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Steckbrief: Lithium

Informationen zum Element:

Bezeichnung

6,941

Symbol: Li

Internationale Bezeichung (IUPAC): Lithium

Ursprung: Den Namen Lithium bekam das Element, weil es im Gegensatz zu Natrium und Kalium im Gestein entdeckt wurde. Lithium ist das Alkalimetall der zweiten Periode des Periodensystems der Elemente. Lithium ist ein Leichtmetall und besitzt die kleinste Dichte der unter Standardbedingungen festen Elemente. Es reagiert bei Berührung schon mit der Hautfeuchtigkeit und führt so zu schweren Verätzungen und Verbrennungen. Seine Verbindungen sind gesundheitsschädlich, allerdings in weitaus geringerem Maße als die seines Periodennachbarn Beryllium.

Bedeutung: lithos = Stein

Daten Periodensystem

Periode: 2

Gruppe: 1 (I A)

Gruppenname: Alkalimetalle

Oxidationszahl: 1

Atommasse [u]: 6,941

Elektronegativität

Elektronegativität (nach Allred): 1,0

Elektronegativität (nach Pauling): 0,98

Physikalische Daten

Aggregatzustand (20°C): fest

Dichte [g/cm²]: 0,534

Radioativ: n

Schmelztemperatur [°C]: 181

Siedetemperatur [°C]: 1342

Kristallstruktur: kubisch raumzentriert

Verwendung im Alltag

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.
Stickstoffentfernung: Lithium wird wegen seiner Fähigkeit, direkt mit Stickstoff zu reagieren, zu dessen Entfernung aus Gasen verwendet.
Reduktionsmittel: Metallisches Lithium ist ein sehr starkes Reduktionsmittel; es reduziert viele Stoffe, die mit anderen Reduktionsmitteln nicht reagieren. Daher wird es in der Metallurgie zur Entschwefelung, Desoxidation und Entkohlung von Metallschmelzen eingesetzt.
Batterie: 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 Lithium-Batterien mit Lithium-Ionen-Akkus, bei denen Lithiummetalloxide wie Lithiumcobaltoxid als Kathode und Graphit oder andere Lithiumionen einlagernde Verbindungen als Anode geschaltet sind.
Legierungsbestandteil: Lithium wird mit einigen Metallen legiert, um deren Eigenschaften zu verbessern. Oft reichen dafür schon geringe Mengen Lithium aus. Lithium 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- und Aluminiumlegierungen (siehe Aluminium-Lithium-Legierung) 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.
Medizin: 1949 beschrieb der australische Psychiater John Cade 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. Nach einem Selbstversuch von Cade wurde 1952?1954 die Verwendung von Lithiumcarbonat als Medikament zur Behandlung depressiver, schizophrener und manischer 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, Depression und Cluster-Kopfschmerz eingesetzt. Dabei ist die geringe therapeutische Breite zu beachten. Bei zu hohem Lithiumspiegel können Nebenwirkungen auftreten wie Tremor, Rigor, Übelkeit, Erbrechen, Herzrhythmusstörungen und Leukozytose. Über 3,0 mmol/l besteht Lebensgefahr. Der Grund ist, dass der Stoffwechsel von Lithium und Natrium ähnlich sind. 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 retiniert, 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. 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. Ein bemerkenswerter Nebeneffekt der Lithiumtherapie ist die Verringerung der Wahrscheinlichkeit, an der Alzheimer-Krankheit zu erkranken.

Vorkommen und Häufigkeit

Vorkommen: An der Erdkruste hat es einen Anteil von circa 0,006 %. Es ist damit deutlich seltener als viele vergleichbar leichte Elemente wie Helium oder Kohlenstoff. Lithium kommt in der Natur in einigen Mineralien vor. Die wichtigsten sind dabei Amblygonit (LiAl[PO₄]F), Lepidolith (KLi₂Al[(Al,Si)₃O₁₀](F,OH)₂), Petalit (Kastor; LiAl[Si₄O₁₀]) und Spodumen (Triphan; LiAl[Si₂O₆]). Diese Mineralien 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 (KLiFeAl[AlSi₃O₁₀](F,OH)₂). Lithiummineralien kommen in vielen Silicat-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 keine wesentliche Rolle mehr. Teilweise werden sie noch abgebaut, gemahlen und in der Glasindustrie verwendet. Lithiumsalze kommen verbreitet auch in Salzlaugen, meist Salzseen, vor. Die größten technisch ausbeutbaren Lithiumvorkommen befinden sich in Chile (Salar de Atacama) und Argentinien, weitere in den USA (North Carolina und Nevada), Kanada, Australien, Simbabwe und China (Tibet). Die wichtigste Quelle für Lithium sind heute jedoch die als Nebenprodukt bei der Gewinnung von Kaliumcarbonat (Pottasche) und Borax anfallenden Lithiumsalze. 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 und 3 ppm. Im Wasser der Weltmeere liegt die mittlere Konzentration bei 180 ppb und im Flusswasser nur bei etwa 3 ppb.