लिथियम

लिथियम : धातूरूप मूलद्रव्य. चिन्ह Li. अणुक्रमांक (अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्या ) ३. अणुभार ६.९४१. आवर्त सारणी (इलेक्ट्रॉन रचनेनुसार केलेली मूलद्रव्यांची कोष्टकरूप मांडणी ⟶ आवर्त सारणी ) गट १ अ विभागातील क्षारीय (अल्कली) धातूंच्या उभ्या स्तंभातील पहिले मूलद्रव्य. मात्र याचे पुष्कळ गुणधर्म गट २ मधील क्षारीय –मृत्तिका धातूंसारखे (मॅग्‍नेशियम व इतर धातूंसारखे) आहेत (उदा., नायट्रोजनाबरोबरची विक्रीया) . वितळबिंदू १८०⁰ .५४ से. उकळबिंदू १३४०^० से. घनता ०.५३४ ग्रॅ./घ. सेंमी. (२०­^०से. ला). सर्वसाधारण परिस्थितीत घनरूप असणाऱ्या सर्व मूलद्रव्यांपेक्षा वजनाने हलकी धातू. शरीरकेंद्रित घनीय स्फटिकरूप संरचना [⟶ स्फटिकविज्ञान]. लहान आणवीय त्रिज्या, उच्च आयनीकरण वर्चस्‍, उच्च विद्युत् ऋणता, सर्वाधिक उष्णता धारिता, उच्च ऊष्मीय संवाहकता, नीच श्यानता (दाटपणा) व अत्यंत कमी घनता हे लिथियमाचे भौतिकीय गुणधर्म वैशिष्टपूर्ण आहेत. ही धातू रूपेरी पांढरी असून सोडियमापेक्षा कठीण परंतु शिशापेक्षा मऊ आहे (मोस मापक्रमानुसार कठिनता ०.६ ⟶ कठिनता). लिथियम धातू द्रव्य अमोनियामध्ये विद्राव्य (विरघळणारी), नीचतर ॲलिफॅटिक अमाइनांमध्ये (उदा., एथिल अमाइन ⟶ अमाइने) किंचित विद्राव्य आणि हायड्रोकार्बनांमध्ये अविद्राव्य असते. लिथियम हवेमध्ये उघडी राहिली असता जलदपणे काळवंडते व पृष्ठभागावर तिचे ऑक्साइड तयार होते, म्हणून तिची साठवण रॉकेल अथवा नॅप्था अशा द्रव्यांमध्ये करणे आवश्यक असते.

लिथियमाचे दोन नैसर्गिक समस्थानिक (अणुक्रमांक तोच पण अणुभार भिन्न असलेले त्याच मूलद्रव्याचे प्रकार) लिथियम (७) ९२.६% व लिथियम (६) ७.४% आढळतात. कृत्रिम रीत्या तयार केलेले लिथियम (५), (८) व (९) हे तीन किरणोत्सर्गी (भेदक कण वा किरण बाहेर टाकण्याचा गुणधर्म असणारे) समस्थानिक असून त्यांचा अर्धायुकाल (किरणोत्सर्गाची मूळची क्रियाशीलता निम्मी होण्यास लागणारा काळ) एक सेंकदापेक्षा कमी आहे. विद्युत् विन्यास (इलेक्ट्रॉनांची अणूतील मांडणी ) २, १ किंवा IS² २S¹. सहज रीत्या एक 2S इलेक्ट्रॉन गमावला जाऊन Li⁺ आयन (विद्युत् भारित अणू) तयार होतात, म्हणून संयुजा (इतर अणूंशी संयोग पावण्याची क्षमता दर्शविणारा अंक ⟶ संयुजा) १ असते.

