quinta-feira, 25 de agosto de 2016

LÍTIO

O lítio (grego lithos, pedra) é um elemento químico de símbolo Li, número atômico 3 e massa atômica 7, contendo na sua estrutura três protons e três electrons. Na tabela periódica dos elementos químicos, pertencente ao grupo (ou família) 1 (anteriormente chamado 1A), dos elementos alcalinos. Sob condições normais de temperatura e pressão, é o metal mais leve e menos denso entre os elementos sólidos. Como todos os elementos alcalinos, o lítio têm reatividade e inflamabilidade elevada e por essa razão é geralmente estocado em óleo mineral. Quando é usinado apresenta brilho, porém em contato com o ar atmosférico ou na água a superfície é corroída e tem a cor cinza-prateada e manchas pretas. Por causa da sua elevada reatividade, o lítio não é encontrado em seu estado nativo, sendo encontrado na maioria das vezes na condição de composto químico iônico. O lítio encontra-se em numerosos minerais pegmatitos devido a sua solubilidade iônica e está presente na água marinha é geralmente obtida na forma de salmoura e nas argilas. Em escala industrial, o lítio é isolado via eletrólise de uma mistura de cloreto de lítio e cloreto de potássio.
O lítio e seus compostos têm diversas aplicações industriais, incluindo vidros e cerâmicas com resistência ao calor, ligas com alta força específica resistência-peso utilizadas em aeronaves e baterias de lítio e bateria de íon lítio- do qual mais da metade da produção de lítio é consumida para este fim.
Pequenas quantidades de lítio estão presentes em todos os organismos. O elemento possui funções de regulação endócrina, onde a sua deficiência está ligada à infertilidade[1][2].

Características principais[editar | editar código-fonte]

O lítio é usado na fabricação de baterias, as íons de lítio, ou outras, tem um grande poder oxidativo, é facílimo de se sofrer corrosão,com densidade igual a 0,534g/cm³.
FlammenfärbungLi.png
É o metal mais leve com uma densidade aproximadamente a metade da água. Como os demais metais alcalinos é monovalente e bastante reativo. Por esse motivo não é encontrado livre na natureza. No teste da chama torna-se vermelho, porém se a combustão ocorrer violentamente a chama adquire uma coloração preta brilhante.

Características atômicas e físicas[editar | editar código-fonte]

Assim como os outros metais alcalinos o lítio tem um único elétron de valência que facilmente cede para a formação de um cation.[3] Por causa disso, ele é um bom condutor de energia térmica e de eletricidade. É um elemento químico com elevada reatividade, embora seja o menos reativo se comparado com os outros os elementos alcalinos devida a proximidade de seus eletróns de valência do núcleo atômico (permanecendo dois elétrons estão na 1° orbital e tem baixo potencial de redução, e por isso eles não participam de ligações químicas.).[3]

Isótopos[editar | editar código-fonte]

Os isótopos estáveis do lítio são dois, Li-6 e Li-7, sendo o segundo o mais abundante (92,5%). Foram identificado seis radioisótopos, sendo os mais estáveis o Li-8 com um período de semidesintegração de 838 milissegundos e o Li-9 com 178,3 ms de meia-vida. Os demais isótopos radioativos possuem meias-vidas menores de 8,5 ms.
As massas atômicas dos isótopos do lítio variam entre 4,027 e 11,0348 u do Li-4 ao do Li-11 respectivamente. O modo de desintegração principal dos isótopos mais leves que o isótopo estável mais abundante ( Li-7 ) é a emissão protônica (com um caso de desintegração alfa) obtendo-se isótopos de hélio.
+
Enquanto que nos isótopos mais pesados o modo mais habitual é a desintegração beta (com algum caso de emissão neutrônica), resultando isótopos de berílio, também por captura de elétron, como no caso abaixo.[4]
O Li-7 é um dos elementos primordiais, produzido por síntese nuclear após o big bang. Os isótopos de lítio dividem-se substancialmente numa grande variedade de processos naturais, incluindo a precipitação química na formação de minerais, processos metabólicos, e na substituição do magnésio e ferro em redes cristalinas de minerais argilosos em que o Li-6 é preferido ao Li-7.

