Da reines Lithiumdeuterid die Energie der Wasserstoffbombe herabsetzt, wird dafür ein Gemisch aus LiD und LiT eingesetzt. Diese festen Substanzen sind leichter zu handhaben als Tritium mit seiner großen Effusionsgeschwindigkeit.

Sauerstoffverbindungen

Mit Sauerstoff bildet Lithium sowohl Lithiumoxid Li2O als auch Lithiumperoxid Li2O2.

Wenn Lithium mit Wasser reagiert, bildet sich Lithiumhydroxid, eine starke Base. Aus Lithiumhydroxid werden Lithiumfette hergestellt, die als Schmierfette für Autos verwendet werden. Da Lithiumhydroxid auch Kohlenstoffdioxid bindet, dient es in U-Booten zur Regenerierung der Luft.

Weitere Lithiumverbindungen

Lithiumchlorid
Lithiumcarbonat

Lithium bildet mit den Halogeniden Salze der Form LiX. Dies sind Lithiumfluorid, Lithiumchlorid, Lithiumbromid und Lithiumiodid. Da Lithiumchlorid sehr hygroskopisch ist, wird es – außer als Ausgangsmaterial für die Lithiumgewinnung – auch als Trockenmittel eingesetzt. Es dient zum Trocknen von Gasen, beispielsweise von Erdgas, bevor es durch die Pipeline geführt wird oder bei Klimaanlagen zur Herabsetzung der Luftfeuchte (bis 2 % relativer Luftfeuchte). Lithiumchlorid dient ferner noch zur Herabsetzung von Schmelztemperaturen, in Schweiß- und Hartlötbädern und als Schweißelektroden-Ummantelung für das Schweißen von Aluminium. Lithiumfluorid findet als Einkristall in der Infrarotspektroskopie Verwendung.

Die technisch wichtigste Lithiumverbindung ist das schwerlösliche Lithiumcarbonat. Es dient zur Gewinnung der meisten anderen Lithiumverbindungen und wird in der Glasindustrie und bei der Herstellung von Email als Flussmittel eingesetzt. Auch in der Aluminiumherstellung wird es zur Verbesserung von Leitfähigkeit und Viskosität der Schmelze zugesetzt.

Lithiumseifen sind Lithiumsalze von Fettsäuren. Sie finden vor allem als Verdickungsmittel in hochwertigen Mineralöl-basierten Schmierfetten und -wachsen sowie zur Herstellung von Bleistiften Verwendung.

Weitere Lithiumsalze sind:

Organische Lithiumverbindungen

Im Gegensatz zu den meisten anderen Alkalimetallorganylen spielen Lithiumorganyle eine beachtliche Rolle insbesondere in der organischen Chemie. Von besonderer Bedeutung sind n-Butyllithium, tert-Butyllithium, Methyllithium und Phenyllithium, die in Form ihrer Lösungen in Pentan, Hexan, Cyclohexan beziehungsweise gegebenenfalls Diethylether auch kommerziell verfügbar sind. Man kann sie durch direkte Umsetzung metallischen Lithiums mit Alkyl-/Arylhalogeniden gemäß

R X + 2 L i L i R + L i + X {\displaystyle \mathrm {R{-X}+2\ Li\rightarrow Li{-R}+Li^{+}X^{-}} }

oder durch Transmetallierung zum Beispiel aus Quecksilberorganylen gemäß

H g R 2 + 2 L i 2 L i R + H g {\displaystyle \mathrm {HgR_{2}+2\ Li\rightarrow 2\ Li{-R}+Hg} }

herstellen.

Mit elementarem Lithium in Tetrahydrofuran (THF) anstelle von Magnesium in Diethylether lassen sich Grignard-analoge Additionsreaktionen von Alkylhalogeniden an Carbonylverbindungen mit meist besserer Ausbeute durchführen.

Auf Grund des deutlich kovalenten Charakters ist die Struktur von Lithiumorganylen nur selten durch eine einfache Li–C-Bindung zu beschreiben. Es liegen meist komplexe Strukturen, aufgebaut aus dimeren, tetrameren oder hexameren Einheiten, beziehungsweise polymere Strukturen vor. Lithiumorganyle sind hochreaktive Verbindungen, die sich an der Luft teilweise von selbst entzünden. Mit Wasser reagieren sie explosionsartig. Infolge ihrer extremen Basizität reagieren sie auch mit Lösungsmitteln, deren gebundener Wasserstoff kaum sauer ist, wie etwa THF, was die Wahl geeigneter Lösungsmittel stark einschränkt. Reaktionen mit ihnen sind nur unter Schutzgas und in getrockneten Lösungsmitteln möglich. Daher ist im Umgang mit ihnen eine gewisse Erfahrung erforderlich und große Vorsicht geboten.

Eine weitere Gruppe organischer Lithiumderivate sind die Lithiumamide des Typs LiNR2, von denen insbesondere Lithiumdiisopropylamid (LDA) und Lithium-bis(trimethylsilyl)amid (LiHMDS, siehe auch HMDS) als starke Basen ohne nukleophile Aktivität Verwendung finden.

Lithiumorganyle finden vielseitige Verwendung, so als Initiatoren für die anionische Polymerisation von Olefinen, als Metallierungs-, Deprotonierungs- oder Alkylierungsmittel.

Von gewisser Bedeutung sind die sogenannten Gilman-Cuprate des Typs R2CuLi.