इतिहास : यूहान आउगस्त आर्फव्हेडसन यांनी १८१७ मध्ये पेटॅलाइट खनिजाचे विश्लेषण करताना लिथियमाचा शोध लावला. सर हंफ्री डेव्ही यांनी १८१८ मध्ये लिथियम ऑक्साइडाचे विद्युत् विच्छेदन (विद्युत् प्रवाहाने रेणूचे तुकडे करून घटक अलग करण्याची क्रिया) करून धातू प्रथम तयार केली. आर्. बन्‍सन व ए. मॅथिसन यांनी १८५५ मध्ये सायुज्यित लिथियम क्लोराइडाचे विद्युत् विच्छेदनाने विघटन करून ग्रॅममध्ये मोजता येईल इतकी धातू तयार केली. १८९३ मध्ये गुंट्झ यांनी लिथियम क्लोराइड (LiCL) व पोटॅशियम क्लोराइड (KCl) या संयुगांच्या मिश्रणाचे विद्युत् विच्छेदनाने विघटन करून लिथियमाचे व्यापारी उत्पादन करावयाची पद्धत शोधून काढली. या मूलद्रव्याला जे. जे. बर्झीलियस यांनी दगड अर्थाच्या ‘लिथोस’ या ग्रीक शब्दावरून लिथियम हे नाव दिले.

आढळ : लिथियम पृथ्वीच्या कवचातील अग्‍निज खडकामध्ये दहा लाख भागांत सु. ६५ भाग व समुद्राच्या पाण्यात एक कोटी भागांत सु. १ भाग या प्रमाणात आढळते. नैसर्गिक रीत्या आढळणाऱ्या मूलद्रव्यांच्या विपुलतेच्या प्रमाणानुसार त्याचा पृथ्वीच्या कवचात २८ वा क्रमांक व समुद्राच्या पाण्यात १७ वा क्रमांक लागतो. ते प्राण्यांमध्ये व काही वनस्पतींमध्येसुद्धा (उदा., कोको, तंबाखू इ.) आढळते. ते सूर्याच्या वातावरणातही आढळले आहे.

लिथियम धातूकाचे (कच्च्या रूपातील धातूचे) आमापन नेहमी लिथियम ऑक्साइड (Li₂ O) या संयुगाच्या टक्केवारीमध्ये दिले जाते [⟶ धातू – आमापन] . १ टक्का Li₂ O एवढे प्रमाण असलेले खनिज व्यापारी दृष्ट्या प्रक्रिया करण्यास योग्य असते. ⇨ स्पॉड्युमीन (LiAISi_{2 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­}O₆ ८.०३% Li₂O), पेटॅलाइट (LiAISi_­4O₁₀ ४.८९% Li₂O), ⇨ लेपिडोलाइट (LiKAl₂F₂Si₃O₉ ४.०९% Li₂O), ⇨ अँब्‍लिगोनाइट (LiAlFPO₄ १०.१०% Li₂O) व ट्रायफिलाइट [Li (Fe, Mn) PO₄] या खनिजांपासून लिथियम पुरेशा प्रमाणात मिळते.

उत्तर अमेरिकेमध्ये स्पॉड्युमीन हे खनिज फेल्‍स्पाराबरोबर पेग्मटाइट खडकांत आढळते. लेपिडोलाइट व पेटॅलाइट ही खनिजे आफ्रिकेमध्ये आणि अँब्‍लिगोनाइट हे महत्त्वाचे खनिज यूरोप, आफ्रिका व दक्षिण अमेरिकेत सापडते. भारतात मध्य प्रदेश, बिहार व राजस्थान येथील अभ्रकाच्या साठ्यांत लेपिडोलाइट आढळते. 

निर्मिती : जलेतर द्रव्य व फेन प्लवन [⟶ प्लवन] या धातू अलग करण्याच्या पद्धती वापरून लिथियम खनिजाची संहती (प्रमाण ) १-३% Li₂O पासून ४-६% Li₂O पर्यंत वाढवतात. सिलिकेट धातूकापासून निष्कर्षण करण्याच्या (धातू मिळविण्याच्या) पुढील तीन प्रमुख प्रक्रिया आहेत. [⟶ निष्कर्षण].