Abundância e obtenção[editar | editar código-fonte]

Biologia[editar | editar código-fonte]

O lítio é encontrado em traços em diversas plantas, nos plânctons e nos invertebrados numa concentração de 69 até 5760 partes por bilhão (ppb). Nos vertebrados a concentração é relativamente baixa e nas peles de todos os vertebrados e nos fluidos corporais tem sido encontrados numa concentração de 21 a 763 ppb.[5] Os organismos marinhos tendem a bioacumular muito mais do que os animais terrestres.[6] Não se conhece quaisquer funções fisiológicas em nenhum destes organismos,[5] porém estudos nutricionais nos animais têm indicado sua importância na saúde, sendo assim sugerido que ele seja classificado como um elemento fundamental com um RDA de 1 mg/dia.[7] Em 2011, estudos no Japão sugerem que a ocorrência do lítio na água potável pode aumentar a expectativa de vida.[8]

Terra[editar | editar código-fonte]

Produção de minério de lítio e relação de reservas nas minas em 2011[9]
PaísProduçãoReservas
 Argentina3.200850.000
 Austrália9.260970.000
 Brasil16064.000
 Canadá (2010)480180.000
 Chile12.6007.500.000
 República Popular da China5.2003.500.000
 Portugal82010.000
 Zimbabwe4702.000
Planeta Terra34.00013.000.000
Ver também: Minerais que contém lítio
Embora o lítio seja geralmente encontrado disperso na Terra, ele não é encontrado em seu estado nativo por causa da sua alta reatividade.[3] A quantidade total de lítio na hidrografia marinha é muito grande e está estimada em cerca de 230 bilhões de toneladas, onde o elemento está em uma concentração relativamente constante de 0,14 a 0,25 partes por milhão (ppm),[5][10] ou 25 micromoles.[11] As maiores concentrações de lítio estão nasfontes hidrotermais com concentração aproximada de 7 ppm.[5]
Estima-se que a crosta terrestre varia sua concentração de lítio entre 20 a 70 ppm,[12] com a sua maior concentração no granito. As pegmatitas de granito também fornecem uma grande abundância em minerais que contém lítio, com a espodumena e a petalita, sendo o meio de extração comercial mais utilizado.[12] Outro significativo mineral de lítio é a lepidolita.[13] Um novo meio de extração de lítio está nas rochas de hectorita, que é extraído exclusivamente pela Western Lithium Corporation nos Estados Unidos da América.[14]
De acordo com o Manual do Lítio e Cálcio na Natureza, " O lítio é um elemento relativamente raro, embora ele seja encontrado em muitas rochas e algumas salmouras, porém sempre em escassas concentrações, do qual somente alguns têm potencial valor comercial. Muitos escasseam em quantidade, e outros em qualidade."[15]

História[editar | editar código-fonte]

