Was ist Lithium?
Lithium ist das kleinste Alkalimetallelement mit der Ordnungszahl 3 und dem Atomgewicht 6,941.
Es ist eines der weichsten Metalle, hat einen niedrigen Schmelzpunkt und ist sehr reaktionsfreudig. Es reagiert mit Sauerstoff, Wasser und Stickstoff in der Luft und oxidiert leicht.
Anwendungen von Lithium
Lithium wird in der keramischen Industrie vielfach verwendet, unter anderem in der Glas- und Keramikindustrie, wo die Lithiumverbindung Lithiumcarbonat als Modifikator in Glasuren eingesetzt wird. Es wird auch als Zusatzstoff in hitzebeständigem Glas und optischem Glas verwendet.
Eine typische Anwendung für Lithium ist die Verwendung als Batteriematerial: Lithiumbatterien sind Primärbatterien und Lithium-Ionen-Batterien sind Sekundärbatterien, die wieder aufgeladen und wiederholt verwendet werden können, aber in den letzten Jahren wurden Lithium-Ionen-Batterien bei weitem am häufigsten verwendet.
Lithium-Ionen-Batterien werden in vielen modernen elektronischen Geräten wie Smartphones, Tablets, Laptops und Elektrofahrzeugen verwendet. Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe Energiedichte, eine lange Lebensdauer, ein geringes Gewicht, eine hohe Ladeeffizienz und eine niedrige Selbstentladungsrate. Diese Eigenschaften machen Lithium-Ionen-Batterien zu einer unverzichtbaren Energiequelle in der modernen Gesellschaft.
Lithium hingegen wird in Kernreaktormaterialien, Polymerisationskatalysatoren für die organische Synthese und als Legierungsbestandteil von Magnesium und Aluminium verwendet. Da es eine leuchtend rote Flammenreaktion zeigt, wird es auch als Material für Feuerwerkskörper und als Entfeuchter verwendet, der seine Reaktivität mit Feuchtigkeit ausnutzt.
Eigenschaften von Lithium
Lithium ist ein weiches, silbrig-weißes Metall und zeichnet sich dadurch aus, dass es das leichteste aller metallischen Elemente ist. In der Natur ist es in Erzen und Gesteinen wie Lepidolithglimmer, Petalitstein und Lepidolithstein weit verbreitet.
An trockener Luft ist es stabil und oxidiert kaum. In Gegenwart von Feuchtigkeit reagiert es jedoch schon bei Raumtemperatur mit Stickstoff und bildet Nitride. Außerdem verbrennt es beim Erhitzen unter Bildung von Oxiden.
Lithium reagiert mit Wasser auch bei Raumtemperatur heftig unter Bildung von Wasserstoff, der sich entzündet, wenn auch nicht so heftig wie Kalium und Natrium, die ebenfalls zu den Alkalimetallen gehören. Lithium hat einen Schmelzpunkt von 180 °C und einen Siedepunkt von 1.330 °C, den höchsten der Alkalimetallelemente.
Weitere Informationen über Lithium
1. Verbreitung von Lithium
Lithium ist auf der Erde weit verbreitet, aber aufgrund seiner extrem hohen Reaktivität kommt es nicht als Lithium, sondern in Form verschiedener Verbindungen vor. Es macht 0,004 % der Krustenbestandteile aus und kann aus Salzseesolen gewonnen oder aus den folgenden Erzen raffiniert werden.
- Amblygonit (2LiF, Al2O3 und P2O5)
- Spodumen (Li2O, Al2O3 und 4SiO2)
- Petalit (Li2O-Al2O3-8SiO2)
- Lepidolith (K(Li,Al)3(Al,Si,Rb)4O10(F,OH)2)
2. Methoden der Lithiumgewinnung
Lithium wird aus Erzen und Solen gewonnen, aber da es bei der Gewinnung nicht in festem Zustand vorliegt, können Lithiumverbindungen in Erzen und Solen in Lithiumcarbonat umgewandelt und dann elektrolysiert werden, um festes Lithium zu gewinnen, wie im Folgenden beschrieben.
Gewinnung von Lithiumcarbonat aus Erzen
Nachdem das Erz geröstet und zerkleinert wurde, wird Schwefelsäure hinzugefügt und erhitzt, um eine Lithiumsulfatlösung zu erzeugen. Natriumkarbonat und Kalziumhydroxid werden der Lithiumsulfatlösung zugesetzt, um Verunreinigungen wie Eisen und Aluminium zu entfernen.
Die Lithiumsulfatlösung wird mit Natriumcarbonat umgesetzt, um das Lithium als Lithiumcarbonat auszufällen, das anschließend gewaschen und getrocknet wird.
Extraktion von Lithiumcarbonat aus Sole
Die lithiumchloridhaltige Sole wird in der Sonne getrocknet, um das Lithiumchlorid zu konzentrieren. Durch Zugabe von Natriumcarbonat wird Lithiumcarbonat ausgefällt, das gewaschen und getrocknet wird.
Herstellung von einfachem Lithium (metallischem Lithium) aus Lithiumcarbonat
Das aus Erzen und Solen gewonnene Lithiumcarbonat wird mit Salzsäure zu Lithiumchlorid umgesetzt. Diesem Lithiumchlorid wird Kaliumchlorid zugesetzt und für die Elektrolyse bei hohen Temperaturen geschmolzen, wodurch flüssiges Lithium an der Kathode und Chlor an der Anode abgeschieden wird.
Nur das flüssige Lithium kann zurückgewonnen werden, um eigenständiges Lithium zu erhalten. Kaliumchlorid hat ein höheres Zersetzungspotenzial als Lithiumchlorid und wird daher für Lösungsmittelanwendungen bei der Elektrolyse verwendet.