อิเล็กทรอนิกส์ » ลิเธียมLithium นิยมนำมาทำแบตเตอรี่ ระวัง!จะติดไฟและไหม้เมื่อกระทบกับออกซิเจนและน้ำ

ลิเธียมLithium นิยมนำมาทำแบตเตอรี่ ระวัง!จะติดไฟและไหม้เมื่อกระทบกับออกซิเจนและน้ำ

14 สิงหาคม 2022
147   0

ลิเธียมLithium นิยมนำมาทำแบตเตอรี่ ระวัง!จะติดไฟและไหม้เมื่อกระทบกับออกซิเจนและน้ำ

ลิเธียม (Lithium) เป็นธาตุมีสัญลักษณ์ Li และเลขอะตอม 3 ในตารางธาตุ ตั้งอยู่ในกลุ่ม 1 ในกลุ่มโลหะอัลคาไล

ลิเธียมบริสุทธิ์ เป็นโลหะที่อ่อนนุ่ม และมีสีขาวเงิน ซึ่งถูกออกซิไดส์เร็วในอากาศและน้ำ

ลิเธียมเป็นธาตุของแข็ง ที่เบาที่สุด และใช้มากในโลหะผสมสำหรับการนำความร้อน ในแบตเตอรี่ไฟฟ้า ถ่านไฟฉายและเป็นส่วนผสมในยาบางชนิดที่เรียกว่า “mood stabilizer”

คุณลักษณะพื้นฐาน

ลิเธียมเป็นโลหะที่เบาที่สุดในบรรดาโลหะทั้งหมด และมีความหนาแน่นเพียงครึ่งเท่าของน้ำ ที่น่าแปลกก็คือ ลิเธียมยังมีคุณสมบัติของโลหะแอลคาไลน์เอิร์ธ ในหมู่ 2 ด้วย ลิเธียมเป็นโลหะสีเงิน อ่อนนิ่มมากจนตัดด้วยมีดคมๆ ได้

ลิเธียมมีคุณสมบัติอย่างโลหะแอลคาไลทั้งปวง นั่นคือ มีวาเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว และพร้อมที่จะสูญเสียอิเล็กตรอนตัวนี้ไปเป็นไอออนบวก ทำให้มีอิเล็กตรอนในระดับชั้นพลังงานที่ไม่ครบถ้วน เนื่องจากกรณีดังกล่าว ทำให้ลิเธียมทำปฏิกิริยาในน้ำได้ง่าย..

เมื่ออังลิเธียมไว้เหนือเปลวไฟ มันจะให้สีแดงเข้มออกมา แต่เมื่อเผาไหม้โดยตรง เปลวไฟจะเป็นสีขาวสว่างจ้า โลหะลิเธียมจะติดไฟและไหม้เมื่อกระทบกับออกซิเจนและน้ำ

นอกจากนี้ยังนับเป็นโลหะเพียงชนิดเดียวที่ทำปฏิกิริยากับไนโตรเจนที่อุณหภูมิห้อง ลิเธียมนั้นมีความจุความร้อนจำเพาะที่สูงมาก คือ 3,582 J/(kg·K) และมีช่วงอุณหภูมิที่กว้างเมื่ออยู่ในรูปของเหลว ซึ่งทำให้เป็นสารเคมีที่มีประโยชน์ใช้งานได้

ลิเธียมที่อยู่ในรูปโลหะบริสุทธิ์จะติดไฟได้ง่ายมากและระเบิดได้ค่อนข้างง่าย เมื่อกระทบกับอากาศ และโดยเฉพาะกับน้ำ ไฟจากลิเธียมนั้นดับได้ยาก ต้องอาศัยสารเคมีเฉพาะที่ผลิตมาสำหรับการดับไฟนี้โดยตรง

สำหรับโลหะลิเธียมยังสึกกร่อนง่าย และต้องจับต้องอย่างระมัดระวังเป็นพิเศษ เพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงกับผิวหนัง การเก็บรักษาควรเก็บไว้ในรูปของสารประกอบที่ไม่ทำปฏิกิริยา เช่น แนพธา (naphtha) หรือไฮโดรคาร์บอน

สารประกอบลิเธียมนั้นไม่มีบทบาทเชิงชีววิทยาในธรรมชาติ และถือว่าเป็นพิษพอสมควร เมื่อใช้เป็นยา จะต้องคอยตรวจสอบอย่างระมัดระวัง เพราะลิเธียมไอออน (Li+) จะทำให้เลือดมีความเข้มข้นมากขึ้น