Wiktionary: Lithium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
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Lithium
lithium, chemisches, element, symbol, ordnungszahl, sprache, beobachten, bearbeiten, dieser, artikel, behandelt, chemische, element, anderen, bedeutungen, siehe, begriffsklärung, abgeleitet, altgriechisch, λίθος, líthos, deutsch, stein, aussprache, ˈliːti, ode. Lithium chemisches Element mit dem Symbol Li und der Ordnungszahl 3 Sprache Beobachten Bearbeiten Dieser Artikel behandelt das chemische Element Lithium zu anderen Bedeutungen siehe Lithium Begriffsklarung Lithium abgeleitet von altgriechisch li8os lithos deutsch Stein Aussprache ˈliːti ʊm 14 15 16 oder auch ˈliːʦi ʊm 17 ist ein chemisches Element mit dem Symbol Li und der Ordnungszahl 3 Es ist ein Element der 1 IUPAC Gruppe der Gruppe der Alkalimetalle und gehort zur zweiten Periode des Periodensystems der Elemente Lithium ist ein Leichtmetall und besitzt die geringste Dichte der unter Standardbedingungen festen Elemente Eigenschaften He 2s1 3 Li PeriodensystemAllgemeinName Symbol Ordnungszahl Lithium Li 3Elementkategorie AlkalimetalleGruppe Periode Block 1 2 sAussehen silbrig weiss grauCAS Nummer 7439 93 2EG Nummer 231 102 5ECHA InfoCard 100 028 274Massenanteil an der Erdhulle 60 ppm 1 27 HaufigkeitAtomar 2 Atommasse 6 94 6 938 6 997 3 4 uAtomradius berechnet 145 167 pmKovalenter Radius 128 pmVan der Waals Radius 182 pmElektronenkonfiguration He 2s11 Ionisierungsenergie 5 391 714 95 4 eV 5 520 22 kJ mol 6 2 Ionisierungsenergie 75 640 096 4 13 eV 5 7 298 16 kJ mol 6 3 Ionisierungsenergie 122 454 358 1 8 eV 5 11 815 05 kJ mol 6 Physikalisch 2 Aggregatzustand festModifikationen 1Kristallstruktur kubisch raumzentriertDichte 0 534 g cm3 20 C 7 Mohsharte 0 6Magnetismus paramagnetisch Xm 1 4 10 5 8 Schmelzpunkt 453 69 K 180 54 C Siedepunkt 1603 K 9 1330 C Molares Volumen 13 02 10 6 m3 mol 1Verdampfungswarme 136 kJ mol 9 Schmelzwarme 3 kJ mol 1Schallgeschwindigkeit 6000 m s 1 bei 293 15 KSpezifische Warmekapazitat 3482 1 J kg 1 K 1Austrittsarbeit 2 9 eV 10 Elektrische Leitfahigkeit 10 6 106 A V 1 m 1Warmeleitfahigkeit 85 W m 1 K 1Chemisch 2 Oxidationszustande 1Normalpotential 3 04 VElektronegativitat 0 98 Pauling Skala IsotopeIsotop NH t1 2 ZA ZE MeV ZP6Li 7 4 Stabil7Li 92 6 StabilWeitere Isotope siehe Liste der IsotopeNMR Eigenschaften Spin Quanten zahl I g in rad T 1 s 1 Er 1H fL bei B 4 7 T in MHz6Li 1 0 3 936 107 11 8 5 10 3 11 0 29 45 11 7Li 3 2 10 398 107 11 0 294 11 0 77 77 11 SicherheitshinweiseGHS Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung EG Nr 1272 2008 CLP 13 ggf erweitert 12 GefahrH und P Satze H 260 314EUH 014P 223 280 231 232 305 351 338 370 378 422 12 Soweit moglich und gebrauchlich werden SI Einheiten verwendet Wenn nicht anders vermerkt gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen Lithium kommt in der Natur aufgrund seiner hohen Reaktivitat nicht elementar vor Bei Raumtemperatur ist es nur in vollig trockener Luft uber langere Zeit stabil reagiert aber langsam zu Lithiumnitrid Li3N In feuchter Luft bildet sich an der Oberflache schnell eine mattgraue Lithiumhydroxid Schicht Wie alle Alkalimetalle reagiert elementares Lithium schon in Beruhrung mit der Hautfeuchtigkeit und fuhrt so zu schweren Veratzungen und Verbrennungen Viele Lithiumverbindungen die in wassriger Losung Lithiumionen bilden sind im Gegensatz zu den entsprechenden Natrium und Kaliumverbindungen als gesundheitsschadlich gekennzeichnet Als Spurenelement ist Lithium in Form seiner Salze ein haufiger Bestandteil von Mineralwasser Im menschlichen Organismus sind geringe Mengen Lithium vorhanden das Element ist jedoch nicht essenziell und hat keine bekannte biologische Funktion Einige Lithiumsalze haben aber eine medizinische Wirkung und werden in der Lithiumtherapie bei bipolaren Affektstorungen Manie Depressionen und Cluster Kopfschmerzen eingesetzt siehe Medizin Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Vorkommen und Abbau 2 1 Vorkommen auf der Erde 2 1 1 Abbau und Reserven 2 1 2 Primare Lagerstatten 2 1 3 Sekundare Lagerstatten 2 2 Vorkommen ausserhalb der Erde 3 Produktionsprozess 3 1 Aus Salzwasser 4 Darstellung 5 Wirtschaftliche Bedeutung und Rohstoffhandel 6 Eigenschaften 6 1 Physikalische Eigenschaften 6 2 Chemische Eigenschaften 7 Isotope 8 Verwendung 8 1 Metall 8 2 Kernfusion 8 3 Legierungsbestandteil 8 4 Forschung Atomphysik 8 5 Medizin 9 Nachweis 10 Gefahrenhinweise 11 Verbindungen 11 1 Wasserstoffverbindungen 11 2 Sauerstoffverbindungen 11 3 Weitere Lithiumverbindungen 11 4 Organische Lithiumverbindungen 12 Literatur 13 Weblinks 14 EinzelnachweiseGeschichte Johan August Arfwedson Entdecker des Lithiums Lithium Stucke zum Schutz vor Oxidation in Paraffinol Als Entdecker des Lithiums gilt der Schwede Johan August Arfwedson der im Jahr 1817 die Anwesenheit eines fremden Elements in Petalit Li 4 Al 4 Si4O10 und bald darauf auch in Spodumen LiAl Si2O6 und Lepidolith K Li Al 3 Al Si 4O10 F OH 2 feststellte als er Mineralienfunde von der Insel Uto in Schweden analysierte Sein akademischer Lehrer Jons Jakob Berzelius schlug Lithion eine Ableitung zu griech li8os lithos Stein als Namen vor der entsprechend den Bezeichnungen der andern beiden damals bekannten Alkalimetallen Natrium und Kalium auf das Material hinweist aus dem es gewonnen wurde Die latinisierte Form Lithium hat sich durchgesetzt 18 1818 bemerkte der deutsche Chemiker Christian Gottlob Gmelin dass Lithiumsalze eine rote Flammenfarbung ergeben Beide Wissenschaftler scheiterten in den folgenden Jahren mit Versuchen dieses Element zu isolieren Im Jahr 1818 gelang dies erstmals William Thomas Brande und Sir Humphry Davy mittels eines elektrolytischen Verfahrens aus Lithiumoxid Li2O Robert Bunsen und Augustus Matthiessen stellten 1855 durch Elektrolyse von Lithiumchlorid LiCl grossere Mengen reinen Lithiums her Im Jahr 1917 synthetisierte Wilhelm Schlenk aus organischen Quecksilberverbindungen die ersten lithiumorganischen Verbindungen 19 Mit der ersten kommerziellen Produktion begann 1923 die deutsche Metallgesellschaft in der Hans Heinrich Hutte in Langelsheim im Harz indem eine Schmelze aus Lithium und Kaliumchlorid KCl elektrolysiert wurde Bis kurz nach dem Zweiten Weltkrieg gab es bis auf die Anwendung als Schmiermittel Mineralol angedickt mit Lithiumstearat und in der Glasindustrie Lithiumcarbonat oder Lithiumoxid kaum Anwendungen fur Lithium Dies anderte sich als in den Vereinigten Staaten Tritium das sich aus Lithium gewinnen lasst fur den Bau von Wasserstoffbomben benotigt wurde Man begann mit einer breit angelegten Forderung vor allem in Kings Mountain North Carolina 20 Durch die auf Grund der kurzen Tritium Halbwertszeit benotigten grossen