Lítio (Li)

O lítio, número atômico 3, é um metal alcalino de coloração branco-acinzentada. Dentre os metais, apresenta a menor densidade e a maior eletropositividade, além de ser extremamente reativo. O lítio, como os demais metais alcalinos, reage de forma exotérmica com a água e o ar e, por isso, deve ser manuseado com cuidado.

Esse elemento é largamente encontrado em salmouras e fontes de água mineral, além de minerais, como é o caso da petalita. É amplamente utilizado na fabricação das baterias de íon-lítio, importante bateria utilizada em diversos eletrônicos atuais e também em carros elétricos. Contudo, também possui outros usos, como em espaçonaves, como líquido refrigerante de usinas nucleares e até mesmo no tratamento do transtorno de bipolaridade e depressão.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre lítio
• 2 - Propriedades do lítio
• 3 - Características do lítio
• 4 - Onde o lítio pode ser encontrado?
• 5 - Obtenção do lítio
• 6 - Aplicações do lítio
• 7 - História do lítio

Resumo sobre lítio

• O lítio é um metal de coloração branco acinzentada pertencente ao grupo dos metais alcalinos.

• É bastante reativo e possui a menor densidade dentre os metais, além de ser o mais eletropositivo dentre eles.

• Pode ser encontrado em salmouras ou também na crosta terrestre, em minerais como a petalita.

• É industrialmente extraído por meio da eletrólise do cloreto de lítio fundido.

• Seu principal uso é na fabricação de baterias de íon-lítio.

• Foi descoberto no começo do século XIX por Johan August Arfwedson.

Propriedades do lítio

• Símbolo: Li.

• Número atômico: 3.

• Massa atômica: 6,938 u.m.a.

• Eletronegatividade: 0,98.

• Ponto de fusão: 180,5 °C.

• Ponto de ebulição: 1342 °C.

• Densidade: 0,534 g.cm^-3 (a 20 °C).

• Configuração eletrônica: [He] 2s¹.

• Série Química: grupo 1, metais alcalinos.

Características do lítio

O lítio, em sua forma metálica, apresenta coloração branco-acinzentada. Dentre todos os metais da Tabela Periódica, é o que apresenta o menor valor de densidade. Como todo metal alcalino, o lítio, quando em uma substância composta, apresenta número de oxidação (NOx) fixo, com valor igual a +1.

Assim como sódio e potássio, deve ser acondicionado em solvente orgânico, isolado do ar atmosférico, por conta de suas reações exotérmicas tanto com o ar (por causa do gás oxigênio) quanto com a água (presente na umidade). Contudo, as reações do lítio com essas substâncias não é tão vigorosa quanto sódio e potássio.

2 Li + ½ O₂ → Li₂O

2 Li + 2 H₂O → 2 LiOH + H₂

Outra característica reacional que o lítio possui em comum com os metais alcalinos, é a reação com halogênios (grupo 17) e gás hidrogênio quando aquecido:

2 Li + X₂ → 2 LiX (X = halogênio)

2 Li + H₂ → 2 LiH

Porém, de todos os metais alcalinos, apenas o lítio consegue reagir com o gás nitrogênio para a formação do nitreto de lítio, Li₃N, em temperatura ambiente.

6 Li + N₂ → 2 Li₃N

Compostos de lítio podem ser identificados em testes de chama, pois o lítio, quando queimado, apresenta uma linda cor rubra. Contudo, se a combustão for muito vigorosa, tal cor não pode ser percebida, dando lugar a uma chama branca e brilhante.

Com um potencial padrão de redução de -3,04 V, o lítio é considerado o metal mais eletropositivo da Tabela Periódica.

Onde o lítio pode ser encontrado?

Dada a sua grande reatividade, o lítio não é encontrado em sua forma pura na natureza, o que quer dizer que ele está sempre associado a rochas, como as ígneas. Também é possível encontrar lítio em fontes de águas minerais e oceanos.

A petalita (ou castorista), LiAl(Si₂O₅)₂, é um exemplo de minério de lítio, mas também se destacam o espodumênio, LiAlSi₂O, e a lepidolita, um minério que é uma fonte secundária de lítio, além de ser fonte dos metais alcalinos rubídio e césio.

Austrália, Chile e China figuram como os países com as maiores produções minerais de lítio. Contudo, revisões recentes feitas pelo USGS (US Geological Survey, o serviço geológico norte-americano) apontam que a Bolívia possui a maior reserva de lítio do mundo (cerca de 50%), o qual está distribuído na salmoura de Uyuni. Chile, Argentina e Bolívia, aliás, concentram 75% das reservas de lítio do mundo.

Obtenção do lítio

O processo de obtenção do lítio metálico é feito por diversos processos um tanto quanto tediosos. Em primeiro lugar, o lítio deve ser obtido na forma de cloreto de lítio, LiCl, o qual pode ser obtido por meio dos seus minerais via tratamentos ácidos ou alcalinos seguidos de cloração. Também é possível obter o cloreto de lítio dos oceanos ou de fontes de águas minerais por cristalização, seguida por extração com solvente e, então, separação por meio de processos de troca iônica.