การประยุกต์ใช้

เนื่องจากความร้อนจำเพาะที่สูง (มากทีสุดในบรรดาของแข็งใดๆ) ทำให้มีการใช้ลิเธียมในการถ่ายเทความร้อน นอกจากนี้ยังใช้เป็นโลหะขั้วแอโนดของแบตเตอรี่ ทั้งนี้เพราะศักย์ทางไฟฟ้าเคมีที่สูงนั่นเอง ขณะเดียวกัน การที่มีน้ำหนักแห้งกว่าเซลล์มาตรฐานทั่วไป แบตเตอร์รีเหล่านี้จึงให้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า (3 โวลต์ ขณะที่แบตเตอรีแบบอื่นให้แรงดัน 1.5 โวลต์) การใช้งานอื่นๆ ได้แก่..

-เกลือลิเธียม เช่น ลิเธียมคาร์บอเนต (Li2CO3) ลิเธียมไซเตรต และ ลิเธียมโอโรเทต ถือเป็น mood stabilizers ที่ใช้ในการบำบัดอาการทางจิต (bipolar disorder) เนื่องจากไม่เหมือนกับยา mood altering อื่นๆ ส่วนใหญ่ ที่รักษาทั้งอาการคลุ้มคลั่ง และอาการซึมเศร้า

นอกจากนี้ลิเธียมยังใช้เพื่อขยายผลยาต้านการซึมเศร้าอื่น ๆ ปริมาณลิเธียมที่ใช้ประโยชน์ได้นี้น้อยกว่าปริมาณที่เป็นพิษเล็กน้อย ด้วยเหตุนี้จึงต้องตรวจสอบระดับลิเธียมในกระแสเลือดอย่างรอบคอบในช่วงการบำบัดรักษา
-ลิเธียมคลอไรด์ และ ลิเธียมโบรไมด์ นิยมใช้เป็นอุปกรณ์วัดความชื้นที่ดีเยี่ยม และมักจะใช้เป็น desiccant

-ลิเธียมสเตียเรต (Lithium stearate) นิยมใช้ทั่วไปสำหรับเป็นสารหล่อลื่นอุณหภูมิสูงแบบอเนกประสงค์

-ลิเธียมเป็นตัวกระทำชนิดอัลลอย ที่ใช้เพื่อสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์

-ลิเธียมยังใช้เป็นฟลักซ์ เพื่อช่วยในการหลอมของโลหะในช่วงการเชื่อมและบัดกรี นอกจากนี้ยังลดการเกิดออกไซด์ในช่วงที่เชื่อม โดยการดูดซับสิ่งเจือปนไว้ คุณสมบัติการหลอมดังกล่าวยังมีความสำคัญในฐานะเป็นตัวเชื่อมประสาน สำหรับการผลิตเซรามิก วัสดุเคลือบ และเครื่องแก้ว

-ในเครื่องแก้วและเซรามิก รวมทั้งกระจกสำหรับทำกล้องโทรทรรศน์ขนาด 200 นิ้ว ที่ยอดเขาพาโลมาร์ด้วย

-ลิเธียมไฮดรอกไซด์ นั้นใช้ดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศในยานอวกาศ และเรือดำน้ำ สำหรับไฮดรอกไซด์ของอัลคาไลอื่นๆ นั้นจะดูดซับ CO2 ได้ แต่ลิเธียมไฮดรอกไซด์นั้นทำได้ดีกว่า เพราะมีน้ำหนักโมเลกุลที่ต่ำนั่นเอง
มีการใช้อัลลอยของโลหะ ที่มีส่วนผสมของ อะลูมิเนียม, แคดเมียม, ทองแดง, และ แมงกานีส เพื่อผลิตชิ้นส่วนอากาศยานที่ต้องการประสิทธิภาพสูง

-ลิเธียมไนโอเบต (Lithium niobate) มีการใช้อย่างกว้างขวางในตลาดเครื่องมือโทรคมนาคม เช่น โทรศัพท์เคลื่อนที่ และมอดูเลเตอร์แสง

-ลิเธียมไนโอเบตแบบสภาพไม่เชิงเส้นสูง ยังเป็นทางเลือกที่นิยมใช้สำหรับการประยุกต์ใช้งานต่าง ๆ แบบไม่เชิงเส้น (non-linear application)