Lithium Mengen wurde zwischen 1953 und 1963 ein grosser Vorrat von Lithium angehauft das erst nach dem Ende des Kalten Krieges ab 1993 auf den Markt gebracht wurde 20 Neben dem Bergbau wurde nun auch die billigere Gewinnung aus Salzlaugen wichtig Grossere Mengen Lithium werden mittlerweile fur Batterien fur die Polymerisation von Elastomeren in der Bauindustrie und fur die organische Synthese von Pharmazeutika und Agrochemikalien eingesetzt Seit 2007 sind Primarbatterien und Akkumulatoren Sekundarbatterien das wichtigste Segment 21 Vorkommen und AbbauVorkommen auf der Erde Petalit Lithium hat an der Erdkruste einen Anteil von etwa 0 006 22 Es kommt damit etwas seltener als Zink sowie haufiger als Kobalt Zinn und Blei in der Erdkruste vor Obwohl Lithium haufiger als beispielsweise Blei ist ist seine Gewinnung durch die starkere Verteilung schwierig 23 Im Trinkwasser und einigen Nahrungsmitteln wie Fleisch Fisch Eiern und Milchprodukten ist Lithium enthalten So enthalten 100 g Fleisch etwa 100 mg Lithium 24 Verschiedene Pflanzen wie beispielsweise Tabak oder Hahnenfuss nehmen Lithiumverbindungen aus dem Boden auf und reichern sie an Der durchschnittliche Anteil an der Trockenmasse von Pflanzen liegt zwischen 0 5 ppm und 3 ppm Meerwasser enthalt durchschnittlich 180 µg L und Flusswasser etwa 3 µg L Abbau und Reserven Mengenmassig wurden 2015 ausserhalb der USA 35 000 Tonnen Lithium gewonnen und uberwiegend als Lithiumcarbonat Li2CO3 gehandelt Im Jahr 2016 war Chile der grosste Produzent Australien verdreifachte seine Produktion zwischen 2016 und 2017 und steigerte sie bis 2018 nochmals um fast 50 Derzeit 2018 werden fast zwei Drittel des Lithiumvorrats in Australien im Hartgesteinsbergbau und nur etwa ein Drittel aus Solen gewonnen 25 Die Reserven in den vorhandenen Minen werden auf rund 17 Millionen Tonnen geschatzt Stand Januar 2020 Das Weltvorkommen aus kontinentalen Solen geothermischen Solen aus dem Hectorit Mineral Olfeld Solen und aus dem magmatischen Gestein Pegmatit ist auf 80 Millionen Tonnen geschatzt worden 26 Die grossten Ressourcen sind in Bolivien 21 Mio Tonnen Argentinien 17 Mio Tonnen Chile 9 Mio Tonnen USA 6 8 Mio Tonnen Australien 6 3 Mio Tonnen und China 4 5 Mio Tonnen In Europa haben Deutschland 2 5 Mio Tonnen und Tschechien 1 3 Mio Tonnen die grossten Vorkommen 26 Weltweite Produktion Tonnen 26 2014 2015 2016 2017 2018 2019 geschatzt Minen Reserven WeltvorkommenBolivien Bolivien n v n v n v n v n v n v 9 000 000 21 000 000Chile Chile 11 500 10 500 14 300 14 200 17 000 18 000 8 600 000 9 000 000China Volksrepublik Volksrepublik China 2 300 2 000 2 300 6 800 7 100 7 500 1 000 000 4 500 000Australien Australien 13 300 14 100 14 000 40 000 58 800 42 000 2 800 000 6 300 000Argentinien Argentinien 3 200 3 600 5 800 5 700 6 400 6 400 1 700 000 17 000 000Portugal Portugal 300 200 400 800 800 1 200 60 000 250 000Brasilien Brasilien 160 200 200 200 300 300 95 000 400 000Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten n v n v n v n v n v n v 630 000 6 800 000Simbabwe Simbabwe 900 900 1 000 800 1 600 1 600 230 000 540 000Kanada Kanada n v n v n v n v 2 400 200 370 000 1 700 000Kongo Demokratische Republik Demokratische Republik Kongo n v n v n v n v n v n v n v 3 000 000Russland Russland n v n v n v n v n v n v n v 1 000 000Serbien Serbien n v n v n v n v n v n v n v 1 000 000Mexiko Mexiko n v n v n v n v n v n v n v 1 700 000Osterreich Osterreich n v n v n v n v n v n v n v 50 000Welt 31 700 31 500 38 000 69 000 95 000 77 000 17 000 000 80 000 000Primare Lagerstatten Lithium kommt in einigen Mineralien in Lithium Pegmatiten vor Die wichtigsten Minerale sind dabei Amblygonit LiAl PO4 F Lepidolith K Li Al 3 Al Si 4O10 F OH 2 Petalit Kastor LiAl Si4O10 und Spodumen Triphan LiAl Si2O6 Diese Minerale haben einen Lithiumgehalt von bis zu 9 bei Amblygonit Andere seltenere Lithiumerze sind Kryolithionit Li3Na3 AlF6 2 das den grossten Lithiumgehalt aller Mineralien aufweist Triphylin Li FeII MnII PO4 und Zinnwaldit K Li Fe Al 3 Al Si 4O10 F OH 2 Lithiummineralien kommen in vielen Silikat Gesteinen vor aber meist nur in geringen Konzentrationen Es gibt keine grossen Lagerstatten Da die Gewinnung von Lithium aus diesen Mineralien mit grossem Aufwand verbunden ist spielen sie heutzutage bei der Gewinnung von Lithium oder Lithiumverbindungen eine untergeordnete Rolle dies konnte sich jedoch aufgrund der erwartet hohen Nachfrage andern Abbauorte sind vor allem die Greenbushes und Mt Cattlin Minen in Western Australia in deren Pegmatit Gesteinen eine hohe Lithiumkonzentration vorliegt und in denen Lithium als Nebenprodukt der Tantalgewinnung anfallt Auch in einigen anderen Landern wie Kanada und Russland bis 1998 auch in Bassemer City North Carolina wird Spodumen zur Lithiumgewinnung abgebaut 27 Europa besitzt Li reiche Pegmatitfelder auf der Karntner Weinebene im Bezirk Wolfsberg in der finnischen Region Osterbotten im Erzgebirge sowie zwischen Spanien Almendra und Portugal Distrikt Guarda Boticas 28 29 Wahrend die erste kommerzielle Produktion von Lithiumverbindungen an sich bereits 1923 im Harz begann konnte die Forderung in den nun neu erschlossenen bedeutenden Lagerstatten in Osterreich und Finnland ab 2021 beginnen Sie werden durch Global Strategic Metals bzw Keliber betrieben In Osterreich an der Koralpe im Lavanttal haben Probestollen ein viel grosseres Vorkommen von lithiumhaltigem Grundgestein ergeben das auf 22 Millionen Tonnen geschatzt wird Damit ist es eines der ersten gross angelegten Lithium Abbauprojekte Europas und konnte 20 Jahre lang betrieben werden 30 31 Das Vorkommen bei Zinnwald im Erzgebirge wird durch die Deutsche Lithium exploriert 32 33 Sekundare Lagerstatten Lithiumsalze insbesondere Lithiumchlorid kommen verbreitet auch in Salzlaugen meist Salzseen vor Die Konzentration kann bis zu einem Prozent betragen Neben der Konzentration des Lithiums ist fur die Qualitat der Salzlauge das Mengenverhaltnis von Magnesium zu Lithium wichtig Derzeit wird Lithium vor allem in Chile Salar de Atacama die mit 0 16 mit den hochsten bekannten Lithiumkonzentration aufweist 23 Argentinien Salar de Hombre Muerto den Vereinigten Staaten von Amerika Silver Peak Nevada und der Volksrepublik China Chabyer Caka Tibet Taijinaier See Qinghai gewonnen Im bolivianischen Salzsee Salar de Uyuni mit geschatzt 5 4 Millionen Tonnen Lithium lagern moglicherweise die grossten Ressourcen 26 34 Das Staatsunternehmen Yacimientos de Litio Bolivianos investiert seit 2018 mit deutschen und chinesischen Partnern verstarkt in seine Industrialisierung einschliesslich der benachbarten Salar de Coipasa und Laguna Pastos Grandes Es gibt weitere lithiumhaltige Salzseen die Stand April 2019 noch nicht zum industriellen Abbau