(१) अम्‍लीय प्रक्रिया : स्पॉड्युमीन खनिज भट्टीमध्ये सु. १०००-११००^०सें. पर्यंत तापवितात. त्यामुळे नैसर्गिक रीत्या आढळणाऱ्या आल्फा स्पॉड्युमिनाचे बीटा स्पॉड्युमिनामध्ये रूपांतर होते. ते सुचूर्ण्य (भुगा होईल असे) व कमी घट्ट स्वरूपात असल्यामुळे त्यावर अम्‍लाची जलद विक्रीया होते. हे धातूक दुसऱ्या भट्टीत अधिक प्रमाणातील सल्फ्यूरिक अम्‍लाने भाजतात. भट्टीतील उत्पादाचे पाण्याने अपक्षालन (धुवून अलग करण्याची क्रिया). केले असता लिथियम सल्फेट मिळते. या संयुगाची सोडियम कोर्बोनेटाबरोबर विक्रीया करून लिथियम कोर्बोनेट मिळवितात. नंतर या कोर्बोनेटाची हायड्रोक्लोरिक अम्‍लाबरोबर विक्रीया करून त्याचे लिथियम क्लोराइडात रूपांतर करतात. 

(२) क्षारीय प्रक्रिया : स्पॉड्युमीन किंवा लेपिडोलाइट धातूके दळतात. सु. ३ भाग चुनखडी व १ भाग लिथियम धातूक ९००^०-१०००^० से. तापमानाला भाजतात. भट्टीतील उत्पादाचे पाण्याने अपक्षालन करून लिथियम हायड्रॉक्साइड मिळवितात. हायड्रोक्लोरिक अम्‍लाबरोबर विक्रीया करून त्याचे क्लोराइडात रूपांतर करतात. 

(३) क्षारक बदल प्रक्रिया : उच्च तापमानाला जलीय प्रावस्थेत धातूकाची अल्कली क्लोराइड वा सल्फेटाबरोबर विक्रीया केली जाते व लिथियमाचे लवण मिळविले जाते. 

विद्युत् विच्छेदनाने लिथियम धातू तयार करण्याकरिता शुष्क लिथियम क्लोराइडावर संस्करण करतात. विद्युत् घटामध्ये लिथियम क्लोराइड व पोटॅशियम क्लोराइड यांचे मिश्रण वितळलेले असते. ४००^०-४२०^० से. तापमानाला ८-९ व्होल्ट विद्युत् दाब लावून तो घट चालू केला जातो. विद्युत् विच्छेदनाने सु. ०.४ किग्रॅ. (१ पौंड) लिथियम तयार होण्यास १८ किलोवॉट-तास ऊर्जा खर्च होते. 

रासायनिक गुणधर्म : लिथियम विक्रीयाशील धातू आहे परंतु इतर अल्कली धातूं इतकी विक्रीयाशील नाही. जलद रीत्या 2S¹ इलेक्ट्रॉन दिला जाऊन Li⁺ तयार होतो. जवळजवळ सर्व अकार्बनी व कार्बनी धनायनांबरोबर (ऋण विद्युत् भारित आयनांबरोबर) याची संयुगे तयार होतात.

अकार्बनी विक्रीया : लिथियमाची ऑक्सिजनाबरोबर विक्रीया होऊन Li₂O हे मोनॉक्साइड व Li₂O₂ हे पेरॉक्साइड तयार होतात. ही एकमेव अल्कली धातू अशी आहे की, कोठी तापमानाला तिची नायट्रोजनाबरोबर विक्रीया होऊन तिचे काळे नायट्राइड (Li₃N) तयार होते. सु. ५००^० से. तापमानाला लिथियमाची हायड्रोजनाबरोबर जलदपणे विक्रीया होऊन लिथियम हायड्राइड (LiH) तयार होते. हे स्थिर हायड्राइड वितळविले असता त्याचे विघटन होत नाही. लिथियम धातूची पाण्याबरोबर फार जोरदार विक्रीया होऊन हायड्रोजन बाहेर पडतो व लिथियम हायड्रॉक्साइड हा द्रव तयार होतो. लिथियमाची कार्बनाबरोबर सरळ विक्रीया होऊन Li₂ C₂ हे कार्बाइड तयार होते. उन्नत तापमानाला लिथियमाची हॅलोजनांबरोबर जलद विक्रीया होऊन तिची हॅलाइडे तयार होतात व विक्रीयेत प्रकाश उत्सर्जित होतो. अमोनियाच्या प्रवाहाबरोबर लिथियम ४००^० से. ला. तापविले असता अमाइड (Li₂ NH₂) तयार होते. अमाइड तापविले असता इमाइड (Li₂NH) तयार होते. लिथियम व कार्बन मोनॉक्साइड यांची विक्रीया होऊन लिथियम कार्बोनिल (LiCO) हे काहीसे अस्थिर संयुग तयार होते.