-ลิเธียมดิวเทอไรด์ (Lithium deuteride) , ดิวเทอเรียมเป็นไอโซโทปหนึ่งของไฮโดรเจน) เป็นเชื้อเพลิงแบบหลอมตัวในระเบิดไฮโดรเจน เมื่อถูกระดมยิงด้วยนิวตรอน ทั้งลิเธียม -6 และลิเธียม -7 จะผลิตไตรเธียมออกมา ไตรเธียมจะหลอมรวมตัวกับดิวเทอเรียม ในปฏิกิริยาฟิวชั่น ซึ่งทำได้ง่ายกว่า

-ลิเธียมถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิด อนุภาคแอลฟา หรือนิวคลีไอของลิเธียม เมื่อนิวคลีไอของลิเธียม -7 ถูกระดมยิงจากโปรตอนที่ถูกเร่ง นิวคลีไอบางตัวของลิเธียมจะแตกสลายเป็นโปรตอน 4 ตัว และนิวตรอน 4 ตัว และทำให้เกิดอนุภาคแอลฟา 2 ตัวด้วย นับเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์ครั้งแรกที่มนุษย์สร้างขึ้น โดยฝีมือของคอกรอฟต์ (Cockroft) และวอลตัน (Walton) เมื่อ ค.ศ. 1929

-ลิเธียมไฮดรอกไซด์ (LiOH) เป็นสารประกอบที่สำคัญของลิเธียม ที่ได้มาจากลิเธียมคาร์บอเนต (Li2CO3) นับเป็นเบสที่แรง และเมื่อให้ความร้อนจากไขมัน มันจะทำให้เกิดสบู่ลิเธียมขึ้น สบู่ลิเธียมนี้มีความสามารถทำให้น้ำมันแข็งตัว และด้วยเหตุนี้ จึงนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ เพื่อผลิตจาระบีสำหรับใช้ในการหล่อลื่นเครื่องยนต์

-ลิเธียมไฮดรอกไซด์เป็นสารเคมีที่มีน้ำหนักเบาและมีประสิทธิภาพในการกรองให้อากาศบริสุทธิ์ ในพื้นที่จำกัด เช่น ยานอวกาศ ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์สามารถทำให้เสียสุขภาพหรือเกิดพิษได้ ลิเธียมไฮดรอกไซด์จะช่วยดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศ โดยการเข้าทำปฏิกิริยาและเกิดเป็นลิเธียมคาร์บอเนต

-แบตเตอรี่ชนิดลิเธียมไอออนเป็นตัวเก็บพลังงานไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา ทำให้อุปกรณ์ที่เคยมีขนาดใหญ่ มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา พกพาสะดวก รวมถึงมีระยะเวลาใช้งานก่อนจะประจุไฟใหม่ยาวนานขึ้นมาก แบตเตอรี่ชนิดลิเธียมไอออนมีความสำคัญต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมรถยนต์ใช้พลังงานไฟฟ้า เช่น รถยนต์ไฮบริด รถยนต์ปลั๊กอินไฮบริด และรถยนต์ไฟฟ้า และยังมีความพยายามนำแบตเตอรี่ชนิดนี้ไปใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ เช่น ด้านอวกาศ ด้านการทหาร ด้านการไฟฟ้าและสาธารณูปโภค

ประวัติ

สารเพทาไลต์ (Petalite) ซึ่งมีลิเธียมเป็นส่วนประกอบ ถูกค้นพบเป็นครั้งแรก โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวบราซิล ชื่อโฮเซ โบนิฟาเชียว เด อันดราดา เอ ซิลวา (José Bonifácio de Andrada e Silva) เมื่อปลายคริสต์ทศวรรษ ขณะเดินทางไปยังสวีเดน ส่วนลิเธียมนั้นถูกค้นพบครั้งแรกเมื่อ ค.ศ. 1817 โดย โยฮันน์ อาร์ฟเวดสัน (Johann Arfvedson) โดยเขาได้ค้นพบธาตุชนิดใหม่นี้ในแร่สปอดูมีน (spodumene) และเลปิโดไลต์ (lepidolite) ในสินแร่เพทาไลต์ (petalite)

LiAl (Si2O5) 2 ที่เขาวิเคราะห์ในช่วงที่ทำการสำรวจตามปกติจากแร่บางอย่างในเหมืองแห่งหนึ่งของเกาะอูโทของประเทศสวีเดน และเมื่อ ค.ศ. 1818 คริสเตียน กเมลิน (Christian Gmelin) นับเป็นบุคคลแรกที่ได้สังเกตเห็นว่าเกลือลิเธียมจะให้เปลวไฟสีแดงเข้ม อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองพยายามที่จะแยกธาตุออกจากเกลือดังกล่าว แต่ก็ไม่ประสบความสำเร็จ