genutzt werden beispielsweise in China Argentinien und Afghanistan 2016 wurde bekannt dass im Paradox Becken im US Bundesstaat Utah schon in den 1960er Jahren bei Olexplorationsbohrungen hochsalinares Tiefengrundwasser Sole angetroffen wurde aus dem sich nach damaligen Analysen bis zu 1700 mg L reines Lithium gewinnen liesse 35 Als Kuppelprodukte bei der Lithiumgewinnung werden haufig Kaliumcarbonat Pottasche Borax Caesium und Rubidium gewonnen Aufgrund der erwarteten starken Nachfrage nach Lithium fur Batterien von Elektrofahrzeugen pruften 2010 einige Unternehmen den Abbau von lithiumhaltigen Mineralien und Salzlaugen in verschiedenen Regionen der Welt inklusive Europa 36 Erforscht wird auch die Lithiumgewinnung aus Meerwasser In den Weltmeeren sind ca 230 Mrd Tonnen Lithium gelost 2018 stellten Forscher eine Extraktionsmethode vor bei der Lithium uber solarbetriebene Elektrolyse aus Meerwasser gewonnen werden kann Als einen Vorteil gegenuber herkommlicher Gewinnung nannten sie dass bei dem Prozess direkt metallisches Lithium anfallt und deshalb auf die komplexe und energieaufwandige Weiterverarbeitung verzichtet werden kann wie sie bei der traditionellen Lithiumgewinnung aus Erzen notwendig ist 37 Beim Leibniz Institut fur Neue Materialien startete im November 2020 das auf zwei Jahre angesetzte Forschungsprojekt MERLIN mining water lithium extraction mit dem die Gewinnung von Lithium aus Grubenwasser getestet werden soll 38 Vorkommen ausserhalb der Erde Nach dem Urknall ist neben Wasserstoff und Heliumisotopen auch eine nennenswerte Menge des Isotops 7Li entstanden Dieses ist aber zum grossten Teil heute nicht mehr vorhanden da in Sternen Lithium mit Wasserstoff im Prozess der Proton Proton Reaktion II fusioniert und so verbraucht wurde 39 In Braunen Zwergen sind Masse und Temperatur jedoch nicht hoch genug fur eine Wasserstofffusion ihre Masse erreicht nicht die dazu notwendige Grosse von etwa 75 Jupitermassen Das beim Urknall entstandene Lithium blieb somit in grosseren Mengen nur in Braunen Zwergen erhalten Lithium ist aus diesem Grund auch extraterrestrisch ein verhaltnismassig seltenes Element kann aber zum Nachweis Brauner Zwerge dienen 40 Die Verteilung von Lithium in verschiedenen Sternen ist stark unterschiedlich auch wenn das Alter die Masse und die Metallizitat ahnlich sind Es wird angenommen dass Planeten einen Einfluss auf den Lithiumgehalt eines Sterns besitzen Besitzt ein Stern keine Planeten so ist der Lithiumgehalt hoch wahrend Sterne wie die Sonne die von Planeten umgeben sind einen nur geringen Lithiumgehalt aufweisen was auch als Lithium Dip bezeichnet wird Als Ursache wird vermutet dass die Gezeitenkrafte von Planeten zu einer starkeren Durchmischung von ausseren und inneren Schichten in Sternen beitragen so dass mehr Lithium in einen Bereich gelangt der heiss genug ist um dieses zu fusionieren 41 ProduktionsprozessLithium wird vorwiegend aus Salzwasser Grundwasser Salzseen durch Verdunstung gewonnen 42 Selten ist die Gewinnung aus Gesteinen im offenen Tagebau Aus Salzwasser Zur Lithiumgewinnung wird salzhaltiges Grundwasser an die Oberflache gepumpt und uber eine Kette von Verdunstungsteichen geleitet in denen uber mehrere Monate die Verdunstung an der Sonne stattfindet Hat das Lithiumchlorid in den Teichen die notige Konzentration erreicht wird die Losung in eine Aufbereitungsanlage gepumpt wo unerwunschtes Bor oder Magnesium extrahiert und ausgefiltert werden Dann wird sie mit Natriumcarbonat behandelt Das dabei ausgefallte Lithiumcarbonat wird gefiltert und getrocknet Uberschussige Rest Sole wird in den Salzsee zuruckgepumpt 43 In trockenen Gegenden wie Chile wird durch die Grundwasserverwendung das Austrocknen der Landschaft gefordert 44 45 DarstellungAus lithiumhaltigen Salzlosungen wird durch Verdunsten des Wassers und Zugabe von Natriumcarbonat Soda Lithiumcarbonat ausgefallt Dazu wird die Salzlake zunachst so lange an der Luft eingeengt bis die Lithiumkonzentration 0 5 uberschreitet Durch Zugabe von Natriumcarbonat fallt daraus das schwerlosliche Lithiumcarbonat aus 2 L i C l N a 2 C O 3 L i 2 C O 3 2 N a C l displaystyle mathrm 2 LiCl Na 2 CO 3 longrightarrow Li 2 CO 3 downarrow 2 NaCl Zur Gewinnung von metallischem Lithium wird das Lithiumcarbonat zunachst mit Salzsaure umgesetzt Dabei entstehen Kohlenstoffdioxid das als Gas entweicht und gelostes Lithiumchlorid Diese Losung wird im Vakuumverdampfer eingeengt bis das Chlorid auskristallisiert L i 2 C O 3 2 H 3 O 2 C l 2 L i 2 C l C O 2 3 H 2 O displaystyle mathrm Li 2 CO 3 2 H 3 O 2 Cl longrightarrow 2 Li 2 Cl CO 2 uparrow 3 H 2 O Die Apparate und Anlagen fur die Lithiumchlorid Gewinnung mussen aus Spezialstahlen oder Nickellegierung sein da die Salzlauge sehr korrosiv wirkt Metallisches Lithium wird durch Schmelzflusselektrolyse eines bei 450 500 C schmelzenden eutektischen Gemisches aus 52 Massenprozent Lithiumchlorid und 48 Massenprozent Kaliumchlorid hergestellt 1 L i e E l e k t r o l y s e 450 500 C L i displaystyle mathrm Li mathrm e xrightarrow Elektrolyse 450 500 circ C Li Das Kalium wird bei der Elektrolyse nicht abgeschieden weil es in der Chlorid Schmelze ein niedrigeres Elektrodenpotential hat Spuren von Natrium werden jedoch mit abgeschieden und machen das Lithium besonders reaktiv vorteilhaft in der organischen Chemie schlecht fur Li Batterien Das flussige Lithium sammelt sich an der Elektrolytoberflache und kann so relativ einfach aus der Elektrolysezelle ausgeschleust werden Es ist ebenfalls moglich Lithium per Elektrolyse von Lithiumchlorid in Pyridin zu gewinnen Diese Methode eignet sich besonders gut im Labormassstab Wirtschaftliche Bedeutung und RohstoffhandelNach seiner Gewinnung gelangt Lithium als Rohstoff uber den Handel zu den weiterverarbeitenden Industrien Im Rohstoffhandel speziell an den Borsen fur Metalle wird kein reines Lithium gehandelt das chemisch zu instabil ware Gehandelt werden stattdessen stabile Lithiumverbindungen i d R mit Lithiumsalzen bzw Lithium basierenden Kristallhaufwerken uberwiegend Lithiumkarbonat oder Lithiumhydroxidmonohydrat Diese Stoffe werden u a an der London Metal Exchange gehandelt 2020 wurden fur Lithiumkarbonat Minimalgehalt 99 5 ein Preis von 8 75 USD kg verzeichnet fur Lithiumhydroxidmonohydrat Minimalgehalt 56 5 10 25 USD kg 46 Neben der Quotierung des Lithiums als Rohstoff existieren seit 2010 Lithium Indexfonds ETFs die borslich handelbar sind 47 48 Mit diesen ETFs wird der Borsenwert von Unternehmen abgebildet die an der Lithium Wertschopfunskette beteiligt sind Seit 2010 gibt es einen Aktien Performance Index von Solactive der die Marktkapitalisierung der grossten borsennotierten Unternehmen nachzeichnet die an Erkundung und Bergbau von Lithium sowie der Produktion