कार्बनी विक्रीया : लिथियमाची ॲसिटिलेनिक संयुगांबरोबर विक्रीया होऊन लिथियम ॲसिटिलाइडे तयार होतात. त्यांचा जीवनसत्व-अ संश्लेषणामध्ये (कृत्रिम रीतीने तयार करण्याच्या क्रियेत) उपयोग होतो. लिथियम धातूची अल्कोहॉलांबरोबर विक्रीया होऊन लिथियम अल्कोक्सॉइडे (LiOR) तयार होतात व हायड्रोजन बाहेर पडतो. लिथियम व अमोनिया किंवा अमाइने यांच्या युतीचा वापर विविध कार्बनी संयुगांचे क्षपण [⟶ क्षपण] करण्याकरिता करतात उदा., ॲरोमॅटिक हायड्रोकार्बनांचे मोनोओलेफिनांमध्ये होणारे क्षपण.

अणुकेंद्रीय विक्रीया : कृत्रिम रीत्या प्रवेगित केलेल्या आणवीय कणांच्या साह्याने अणुकेंद्रीचे रूपांतर करण्यासाठी जॉन कॉकक्रॉफ्ट व अर्नेस्ट वॉल्टन यांनी लिथियमाचा लक्ष्य धातू म्हणून १९३२ मध्ये प्रथम उपयोग केला. प्रत्येक लिथियम अणुकेंद्राने प्रोटॉन शोषून घेतल्यामुळे दोन हीलियम अणुकेंद्रे तयार होतात (Li⁶ + H² → He⁴ + He³ Li⁷+ H¹ → 2He⁴ ). अणुभट्टीमध्ये तयार झालेल्या मंद गती न्यूट्रॉनांचा लिथियम (६) वर भडिमार केला असता हीलियम आणि ट्रिटियम निर्माण होतात (Li⁶+ N¹ → He⁴+H³ ). लिथियम (७) वर डयुटेरॉनाचा भडिमार केला असता प्रोटॉन निर्मिती होते (Li⁷ + H² → Li⁸ +H¹).

संयुगे : लिथियम कार्बोनेट : ( Li₂CO₃). वितळबिंदू ७२.६^० _­­से. पाण्यात किंचित विद्राव्य. या संयुगाचा उपयोग मृत्तिका उद्योगात चिनी मातीच्या भांड्यात चकाकी आणणारे एनॅमल निर्माण करण्याकरिता, विशिष्ट प्रकारच्या काचा तयार करण्याकरिता, तसेच इतर लिथियम संयुगे तयार करण्यासाठी होतो. उद्दीपन अवसाद चित्तविकृती (भाववृत्तीचा गंभीर क्षोम टोकाची व विकृतिस्वरूप घमेंडखोरपणा ही याची वैशिष्ट्ये असून गंभीर खिन्नताही आलटून पालटून येणे ही लक्षणे अनेक महिने वा वर्षे रहातात) असलेल्या रूग्णावर उपचार करावयाच्या औषधांमध्ये वा संयुगाचा वापर करतात.

लिथियम हायड्राइड : (LiH).वितळबिंदू ६८६.४^० से. पाण्याबरोबर जोरदार विक्रीया होते. अमोनिया (NH_3­) बरोबर विक्रीया होऊन अमाइड तयार होते. लिथियम अल्युमिनियम हायड्राइड (LiAIH₄) आणि लिथियम हायड्राइडाची बोरॉन फ्ल्युओराइ डायएथिल इथरेट [ BF_{3 .} (C₂H₅)₂ O] बरोबर महत्त्वाची विक्रीया होऊन लिथियम बोरोहायड्राइड (LiBH₄) आणि तयार होते. ही सयुगे प्रबळ (तीव्र) क्षपणकारक आहेत. लिथियम हायड्राइडापासून हायड्रोजन सहज रीत्या मिळतो. दुसऱ्या महायुद्धामध्ये लष्करी बलूनमध्ये हायड्रोजन भरण्याकरिता याचा मोठ्या प्रमाणात उपयोग केला गेला. प्रोटॉन व ट्रिटियम निर्मिती करणे आणि गंधक घालविणे यांकरिता हे संयुग उपयुक्त आहे.