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Johan August Arfwedson é considerado o descobridor do lítio em 1817.
A petalita (LiAlSi4O10) foi descoberta em 1800 pelo político e químico brasileiro José Bonifácio de Andrada e Silva em uma mina na ilha de Utö, na Suécia.[16][17][18] Porém, a partir de 1817, Johan August Arfwedson trabalhando no laboratório de química de Jöns Jakob Berzelius, detectou a presença de um elemento durante a sua análise do mineral de petalita.[19][20][21] Este elemento formava compostos similares ao do sódio e do potássio, embora o carboneto de lítio e o hidróxido de sódio sejam menos solúveis e mais alcalinos.[22] Berzelius deu o nome ao material alcalino "lithion/lithina", da palavra grega λιθoς (lithos, que significa "pedra"), para apresentar sua descoberta como um mineral sólido, como oposição ao potássio, que foi descoberto nas algas e o sódio que foi conhecido parcialmente pela sua grande abundância no sangue animal . Ele nomeou o material exógeno de "lithium".[3][17][21]
Arfwedson depois demonstrou que este elemento químico estava presente nos minerais de espodumena e a lepidolita.[17] Em 1818 Christian G. Gmelin foi o primeiro a observar que os sais de lítio formavam uma coloração vermelho brilhante na chama.[17] De qualquer maneira, ambos tentavam e falhavam ao isolar o lítio em seu estado puro.[17][21][23] Em 1821, W.T. Brande e Sir Humphry Davy obtiveram o elemento isolado via eletrólise de óxido de lítio, processo que foi utilizado anteriormente para isolar o potássio e o sódio.[23][24][25][26][27] Brande também descreveu bastante os sais de lítio, como o cloreto e, estimou que o óxido de lítio compõe cerca de 55% do metal, e que o peso atômico do lítio seria aproximadamente de 9,8 g/mol (valor atual ~6,94 g/mol).[28] Em 1855, grandes quantidades de lítio foram produzidas a partir da eletrólise decloreto de lítio por Robert Bunsen e Augustus Matthiessen.[17] A descoberta deu início a produção comercial de lítio em 1923, iniciada pela a empresa alemã"Metallgesellschaft AG" que começou a produção a partir dos sais de cloreto de lítio e cloreto de potássio fundidos num processo que é utilizado até hoje.[17][29][30]
A produção e a utilização do lítio foram submetidas a drásticas mudanças na história. A primeira aplicação em larga escala foi na produção de graxas de lítio nos motores de aeronaves e similares na Segunda Guerra Mundial. As graxas de lítio é justificado devido a seu alto ponto de fusão se comparado com outras graxas alcalinas e por ser menos corrosiva do que as graxas de cálcio. O pequeno mercado dos sabões de lítio e de graxas lubrificantes permanecem pela necessidade das operações de mineração nos Estados Unidos.
A demanda por lítio aumentou drasticamente durante a Guerra Fria (1946-1991) com a produção dos desenhos de arma nuclear. Tanto o Lítio-6 e o Lítio-7 produzem o trítio quando irradiados por nêutrons e também são utilizados tanto para a obtenção de trítio como também na produção de combustível de sólidos de fusão utilizado dentro das bombas de hidrogênio na forma de deutério de lítio. O Estados Unidos da América veio a produz o lítio a partir dos anos de 1950 até meados da década de 1980. No fim, o estoque de lítio foi de aproximadamente de 42 toneladas de hidróxido de lítio.[31][32]
Este elemento foi utilizado tanto para reduzir a temperatura de fusão do vidro e para melhorar a fundição do óxido de alumínio quando utilizado o processo de Hall-Héroult.[33] Estas aplicações predominavam no mercado de lítio durante meados da década de 1990. Depois do fim da corrida nuclear houve o declínio da demanda e a vendas dos estoques no departamento de Energia no mercado aberto reduziram o preço.[32] Além disso, várias empresas começaram a extrair lítio das salmouras por ser um método menos custoso do que a extração de minas abertas ou subterrâneas. Essas minas que não eram mais competitivas foram fechadas ou se reestruturam para a extração de outros materiais, com exceção das minas de pegmatito do qual a mineração é viável. Por exemplo, as minas de Kings Mountain, na Carolina do Norte foram fechadas no início do século XXI.
A partir do início do século XXI, com o surgimento da demanda das baterias iônicas de lítio, as novas companhias tem expandido a extração de salmoura para atender as indústrias deste setor.[34][35] Por causa disso, desde 2007, o mercado de lítio tem como seu maior consumidor as indústrias de baterias iônicas de lítio.[36]

Produção[editar | editar código-fonte]

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Produção mundial de lítio.
Desde o fim da Segunda Guerra Mundial a produção de lítio tem aumentado significamente. O metal é separado de outros elementos nas rochas ígneas, tais nas imagens de satélite acima. Os sais de lítio são extraídos das águas de nascentes minerais, nos depósitos e poços de salmoura. Ele é produzido via eletrólise a partir da mistura fundida de 55% de cloreto de lítio e 45% de cloreto de potássio sob temperatura de 450o C.[37] Em 1998, o preço do lítio chegou a 95 US$ / kg (ou 43 US$/libra).[38]
As reservas mundiais de lítio encontradas em 2008 foram estimadas em 13 milhões de toneladas pelo Serviço Geológico dos Estados Unidos.[9] Os depósitos de lítio foram encontrados na América do Sul em toda a extensão da cordilheira dos Andes. O Chile é o principal lider na produção de lítio, seguido pela Argentina. Ambos os países extraem o lítio nas piscinas de água salgada. Nos Estados Unidos, este elemento químico é extraído das piscinas de água salgada de Nevada.[39] Entretanto, metade das reservas mundiais conhecidas estão armazenadas na Bolívia, uma nação situada sobre os declives do leste central dos Andes. Em 2009, a Bolívia foi negociando com as indústrias japonesas, francesas e coreanas para a sua extração.[40] De acordo com o Serviço Geológico Norte-Americano, o deserto de Uyuni tem 5,4 milhões de toneladas de lítio.[40][41] Uma nova descoberta de depósito de lítio nas Rochas de Springs Uplift, nos Estados Unidos da América está estimado em 228000 toneladas. Depósitos adicionais na sua formação poderiam extrapolar a última previsão citada, chegando a 18 milhões de toneladas.[42]

Aplicações[editar | editar código-fonte]

Participação econômica na extração no mercado de lítio em 2011[43]
  Vidraria e cerâmica(29%)
  Baterias (27%)
  Graxas lubrificantes (12%)
  Lingotamento contínuo(5%)
  Tratamento de ar comprimido (4%)
  Polímeros (3%)
  Produção primária de alumínio (2%)
  Produção de farmácos (2%)
  Outras utilidades (16%)
Devido ao seu elevado calor específico, o maior de todos os sólidos, é usado em aplicações de transferência de calor e, por causa do seu elevado potencial eletroquímico é usado como um ânodo adequado para as baterias elétricas. Além destes tem outros usos:

Aplicações militares[editar | editar código-fonte]

O lítio metálico e as estruturas complexas moleculares de hidretos, como o Li[AlH]4 são utilizados como aditivos energéticos nos propelentes dos foguetes.[24] O hidreto de alumínio pode ser utilizado também como um combustível sólido.[44]
O lançamento do torpedo utiliza lítio como combustível
O Torpedo Mark 50 abastece um sistema de propulsão de energia química utilizando um pequeno tanque de gás de hexafluoreto de enxofre que é pulverizado sob um bloco de lítio sólido. A reação gera calor que é utilizado para produzir vapor. A pulverização do vapor no torpedo é dada a partir do ciclo Rankine.[45]
O hidreto de lítio contém lítio-6 que é utilizado nas bombas de hidrogênio. Na bomba, ele é utlizado em volta do centro de uma bomba atômica.[46]

Cerâmicas e vidrarias[editar | editar código-fonte]

O óxido de lítio é um fundente geralmente usado para o processamento do dióxido de silício, reduzindo o ponto de fusão e a viscosidade do material e conduzindo a melhoria de propriedades físicas de cerâmicas, como o baixo coeficiente de expansão térmica.[47] O óxido de lítio é um dos materiais para a fabricação de acessórios de cozinha. Em todo o mundo, esta substância demanda a maior quantidade de lítio.[43] O carbonato de lítio (Li2CO3) é geralmente utilizado para o aquecimento na conversão de óxidos.[48]

Graxas lubrificadas[editar | editar código-fonte]

O 3° maior consumo de lítio estão nas graxas. O hidróxido de lítio é uma base forte e quando aquecido com uma gordura produz um sabão que é composto de estearato de lítio. Este sabão tem a capacidade de engrossar os óleos e por isso é um lubrificante muito útil na industria, em especial sob altas temperaturas.[39][49][50]

Indústria Elétrica e Eletrônica[editar | editar código-fonte]

O Lítio é muito utilizado para a produção de baterias.
Nos últimos anos do século XX, por causa de seu alto potencial de eletrodo, o lítio veio a se tornar um componente importante do eletrólito e um dos eletrodos nas baterias. Por causa de sua baixa massa atômica, ele tem uma alta carga e uma potência específica. Uma bateria de íons de lítio típica pode gerar aproximadamente 3 volts por célula, comparado com 2,1 volts para a bateria de ácido de chumbo ou 1,5 volts de células de zinco-carbono. As baterias de íons de lítio, que são recarregáveis e tem uma alta densidade energética, não podem ser confundidas com as baterias de lítio, que são baterias primárias descartáveis com lítio ou seus compostos com o seu ânodo.[51][52]Outras baterias recarregáveis que utilizam o lítio incluem a bateria de polímero de lítio, bateria Beltway e as baterias de nanofios.

Indústria Nuclear[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Lítio-6
O deuterido de lítio foi utilizado como combustível na bomba nuclear de Castle Bravo.
O Lítio-6 é um material de fonte para a produção de trítio e como um absorvedor de nêutrons nas fusões nucleares. O lítio na natureza contém cerca de 7,5% de lítio-6 no qual grandes quantidades de lítio-6 tem sido produzidos pela separação de isótopos para ser aplicadas nas bombas nucleares.[53] O Lítio-7 ganhou interesse na produção de fluido refrigerante nos reatores nucleares.[54]
O deutério de lítio foi um combustível utilizado nas fusões nucleares das primeiras bombas de hidrogênio. Quando bombardeados por neutrons, ambos 6Li e 7Li produzem otrítio. Esta reação, que não era compreendida integralmente quando a primeira bomba de hidrogênio foi testada, foi responsável pelo desenvolvimento do campo de teste nuclear em Castle Bravo. O trítio se funde com deutério em uma reação de fusão nuclear que é relativamente fácil de conhecer. Outros detalhes permanecem secretos de Castle Bravo, pois o deutério de lítio-6 aparentemente é utilizado como um dos combustíveis das bombas nucleares, como um material de fusão.[55]

Medicamentos[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Sal de lítio
O lítio é utilizado no tratamento do transtorno bipolar.[56] Os sais de lítio também podem auxiliar para casos de diagnósticos relacionados como transtorno esquizoafetivo edepressão nervosa. A parte ativa destes sais é o íon do lítio Li+.[56] Ele pode aumentar o risco de desenvolvimento da anomalia de Ebstein em récem-nascidos de mulheres que utilizaram o medicamento durante o primeiro trimestre de gravidez.[57]
O lítio também tem sido pesquisado como uma possibilidade de tratamento de cefaleia em salvas.[58]