von Lithium Batterien beteiligt sind Zu den zehn grossten Werten in diesem Index zahlen nach Grosse absteigend Stand April 2020 Albemarle SQM Tesla BYD Samsung Simplo Technology LG Chem Panasonic GS Yuasa und Enersys 49 Die wenigen Lithium ETFs bilden uberwiegend diesen Index ab EigenschaftenPhysikalische Eigenschaften Dilithium ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel Fur die fiktive Substanz aus dem Star Trek Universum siehe Liste erfundener Elemente Materialien Isotope und Elementarteilchen Kristallstruktur von Lithium a 351 pm 50 Lithium ist ein silberweisses weiches Leichtmetall Es ist bei Raumtemperatur das leichteste aller festen Elemente Dichte 0 534 g cm 51 Nur fester Wasserstoff bei 260 C ist mit einer Dichte von 0 0763 g cm 51 noch leichter Lithium kristallisiert wie die anderen Alkalimetalle in einer kubisch raumzentrierten Kugelpackung in der Raumgruppe Im3 m Raumgruppen Nr 229 Vorlage Raumgruppe 229 mit dem Gitterparameter a 351 pm und zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle Bei tiefen Temperaturen von 78 K andert sich die Kristallstruktur durch Spontanumwandlung in eine hexagonale Struktur des Magnesium Typs mit den Gitterparametern a 311 pm und c 509 pm oder nach Verformung in eine kubische Struktur des Kupfer Typs kubisch flachenzentriert mit dem Gitterparameter a 438 pm um Die genauen Ursachen welche Struktur gebildet wird sind unbekannt 50 Lithium hat unter den Alkalimetallen den hochsten Schmelz und Siedepunkt sowie die grosste spezifische Warmekapazitat Lithium besitzt zwar die grosste Harte aller Alkalimetalle lasst sich bei einer Mohs Harte von 0 6 52 dennoch mit dem Messer schneiden Als typisches Metall ist es ein guter Strom Leitfahigkeit etwa 18 von Kupfer 22 und Warmeleiter Lithium weist weitgehende Ahnlichkeit zu Magnesium auf was sich auch in der Tatsache des Auftretens von heterotypen Mischkristallen aus Lithium und Magnesium der sogenannten Isodimorphie zeigt Obwohl Magnesium in der hexagonal dichtesten Lithium dagegen in der kubisch raumzentrierten Kugelpackung kristallisiert sind beide Metalle weitgehend heterotyp mischbar 53 Dies erfolgt aber nur in einem beschrankten Konzentrationsbereich wobei die im Uberschuss vorhandene Komponente der anderen ihr Kristallgitter aufzwingt Das Lithium Ion weist mit 520 kJ mol 54 die hochste Hydratationsenthalpie aller Alkalimetallionen auf Dadurch ist es in Wasser vollstandig hydratisiert und zieht die Wassermolekule stark an Das Lithiumion bildet zwei Hydrathullen eine innere mit vier Wassermolekulen die sehr stark uber ihre Sauerstoffatome an das Lithiumion gebunden sind und eine aussere Hulle in der uber Wasserstoffbrucken weitere Wassermolekule mit dem Li H2O 4 Ion verbunden sind Dadurch ist der Ionenradius des hydratisierten Ions sehr gross sogar grosser als diejenigen der schweren Alkalimetalle Rubidium und Caesium die in wassriger Losung keine derart stark gebundenen Hydrathullen aufweisen Lewisformel von Dilithium Als Gas kommt Lithium nicht nur in einzelnen Atomen sondern auch molekular als Dilithium Li2 vor Das einbindige Lithium erreicht dadurch ein volles s Atomorbital und somit eine energetisch gunstige Situation Dilithium hat eine Bindungslange von 267 3 pm und eine Bindungsenergie von 101 kJ mol 55 Im gasformigen Zustand liegt etwa 1 nach Masse des Lithiums als Dilithium vor Chemische Eigenschaften An der Luft infolge Nitridbildung angelaufenes Lithiummetall Lithium ist wie alle Alkalimetalle sehr reaktiv und reagiert bereitwillig mit sehr vielen Elementen und Verbindungen wie Wasser unter Warmeabgabe Unter den Alkalimetallen ist es allerdings das reaktionstragste Eine Besonderheit die Lithium von den anderen Alkalimetallen unterscheidet ist seine Reaktion mit molekularem Stickstoff zu Lithiumnitrid die bereits bei Raumtemperatur langsam stattfindet 6 L i N 2 20 C 2 L i 3 N displaystyle mathrm 6 Li N 2 xrightarrow 20 circ C 2 Li 3 N Dies wird durch die hohe Ladungsdichte des Li Ions und damit durch eine hohe Gitterenergie des Lithiumnitrids ermoglicht Lithium hat mit 3 04 V 56 das niedrigste Normalpotential im Periodensystem und ist somit das unedelste aller Elemente Wie alle Alkalimetalle wird Lithium unter Petroleum oder Paraffinol aufbewahrt da es sonst mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff und Stickstoff reagiert Da die Ionenradien von Li und Mg2 Ionen vergleichbar gross sind gibt es auch Ahnlichkeiten in den Eigenschaften von Lithium beziehungsweise Lithiumverbindungen und Magnesium oder Magnesiumverbindungen Diese Ahnlichkeit in den Eigenschaften zweier Elemente aus benachbarten Gruppen des Periodensystems ist als Schragbeziehung im Periodensystem bekannt So bildet Lithium im Gegensatz zu Natrium viele metallorganische Verbindungen Organolithium Verbindungen wie Butyllithium oder Methyllithium Ahnliche Beziehungen bestehen auch zwischen Beryllium und Aluminium sowie zwischen Bor und Silicium Isotope Reaktionen der Lithium und Wasserstoffisotope in der Castle Bravo Bombe Geplante expected und tatsachliche got Reaktion von 7Li In der Natur kommen die beiden stabilen Isotope 6Li 7 6 und 7Li 92 4 vor Daneben sind instabile Isotope beginnend bei 4Li uber 8Li bis 12Li bekannt die nur kunstlich herstellbar sind Ihre Halbwertszeiten liegen alle im Millisekundenbereich 57 6Li spielt eine wichtige Rolle in der Technologie der Kernfusion Es dient sowohl im Kernfusionsreaktor als auch in der Wasserstoffbombe als Ausgangsmaterial fur die Erzeugung von Tritium das fur die energieliefernde Fusion mit Deuterium benotigt wird Tritium entsteht im Blanket des Fusionsreaktors oder in der Wasserstoffbombe neben Helium durch Beschuss von 6Li mit Neutronen die bei der Fusion anfallen nach der Kernreaktion 3 6 L i n 2 4 H e 1 3 T 4 78 M e V displaystyle mathrm 3 6 Li n rightarrow 2 4 He 1 3 T 4 78 MeV Die ebenfalls mogliche Reaktion 3 7 L i n 2 4 H e 1 3 T n 2 74 M e V displaystyle mathrm 3 7 Li n rightarrow 2 4 He 1 3 T n 2 74 MeV ist weniger geeignet siehe Blanket Die Trennung kann beispielsweise uber einen Isotopenaustausch von Lithiumamalgam und einer gelosten Lithiumverbindung wie Lithiumchlorid in Ethanol erfolgen sog COLEX Prozess Dabei werden Ausbeuten von etwa 50 erreicht 58 Ist in einer Dreistufenbombe neben 6Li auch 7Li vorhanden wie es beispielsweise bei Castle Bravo der Fall war reagiert dieses mit einigen der bei der Fusion erzeugten schnellen Neutronen Dadurch entstehen wieder Neutronen ausserdem Helium und zusatzliches Tritium Dies fuhrt obwohl die 7Li Neutron Reaktion zunachst Energie verbraucht im Endergebnis zu erhohter Energiefreisetzung durch zusatzliche Fusionen und mehr Kernspaltungen im Bombenmantel aus Uran Die Sprengkraft ist deshalb hoher als wenn nur der 6Li