लिथियम हायड्रॉक्साइड मोनोहायड्रेट : (LiOH. H₂O).वितळबिंदू ४७१^० से. पांढरे चूर्ण पाण्यात विद्राव्य. तापविले असता निर्जलीकृत (पाणी निघून जाण्याची क्रिया) होते. प्राण्यांची चरबी लिथियम हायड्रॉक्साइडबरोबर शिजविली असता लिथियम स्टिअरेट तयार होते. त्याचा उपयोग वंगणाचे ग्रीज तयार करण्यासाठी होतो. लिथियम हायड्रॉक्साइडाचा क्षारीय संचायक विद्युत् घटमालेतील (एडिसन सेलमधील) विद्युत् विच्छेद्यामध्ये समावेशक (समाविष्ट करावयाचे) द्रव्य म्हणून वापर करतात. हे कार्बन डाय-ऑक्साइड शोषक म्हणून कार्यक्षम, हलके संयुग आहे.

लिथियम ब्रोमाइड : (LiBr).वितळबिंदू ५५०^० से. पाणी किंवा अल्कोहॉलांमध्ये विद्राव्य. हे संयुग अत्यंत आर्द्रताशोषक आहे. याच्या संहत विद्रावाचा मुख्य उपयोग शोषण- प्रशीतन वातानुकूलन यंत्रणेत होतो.

लिथियम क्लोराइड : (LiCl).वितळबिंदू ६०८^० से. पांढरे घनरूप स्फटिक पाण्यात किंवा अल्कोहॉलांमध्ये विद्राव्य. अत्यंत आर्द्रताशोषक. ॲल्युमिनियम व मॅग्‍नेशियम यांच्या झाळकाम अभिवाहामध्ये [वितळलेल्या द्रवाची तरलता-पातळपणा-वाढविण्यासाठी व मलद्रव्ये निघून जाण्यासाठी त्यात टाकावयाच्या पदार्थामध्ये ⟶ अभिवाह] हे घटकद्रव्य असते. शुष्क विद्युत् घटमालेच्या विद्युत् विच्छेद्यामध्ये याचा समावेशक द्रव्य म्हणून वापर करतात. लिथियम परक्लोरेटाचा (LiClO₄) घन परिचालक रॉकेट मिश्रणांमधील ऑक्सिडीकारक म्हणून वापर करता येईल, कारण लिथियमाचा अणुभार कमी असल्यामुळे इतर परक्लोरेटांपेक्षा ते अधिक प्रमाणात ऑक्सिजन उपलब्ध करून देऊ शकेल.

लिथियम फ्ल्युओराइड : (LiF). वितळबिंदू ८४८^० से. पाण्यात किंचित विद्राव्य. काच व एनॅमल निर्मितीमध्ये उपयुक्त. ॲल्युमिनियम व मॅग्‍नेशियम यांकरिता वितळजोड व झाळकाम करणाऱ्या अभिवाहांमध्ये हे संयुग असते. सर्व अल्कली हॅलाइडांपेक्षा यामुळे अधिक उष्णता निर्मिती होते.

विश्लेषण पद्धती : परिमाणात्मक वैश्लेषिक विलगीकरणामध्ये द्रवातील अल्कली धातूंचे आयन सोडून इतर सर्व मूलद्रव्ये वेगळी काढतात. लिथियम क्लोराइड कार्बनी विद्रावकांमध्ये (विरघळविणाऱ्या द्रवांमध्ये) अधिक विद्राव्य असल्याने ते इतर अल्कली क्लोराइडांपासून वेगळे काढतात. नंतर ते सल्फेटात रूपांतरित करतात, सुकवितात व त्याचे वजन करतात. 