Metalurgia[editar | editar código-fonte]

Quando utilizado como um fundente para a solda ou para brasagem, o lítio metálico promove a fusão dos metais durante o processo e eliminação dos óxidos que se formam pela absorção das impurezas. A qualidade de fundente também é importante para a produção de cerâmicas, esmaltes, vidros. Ligas metálicas com o alumínio, cádmio, cobre e manganês são utilizadas para a produção de peças de alta performance em aviões.[59]

Purificação do ar[editar | editar código-fonte]

O cloreto de lítio e o brometo de lítio são hidroscópicos e são utilizados como dessecantes nas correntes gasosas.[39] O hidróxido de lítio e o peróxido de lítio são os sais mais utilizados nas áreas fechadas, como nas naves espaciais e nos submarinos para remover o dióxido de carbono e na purificação de ar, sendo um bom depurante do ar. O hidróxido de lítio absorve dióxido de carbono como ar transformando em carbonato de lítio e na combinação de outros hidróxidos alcalinos pelo baixo peso.
O peróxido de lítio (Li2O2) em presença da mistura e não somente reage com o dióxido de carbono para produzir o carbonato de lítio, mas também produz oxigênio.[60][61] A reação é descrita abaixo:
2 Li2O2 + 2 CO2 → 2 Li2CO3 + O2.
Alguns dos compostos mencionados, como também o perclorato de lítio são utilizados na purficação de oxigênio utilizados nos submarinos. Estas podem também incluir pequenas quantidade de boro, magnésio,alumínio, silício, titânio, manganês e o ferro.[62]

Óptica[editar | editar código-fonte]

O fluoreto de lítio, que cresce artificialmente como um cristal, é um material limpo e translúcido utilizado pelos técnicos de óptica para transmitir os raios infravermelhos e ultravioletas. Ele tem um dos menores índices de refração e sua eficiência na transmissão dos raios infravermelhos e ultravioletas é maior se comparado com outras substâncias conhecidas.[63]

Química orgânica e dos polímeros[editar | editar código-fonte]

Os compostos de organolítio são extensamente utilizados na produção de polímeros e na química fina. Na indústria de polímeros, que domina o consumo do elemento, compostos de alquilas de lítio sãocatalisadores, nos iniciadores de radicais e [64] e na polimerização aniônica dos grupos funcionais das oleofinas.[65][66][67] Para a síntese de produtos de alto valor agregado, os compostos organolíticos funcionam como uma base forte e como reagentes para a formação de ligações carbônicas. Os compostos de organolítio são preparados a partir do lítio metálico e haletos de alquila.[68]
Outros compostos de lítio são utilizados como reagentes para produzir compostos orgânicos, incluindo os hidretos de alumínio e lítio (LiAlH4) e os hidretos de etil de boro e lítio (LiBH(C2H5)3).

Precauções[editar | editar código-fonte]

Como os outros metais alcalinos, o lítio puro é altamente inflamável e ligeiramente explosivo quando exposto ao ar e, especialmente, à água. Além disso é corrosivo, requerendo o emprego de meios adequados de manipulação para evitar o contato com a pele. Deve-se armazená-lo num hidrocarboneto líquido inflamável como, por exemplo, a gasolina. O lítio é considerado ligeiramente tóxico.

Farmacologia[editar | editar código-fonte]

Os sais de lítio têm aprovação para o tratamento de transtorno bipolar no Brasil e nos Estados Unidos. Inicialmente classificado como um anti-psicótico, o lítio (administrado em forma de carbonato de lítio) é hoje utilizado por seus efeitos reguladores de humor, anti-maníaco e, secundariamente, antidepressivo (sua eficácia para a depressão unipolar, entretanto, ainda não foi bem estabelecida). Além disso, um estudo indica que doses baixas de lítio, tanto em vermes quanto em humanos, confere benefícios anti-envelhecimento.[69]
Em níveis séricos mais elevados, os íons de lítio são considerados venenosos e requerem atenção clínica imediata. Entre os principais sintomas de contaminação por lítio, lista-se náusea, tontura, enjoos, diarreia e tremores nas mãos. Esses sintomas podem, entretanto, aparecer na faixa terapêutica para transtorno bipolar. Salienta-se, ainda, que a administração prolongada de lítio pode causar danos à tireoide e aos rins, exigindo monitoração periódica por meio de exames de sangue.

Referências

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