Anteil der Isotopenmischung in der Bombe umgewandelt worden ware Da vor dem Castle Bravo Test angenommen wurde das 7Li wurde nicht mit den Neutronen reagieren war die Bombe etwa 2 5 mal so stark wie erwartet 59 Das Lithiumisotop 7Li entsteht in geringen Mengen in Kernkraftwerken durch eine Kernreaktion des als Neutronenabsorber verwendeten Borisotops 10B mit Neutronen 60 5 10 B n 3 7 L i 2 4 H e g displaystyle mathrm 5 10 B n rightarrow 3 7 Li 2 4 He gamma Die Isotope 6Li 7Li werden beide in Experimenten mit kalten Quantengasen verwendet So wurde das erste Bose Einstein Kondensat mit dem Boson Isotop 7Li erzeugt 61 6Li dagegen ist ein Fermion und im Jahr 2003 ist es gelungen Molekule dieses Isotops in ein Suprafluid zu verwandeln 62 Siehe auch Liste der Lithium IsotopeVerwendungVerwendung von Lithium Nachfrage 2015 26 Lithiumbatterie und Lithium Ionen Akkumulator Hauptartikel Lithium Ionen Akkumulator Die heute wichtigste und am schnellsten wachsende Anwendung fur Lithium ist die Verwendung in Lithium Ionen Akkumulatoren oft auch als wiederaufladbare Batterien bezeichnet die z B in Smartphones Laptops Akkuwerkzeugen oder elektrisch betriebenen Fahrzeugen wie Hybridautos Elektroautos oder E Bikes verwendet werden siehe Diagramm rechts Der grosste Teil der produzierten Lithiumsalze wird nicht zum Metall reduziert sondern entweder direkt als Lithiumcarbonat Lithiumhydroxid Lithiumchlorid Lithiumbromid eingesetzt oder zu anderen Verbindungen umgesetzt Das Metall wird nur in einigen Anwendungen benotigt Die wichtigsten Verwendungszwecke von Lithiumverbindungen findet man im Abschnitt Verbindungen Metall Ein Teil des produzierten Lithiummetalls wird fur die Gewinnung von Lithiumverbindungen verwendet die nicht direkt aus Lithiumcarbonat hergestellt werden konnen Dies sind in erster Linie organische Lithiumverbindungen wie Butyllithium Lithium Wasserstoff Verbindungen wie Lithiumhydrid LiH oder Lithiumaluminiumhydrid sowie Lithiumamid Lithium wird wegen seiner Fahigkeit direkt mit Stickstoff zu reagieren zu dessen Entfernung aus Gasen verwendet Metallisches Lithium ist ein sehr starkes Reduktionsmittel es reduziert viele Stoffe die mit anderen Reduktionsmitteln nicht reagieren Es wird bei der partiellen Hydrierung von Aromaten Birch Reduktion eingesetzt In der Metallurgie wird es zur Entschwefelung Desoxidation und Entkohlung von Metallschmelzen eingesetzt Da Lithium ein sehr niedriges Normalpotential besitzt kann es in Batterien als Anode verwendet werden Diese Lithium Batterien haben eine hohe Energiedichte und konnen eine besonders hohe Spannung erzeugen Nicht zu verwechseln sind die nicht wiederaufladbaren Lithium Batterien mit den wiederaufladbaren Lithium Ionen Akkumulatoren bei denen Lithiummetalloxide wie Lithiumcobaltoxid als Kathode und Graphit oder andere Lithiumionen einlagernde Verbindungen als Anode geschaltet sind 63 Kernfusion Das fur den Betrieb von Kernfusionsreaktoren notige Tritium soll im Blanket des Reaktors aus Lithium 6 erbrutet werden Legierungsbestandteil Lithium wird mit einigen Metallen legiert um deren Eigenschaften zu verbessern Oft reichen dafur schon geringe Mengen Lithium aus Es verbessert als Beimischung bei vielen Stoffen die Zugfestigkeit Harte und Elastizitat Ein Beispiel fur eine Lithiumlegierung ist Bahnmetall eine Bleilegierung mit circa 0 04 Lithium die als Lagermaterial in Eisenbahnen verwendet wird Auch bei Magnesium Lithium Legierungen und Aluminium Lithium Legierungen werden die mechanischen Eigenschaften durch Zusatz von Lithium verbessert Gleichzeitig sind Lithiumlegierungen sehr leicht und werden deshalb viel in der Luft und Raumfahrttechnik verwendet Forschung Atomphysik In der Atomphysik wird Lithium gerne verwendet da es mit 6Li als einziges Alkalimetall ein stabiles fermionisches Isotop besitzt weshalb es sich zur Erforschung der Effekte in ultrakalten fermionischen Quantengasen eignet siehe BCS Theorie Gleichzeitig weist es eine sehr breite Feshbach Resonanz auf die es ermoglicht die Streulange zwischen den Atomen nach Belieben einzustellen wobei die Magnetfelder aufgrund der Breite der Resonanz nicht besonders prazise gehalten werden mussen Medizin Hauptartikel Lithiumtherapie Bereits 1859 wurde Lithium in der westlichen Medizin als Mittel gegen Gicht erstmals eingesetzt Es erwies sich jedoch als unwirksam 64 Erst 1949 beschrieb der australische Psychiater John Cade 1912 1980 ein mogliches Anwendungsgebiet fur Lithiumsalze Er hatte Meerschweinchen verschiedene chemische Verbindungen darunter auch Lithiumsalze injiziert woraufhin diese weniger stark auf ausserliche Reize reagierten ruhiger aber nicht schlafrig wurden 65 Im Nachhinein stellte sich heraus dass der bei den Versuchstieren beobachtete Effekt auf eine Intoxikation zuruckzufuhren war 66 Nach einem Selbstversuch von Cade wurde 1952 1954 die Verwendung von Lithiumcarbonat als Medikament zur Behandlung manisch depressiver Patienten in einer Doppelblindstudie am Psychiatrischen Krankenhaus in Risskov Danemark untersucht 67 Damit war der Grundstein fur die Lithiumtherapie gelegt Bei dieser wird Lithium in Form von Salzen wie dem Lithiumcarbonat gegen bipolare Affektstorungen Manie und Depression aber auch ausserhalb der Psychiatrie bei der Behandlung von Cluster Kopfschmerz oder Infektionen mit Herpes simplex eingesetzt Dabei ist die geringe therapeutische Breite zu beachten die zwischen 0 6 mmol L und 0 8 mmol L liegt und Spiegelbestimmungen wahrend der Therapie damit erforderlich macht 68 Bereits wenn sich der Lithiumblutspiegel an der oberen Grenze der therapeutischen Breite bewegt kann es bei empfindlichen Menschen zu beherrschbaren reversiblen Nebenwirkungen kommen Liegt der Lithiumblutspiegel jedoch deutlich uber der therapeutischen Breite also uber 2 0 mmol L steigt die Gefahr deutlicher bis schwerer Nebenwirkungen wie Tremor Rigor Ubelkeit Erbrechen Herzrhythmusstorungen und Leukozytose rasant an Uber 3 5 mmol L besteht Lebensgefahr 69 Der Grund ist dass der Stoffwechsel von Lithium und Natrium ahnlich ist Ein zu hoher Lithiumspiegel kann durch Schwitzen oder Natrium ausschwemmende Medikamente natriuretische Diuretika mit sinkendem Natriumspiegel entstehen Der Korper versucht den Natriumverlust zu kompensieren indem in den Nieren dem Primarharn Natrium entzogen und in das Blut zurucktransportiert wird Natriumretention Neben Natrium wird dabei auch Lithium reteniert das normalerweise gleichmassig von den Nieren ausgeschieden wird Die Folge ist ein erhohter Lithiumspiegel was bei der Einnahme von Lithium ein Drug monitoring bedingt bei dem regelmassig der Lithiumspiegel bestimmt und die Dosis entsprechend angepasst wird Auch bei korrekter Dosierung kann es unter Langzeit Behandlung mit Lithium zu Wasser