गुणात्मक विश्लेषण : लिथियम संयुगे उष्ण ज्योतीमध्ये धरली असता ज्योतीला वैशिष्टपूर्ण किरमिजी रंग येतो. ज्योत वर्णपटमापकाच्या साह्याने ६७०.८ नॅनोमीटर (१०^-९ मी.) तरंगलांबी असलेल्या विशेष लिथियम वर्णाची तीव्रता मोजता येते. हे तंत्र जलद व काटेकोर असल्यामुळे अत्यंत सोयीस्कर आहे. 

उपलब्धता : लिथियम दोन प्रकारांत मिळू शकते : (१) ९९.८% लिथियम असलेला नियमित प्रकार. व (२) ०.००५ % किंवा त्यापेक्षा कमी सोडियम असलेला नीच सोडियम प्रकार. व्यापारी दृष्ट्या धातू गोळी (छर्रा) , तार व फीत किंवा दंडगोलाकार विटा या रूपांत मिळू शकते. छर्य्राचा आकार असलेली धातू हायड्रोकार्बनामध्ये साठवितात आणि तार व फितीच्या रूपातील धातूला पेट्रोलॅटम या अर्धघन वंगणासारख्या द्रव्याचा मुलामा देतात. ०.४५ किग्रॅ. वजनाच्या विटा धातूच्या वाताभेद्य डब्यात साठवितात. 

हाताळणी : लिथियमाची हाताळणी पुष्कळशी सोडियम धातू-सारखीच करतात. लिथियमाची नायट्रोजनाबरोबर विक्रीया होत असल्यामुळे वितळलेल्या लिथियमाभोवती आर्‍गॉन व हीलियमाचे आवरण राहील असे पहातात. काच व मृत्तिका भांड्यावर वितळलेल्या लिथियमाची विक्रीया होत असल्यामुळे वितळलेली धातू हाताळण्यासाठी धातूची उपकरणे वापरणे आवश्यक असते. लिथियमाच्या ज्वाला ग्रॅफाइट चूर्णाने सहज विझविता येतात. 

उपयोग : लिथियमाचा मुख्य औद्योगिक उपयोग लिथियम स्टिअरेट या रूपात वंगणक्रियेमधील ग्रीजांकरिता निबिडीकारक म्हणून (प्रमाण वाढवून दाट करण्यासाठी) होतो. या उच्च तापमान विरोधाबरोबर उच्च जलरोध हे या ग्रीजांचे वैशिष्टपूर्ण गुणधर्म आहेत. लिथियमाचा ⇨ अभिवाह म्हणून मोठा वापर होतो. लिथियम संयुगांचा (लिथियम कार्बोनेट) महत्त्वाचा उपयोग म्हणजे ती मृत्तिका उद्योगात विशेषतः चिनी मातीच्या भांड्यांवर एनॅमल निर्माण करण्याकरिता वापरतात. लिथियम कार्बोनेटाऐवजी लिथियम -ॲल्युमिनियम सिलिकेट धातूकांचाही असा प्रत्यक्ष वापर करता येतो. लिथियम – तांबे व लिथियम – चांदी या मिश्रधातूंचा झाळकामासाठी स्वयंअभिवाह मिश्रधातू (अभिवाह टाकण्याची गरज नसलेली मिश्रधातू) म्हणून उपयोग होतो. धातूविज्ञानात अनेक वितळलेल्या धातूंच्या निर्मितीमध्ये लिथियम धातूचा वापर ऑक्यिजन व गंधक काढून टाकण्याकरिता होता. X 2020 या ॲल्युमिनियम मिश्रधातूत १ % लिथियम असते. उच्च तापमानास प्रबल असलेली ही मिश्रधातू बांधकामामध्ये उपयुक्त आहे. LA 141 या मिश्रधातूमध्ये मॅग्‍नेशियमाबरोबर सु. १४% लिथियम मिसळलेले असते. ही अत्यंत हलकी मिश्रधातू जीवनसत्त्व अ, ट्रिटियम व प्रोटॉन निर्मितीमध्येही वापरतात.

संदर्भ :  1. Mellor, J. W. A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretilcal Chemistry, London, 1963.

            2. Partington, J. R. General and Inorganic Chemistry, London. 1966.

जमदाडे, ज. वि. सूर्यवंशी, वि. ल.

“