A partir daí, o LiCl anidro (sem água) deve seguir para eletrólise ígnea. Na eletrólise, o LiCl está em uma mistura eutética com o Kcl, e o processo ocorre na faixa de temperatura de 400–450 °C.

A mistura eutética foi uma adaptação feita ao processo para que a temperatura operacional fosse menor. Nessa temperatura, o lítio é obtido no cátodo da eletrólise na forma líquida.

Porém, para a maioria das aplicações, o lítio é extraído na forma de compostos, como o Li₂CO₃ (carbonato de lítio), o qual é facilmente extraído de salinas e salmouras. No caso, a energia solar faz aumentar a concentração de lítio no meio (que está na forma de cloreto) ao evaporar a água. Depois, o cloreto de lítio é tratado com solução de carbonato para que se precipite o carbonato de lítio.

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Aplicações do lítio

Atualmente, o principal uso do lítio está nas baterias de íon-lítio. Essas baterias, encontradas na maioria dos dispositivos eletrônicos atuais, apresentam como solução eletrolítica (rica em cargas e condutora de eletricidade) sais de lítio dissociados em solventes não aquosos.

Como o lítio, nessas condições, está na forma iônica, a bateria apresenta tal nome. Sua vantagem está associada a duas propriedades fundamentais do lítio: ele é leve, por conta de sua baixa densidade, e também é o elemento metálico mais eletropositivo.

Novas gerações de bateria de lítio estão sendo desenvolvidas para uma maior competição contra os tradicionais automóveis de combustão interna, as chamadas baterias de lítio metálico (BLM). Estima-se que sejam necessários 10 quilogramas de lítio metálico em cada carro que utilizar as BLMs, o que quer dizer que para substituir um décimo da frota de carros movidos a combustíveis fósseis, seria necessário um milhão de toneladas de lítio. Expectativas conservadoras sobre a utilização de lítio no futuro, as quais consideram apenas o uso de carros elétricos, apontam que cinco milhões de toneladas de lítio metálico serão consumidos até o ano de 2050.

O lítio também é utilizado como combustível de foguetes, uma vez que sua combustão é rápida, com boa liberação de energia, além de bom impulso. Ainda no campo das espaçonaves, as ligas metálicas de lítio, como a liga de lítio e magnésio, costumam ser empregadas na estrutura de veículos espaciais, por conta de seu baixo peso e boa resistência mecânica.

Lítio metálico tem papel na composição e produção de hidretos, como o LiH (hidreto de lítio), o LiBH₄ (hidreto de boro e lítio) e o LiAlH₄ (hidreto de alumínio e lítio), os quais servem como depósitos em fase sólida de hidrogênio para células combustíveis de hidrogênio, composto de grande potencial combustível.

Como o lítio apresenta uma ampla faixa de temperatura em que permanece líquido (de 180,5 °C a 1342 °C), ele é um bom candidato para líquido refrigerante em usinas nucleares, até porque também apresenta boa capacidade calorífica.

Um uso menos comum do lítio, mais especificamente o carbonato de lítio, está na psiquiatria. O carbonato de lítio é indicado para tratamento de bipolaridade, como estabilizador de humor, além de ser utilizado no tratamento contra a depressão, em casos mais agudos. O maior problema é que o paciente deve ser continuamente monitorado, já que a dose usada é muito próxima da dose tóxica.

História do lítio

Por mais incrível que possa parecer, o lítio é o mais próximo que um brasileiro chegou de descobrir um elemento da Tabela Periódica (até agora, claro). Em 1818, Johan August Arfwedson, aos 25 anos de idade, fez a descoberta do lítio, enquanto trabalhava no laboratório de ninguém mais ninguém menos que Jöns Jacob Berzelius, conhecido como o “pai da química sueca”.

Após a descoberta, Berzelius escreveu uma carta no dia 9 de fevereiro de 1818 e enviou para Claude Louis Berthollet, dizendo que “o novo álcali foi descoberto pelo sr. Arfwedson […] em um mineral previamente descoberto pelo sr. d’Andrada em uma mina de Utö e por ele chamado de petalita […]”.

O “sr d’Andrada” era José Bonifácio de Andrada e Silva, considerado o patrono da independência do Brasil. Porém, antes de sua carreira política, José Bonifácio estudou na Universidade de Coimbra, em Portugal, chegando a trabalhar com nomes célebres da ciência, como Antoine Lavoisier e Alessandro Volta.

No ano de 1800, José Bonifácio publicou uma carta no Journal de Physique, de Chimie et de Histoire Naturelle, em francês; outra no Allgemeines Journal der Chemie em alemão; e, em 1801, mais uma no A Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts, em inglês. Apesar de ter relatado a descoberta de 12 novos minerais, é sabido nos dias atuais que apenas quatro eram de fato novos: o espodumênio, a petalita, a criolita e a escapolita.

O lítio, que vem do grego lithos e significa “pedra”, foi isolado em 1818, por Sir Humphry Davy, após a eletrólise do óxido de lítio em uma cápsula de platina.

Créditos da imagem

[1] Stefan Lambauer / Shutterstock

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química