und Natrium Verlusten Diabetes insipidus Ubersauerung des Blutes Azidose und zur Lithium Nephropathie mit Einschrankung der Nierenfunktion kommen 70 Eine Studie die 1990 in den USA veroffentlicht wurde beschreibt eine erhebliche Verringerung von Straftaten und Suiziden in Regionen mit erhohtem Lithiumkonzentrationen im Trinkwasser 71 Eine osterreichische Studie kam zu ahnlichen Ergebnissen 72 Die Wirkungsweise des Lithium als Psychopharmakon ist noch nicht hinreichend erforscht Derzeit werden insbesondere die Beeinflussung des Inositol Stoffwechsels durch Hemmung der myo Inositol 1 Phosphatase Enzymklasse 3 1 3 25 73 74 und die Hemmung der Glykogensynthasekinase 3 GSK 3 in Nervenzellen als mogliche Mechanismen diskutiert 75 Die antidepressive Wirkung von Lithium beruht wahrscheinlich ebenfalls auf einer Verstarkung der serotonergen Neurotransmission also einer erhohten Ausschuttung von Serotonin in den Synapsen wahrend die antimanische Wirkung mit einer Hemmung dopaminerger Rezeptoren erklart wird 76 77 Eine weitere interessante Auswirkung von Lithiumsalzen auf den Menschen und Saugetiere wie Ratten ist die wohl damit zusammenhangende Veranderung der Circadianen Rhythmik 78 Diese Wirkung konnte sogar bei Pflanzen wie der Kalanchoe nachgewiesen werden 79 80 Andere serotonerge Substanzen wie LSD Meskalin und Psilocybin zeigen ebenfalls solche Auswirkungen beim Menschen 81 Durch Lithium ist es im Tierversuch an Fruchtfliegen Drosophila melanogaster gelungen Symptome der Alzheimer Krankheit wie Vergesslichkeit zu bekampfen 82 In Regionen mit hoheren Lithiumgehalten scheint Demenz in geringerem Masse aufzutreten 83 Die neuroprotektive Wirkung ist moglicherweise auf die durch Lithium verstarkte Autophagie zuruckzufuhren 84 Der Altersforscher Michael Ristow zeigte 2011 einen moglichen Zusammenhang zwischen dem Gehalt an Lithium in der Umwelt und der Lebenserwartung des Menschen in einer japanischen Bevolkerungsstudie bestand danach zwischen einem hoheren Gehalt von Lithium und einer hoheren Lebenserwartung ein statistisch signifikanter Zusammenhang des Weiteren verlangerten hohe Lithiumkonzentrationen die Lebenserwartung des Fadenwurms und Modellorganismus Caenorhabditis elegans 85 Aufgrund der zahlreichen Effekte auf die menschliche Gesundheit wird diskutiert ob Lithium womoglich ein Spurenelement darstellt 86 Nachweis Lithium Flammenfarbung Lithiumverbindungen zeigen eine karminrote Flammenfarbung die charakteristischen Spektrallinien liegen als Hauptlinien bei 670 776 und 670 791 nm kleinere Linien liegen bei 610 3 nm Daruber kann Lithium mit Hilfe der Flammenphotometrie nachgewiesen werden Ein quantitativer Nachweis mit nasschemischen Methoden ist schwierig da die meisten Lithiumsalze leicht loslich sind Eine Moglichkeit besteht uber das Ausfallen des schwerloslichen Lithiumphosphats Dazu wird die zu untersuchende Probe zum Beispiel mit Natronlauge alkalisch gemacht und mit etwas Dinatriumhydrogenphosphat Na2HPO4 versetzt Beim Erhitzen fallt bei Anwesenheit von Li ein weisser Niederschlag aus 3 L i H P O 4 2 O H L i 3 P O 4 H 2 O displaystyle mathrm 3 Li HPO 4 2 OH rightarrow Li 3 PO 4 downarrow H 2 O Eine weitere Moglichkeit ist die Verwendung des Eisenperiodatreagenz GefahrenhinweiseElementares Lithium in Form von Metallstaub entzundet sich an der Luft bereits bei Normaltemperatur 12 Aus diesem Grund muss metallisches Lithium auch unter Luftausschluss meist in Petroleum gelagert werden Bei hoheren Temperaturen ab 190 C wird bei Kontakt mit Luft sofort uberwiegend Lithiumoxid gebildet In reinem Sauerstoff entzundet sich Lithium ab etwa 100 C In einer reinen Stickstoffatmosphare reagiert Lithium erst bei hoheren Temperaturen schneller zu Lithiumnitrid Beim Kontakt mit sauerstoff oder halogenhaltigen Substanzen kann Lithium explosionsartig reagieren Da Lithium mit gangigen Feuerloschmitteln wie Wasser Kohlendioxid Stickstoff oder dem inzwischen verbotenen Tetrachlorkohlenstoff stark exotherm reagiert mussen Brande mit inerten Gasen wie z B Argon oder anderen Metallbrandbekampfungsmitteln wie Salz z B NaCl geloscht werden Elementares Lithium verursacht wie alle Alkalimetalle bei Hautkontakt Schaden durch Verbrennungen oder alkalische Veratzungen weil es mit Wasser unter starker Warmeabgabe Lithiumhydroxid bildet dafur genugt schon die Hautfeuchtigkeit 12 VerbindungenLithium ist sehr reaktiv und bildet mit den meisten Nichtmetallen Verbindungen in denen es immer in der Oxidationsstufe I vorliegt Diese sind in der Regel ionisch aufgebaut haben aber im Gegensatz zu Verbindungen anderer Alkalimetalle einen hohen kovalenten Anteil Das zeigt sich unter anderem darin dass viele Lithiumsalze im Gegensatz zu den entsprechenden Natrium oder Kaliumsalzen gut in organischen Losungsmitteln wie Aceton oder Ethanol loslich sind Es existieren auch kovalente organische Lithiumverbindungen Viele Lithiumverbindungen ahneln in ihren Eigenschaften auf Grund der ahnlichen Ionenradien den entsprechenden Magnesiumverbindungen Schragbeziehung im Periodensystem Die folgende Grafik bietet eine Ubersicht uber die wichtigsten Reaktionen des Lithiums Auf Stochiometrie und genaue Reaktionsbedingungen ist hier nicht geachtet Wasserstoffverbindungen Wasserstoff bildet mit Lithium Hydride Die einfachste Lithium Wasserstoff Verbindung Lithiumhydrid LiH entsteht aus den Elementen bei 600 700 C Es wird als Raketentreibstoff und zur schnellen Gewinnung von Wasserstoff beispielsweise zum Aufblasen von Rettungswesten 22 verwendet Es existieren auch komplexere Hydride wie Lithiumborhydrid LiBH4 oder Lithiumaluminiumhydrid LiAlH4 Letzteres hat in der organischen Chemie als selektiver Wasserstoffspender etwa zur Reduktion von Carbonyl und Nitroverbindungen eine grosse Bedeutung Fur die Erforschung der Kernfusion spielen Lithiumdeuterid LiD und Lithiumtritid LiT eine wichtige Rolle Da reines Lithiumdeuterid die Energie der Wasserstoffbombe herabsetzt wird dafur ein Gemisch aus LiD und LiT eingesetzt Diese festen Substanzen sind leichter zu handhaben als Tritium mit seiner grossen Effusionsgeschwindigkeit Sauerstoffverbindungen Mit Sauerstoff bildet Lithium sowohl Lithiumoxid Li2O als auch Lithiumperoxid Li2O2 Wenn Lithium mit Wasser reagiert bildet sich Lithiumhydroxid eine starke Base Aus Lithiumhydroxid werden Lithiumfette hergestellt die als Schmierfette fur Autos verwendet werden Da Lithiumhydroxid auch Kohlenstoffdioxid bindet dient es in U Booten zur Regenerierung der Luft Weitere Lithiumverbindungen Lithiumchlorid Lithiumcarbonat Lithium bildet mit den Halogeniden Salze der Form LiX Dies sind Lithiumfluorid Lithiumchlorid Lithiumbromid und Lithiumiodid Da Lithiumchlorid sehr hygroskopisch ist wird es ausser als Ausgangsmaterial fur die Lithiumgewinnung auch als Trockenmittel eingesetzt Es dient zum Trocknen von Gasen beispielsweise von Erdgas bevor es durch die Pipeline gefuhrt wird oder bei Klimaanlagen zur Herabsetzung der Luftfeuchte bis 2 relativer Luftfeuchte Lithiumchlorid dient ferner noch zur Herabsetzung von Schmelztemperaturen in Schweiss und Hartlotbadern und als Schweisselektroden Ummantelung fur das Schweissen von Aluminium Lithiumfluorid findet als Einkristall in der Infrarotspektroskopie Verwendung Die technisch wichtigste Lithiumverbindung ist das schwerlosliche Lithiumcarbonat Es dient zur Gewinnung der meisten anderen Lithiumverbindungen und wird in der Glasindustrie und bei der Herstellung von Email als Flussmittel eingesetzt Auch in der Aluminiumherstellung wird es zur Verbesserung von Leitfahigkeit und Viskositat der Schmelze zugesetzt Lithiumseifen sind Lithiumsalze von Fettsauren Sie finden vor allem als Verdickungsmittel in hochwertigen Mineralol basierten Schmierfetten 87 und wachsen sowie zur Herstellung von Bleistiften Verwendung Weitere Lithiumsalze sind Lithiumperchlorat LiClO4 Lithiumsulfat Li2SO4 Lithiumnitrat LiNO3 wird mit Kaliumnitrat in der Gummiindustrie fur die Vulkanisation verwendet Lithiumnitrid Li3N entsteht bei der Reaktion von Lithium mit Stickstoff Lithiumniobat LiNbO3 ist in einem grossen Wellenlangenbereich transparent und wird in der Optik und fur Laser verwendet Lithiumamid LiNH2 ist eine starke Base und entsteht bei der Reaktion von Lithium mit flussigem Ammoniak Lithiumstearat C18H35LiO2 ist ein wichtiger Zusatz fur Ole um diese als Schmierfette einzusetzen Diese werden in Automobilen in Walzenstrassen und bei Landmaschinen verwendet Lithiumstearate sind in Wasser sehr schwer loslich dadurch bleibt der Schmierfilm erhalten wenn sie mit wenig Wasser in Beruhrung kommen Die erhaltenen Schmierfette weisen eine hervorragende Temperaturstabilitat gt 150 C auf und bleiben bis 20 C schmierfahig 88 Lithiumacetat C2H3LiO2 Lithiumcitrat C6H5Li3O7 Lithiumhexafluorophosphat LiPF6 findet als Leitsalz in Lithium Ionen Akkus Verwendung Lithiumphosphat Li3PO4 wird als Katalysator fur die Isomerisation von Propylenoxid eingesetzt Lithiummetaborat LiBO2 und Lithiumtetraborat Li2B4O7 Lithiumbromid LiBr ist ein Reagenz zur Herstellung von Pharmazeutika es wird aber auch in Absorptionskalteanlagen eingesetzt Organische Lithiumverbindungen Im Gegensatz zu den meisten anderen Alkalimetallorganylen spielen Lithiumorganyle eine beachtliche Rolle insbesondere in der organischen Chemie Von besonderer Bedeutung sind n Butyllithium tert Butyllithium Methyllithium und Phenyllithium die in Form ihrer Losungen in Pentan Hexan Cyclohexan beziehungsweise gegebenenfalls Diethylether auch kommerziell verfugbar sind Man kann sie durch direkte Umsetzung metallischen Lithiums mit Alkyl Arylhalogeniden gemass R X 2 L i L i R L i X displaystyle mathrm R X 2 Li rightarrow Li R Li X oder durch Transmetallierung zum Beispiel aus Quecksilberorganylen gemass H g R 2 2 L i 2 L i R H g displaystyle mathrm HgR 2 2 Li rightarrow 2 Li R Hg herstellen Mit elementarem Lithium in Tetrahydrofuran THF anstelle von Magnesium in Diethylether lassen sich Grignard analoge Additionsreaktionen von Alkylhalogeniden an Carbonylverbindungen mit meist besserer Ausbeute durchfuhren 89 Auf Grund des deutlich kovalenten Charakters ist die Struktur von Lithiumorganylen nur selten durch eine einfache Li C Bindung zu beschreiben Es liegen meist komplexe Strukturen aufgebaut aus dimeren tetrameren oder hexameren Einheiten beziehungsweise polymere Strukturen vor Lithiumorganyle sind hochreaktive Verbindungen die sich an der Luft teilweise von selbst entzunden Mit Wasser reagieren sie explosionsartig Infolge ihrer extremen Basizitat reagieren sie auch mit Losungsmitteln deren gebundener Wasserstoff kaum sauer ist wie etwa THF was die Wahl geeigneter Losungsmittel stark einschrankt Reaktionen mit ihnen sind nur unter Schutzgas und in getrockneten Losungsmitteln moglich Daher ist im Umgang mit ihnen eine gewisse Erfahrung erforderlich und grosse Vorsicht geboten Eine weitere Gruppe organischer Lithiumderivate sind die Lithiumamide des Typs LiNR2 von denen insbesondere Lithiumdiisopropylamid LDA und Lithium bis trimethylsilyl amid LiHMDS siehe auch HMDS als starke Basen ohne nukleophile Aktivitat Verwendung finden Lithiumorganyle finden vielseitige Verwendung so als Initiatoren fur die anionische Polymerisation von Olefinen als Metallierungs Deprotonierungs oder Alkylierungsmittel Von gewisser Bedeutung sind die sogenannten Gilman Cuprate des Typs R2CuLi LiteraturA F Holleman E Wiberg N Wiberg Lehrbuch der Anorganischen Chemie 102 Auflage Walter de Gruyter Berlin 2007 ISBN 978 3 11 017770 1 S 1259 1270 N N Greenwood A Earnshaw Chemie der Elemente 1 Auflage VCH Verlagsgesellschaft Weinheim 1988 ISBN 3 527 26169 9 S 83 129 M Binnewies Allgemeine und Anorganische Chemie Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg 2004 ISBN 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2362 Yumiko Motoi Kohei Shimada Koichi Ishiguro Nobutaka Hattori Lithium and Autophagy In ACS Chemical Neuroscience Band 5 Nr 6 2014 S 434 442 doi 10 1021 cn500056q PMID 24738557 Kim Zarse Takeshi Terao Jing Tian Noboru Iwata Nobuyoshi Ishii amp Michael Ristow Low dose lithium uptake promotes longevity in humans and metazoans In Eur J Nutr 50 5 2011 S 387 389 doi 10 1007 s00394 011 0171 x PMID 21301855 PMC 3151375 freier Volltext Takeshi Terao Is lithium potentially a trace element In World Journal of Psychiatry Band 5 Nr 1 2015 S 1 3 doi 10 5498 wjp v5 i1 1 Otto Albrecht Neumuller Hrsg Rompps Chemie Lexikon Band 3 H L 8 neubearbeitete und erweiterte Auflage Franckh sche Verlagshandlung Stuttgart 1983 ISBN 3 440 04513 7 S 2386 2387 Periodensystem Lithium Uniterra de P J Pearce D H Richards N F Scilly A one step alternative to the Grignard reaction In J Chem Soc Perkin Trans 1 1972 S 1655 1660 doi 10 1039 P19720001655 Periodensystem der Elemente H HeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl ArK Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br KrRb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I XeCs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At RnFr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts OgAlkalimetalle Erdalkalimetalle Lanthanoide Actinoide Ubergangsmetalle Metalle Halbmetalle Nichtmetalle Halogene Edelgase Chemie unbekannt Dieser Artikel wurde am 4 Mai 2007 in dieser Version in die Liste der exzellenten Artikel aufgenommen Normdaten Sachbegriff GND 4036037 4 OGND AKS LCCN sh85077577 NDL 00569575Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Lithium amp oldid 215368751, wikipedia, wiki, deutsches

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