การแยกธาตุลิเธียมยังไม่ประสบผลสำเร็จ กระทั่งวิลเลียม โทมัส เบรนด์ (William Thomas Brande) และเซอร์ฮัมฟรีย์ เดวี (Humphrey Davy) ได้ใช้วิธีการแยกสลายด้วยไฟฟ้ากับลิเธียมออกไซด์ เมื่อ ค.ศ. 1818 ต่อมา บุนเสน (Bunsen) และมาทีสเสน (Matiessen) ได้แยกโลหะส่วนใหญ่ออกด้วยการแยกสลายลิเธียมคลอไรด์ด้วยไฟฟ้า เมื่อ ค.ศ. 1855

สำหรับการผลิตโลหะลิเธียมในเชิงพาณิชย์เพิ่งประสบความสำเร็จ เมื่อ ค.ศ. 1923 โดยบริษัทแห่งหนึ่งของเยอรมนี ชื่อ เมทัลเกเซลชาฟท์ (Metallgesellschaft) ด้วยการใช้วิธีแยกสลายด้วยไฟฟ้าเช่นเดียวกัน แต่ใช้สารตั้งต้นเป็นลิเธียมคลอไรด์ และโพแตสเซียมคลอไรด์ที่หลอมละลาย เมื่อได้ธาตุบริสุทธิ์ออกมา ก็ได้ตั้งชื่อว่า ลิเธียม (กรีก λιθοσ (ลิธอส) หมายถึง หิน) เพราะค้นพบมาจากแร่ ขณะที่โลหะอัลคาไลอื่นๆ ทั่วไป ค้นพบเป็นครั้งแรกจากเนื้อเยื่อของพืช

ในโลกของเรามีลิเธียมแพร่หลายกว้างไกล แต่ไม่ปรากฏในธรรมชาติในรูปอิสระ เพราะความสามารถทำปฏิกิริยาที่สูงมาก จึงมักพบเป็นส่วนประกอบกับธาตุชนิดอื่น หรือสารประกอบอื่นๆ ลิเธียมเป็นส่วนประกอบย่อยของหินอัคนีแทบทุกชนิด และยังพบในแอ่งน้ำกร่อยในธรรมชาติจำนวนมากด้วย..

ลิเธียมนับเป็นธาตุที่พบได้มากเป็นอันดับที่ 31 โดยมีอยู่มากในแร่ต่างๆ เช่น สปอดูมีน, เลปิโดไลต์ และแอมบลิโกไนต์ ในเปลือกโลกยังมีลิเธียมเป็นส่วนประกอบถึง 65 ส่วนต่อล้านส่วน (ppm)

นับตั้งแต่สิ้นสุด สงครามโลกครั้งที่สอง มีการผลิตลิเธียมเพิ่มขึ้นสูงมาก โลหะชนิดนี้ถูกแยกจากธาตุอื่นๆ ในหินอัคนี และยังถูกสะกัดออกจากน้ำในน้ำพุแร่ต่างๆ แร่สำคัญๆ ที่มีลิเธียมเป็นส่วนประกอบได้แก่ เลปิโดไลต์, สปอดูมีน, เปทาไลต์, และแอมบลิโกไนต์

ในอเมริกามีการค้นพบลิเธียมในแอ่งน้ำกร่อย ในรัฐเนวาดา ทุกวันนี้ลิเธียมที่ผลิตขึ้นในเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ขุดได้มาจากแหล่งน้ำกร่อยในประเทศชิลี โลหะชนิดนี้ (ซึ่งมีสีเงิน เช่นเดียวกับโซเดียม โพแทสเซียม และโลหะอัลคาไลอื่นๆ) ถูกผลิตขึ้นด้วยการแยกสลายทางไฟฟ้า จากส่วนผสมของโพแตสเซียมคลอไรด์ และลิเธียมที่หลอมละลาย

ลิเธียมในรูปโลหะบริสุทธิ์นั้นมีตลาดซื้อขายที่แคบ และข้อมูลด้านราคาก็หายาก เมื่อ ค.ศ. 1998 มีราคาอยู่ที่ 43 ดอลลาร์สหรัฐ ต่อน้ำหนัก 1 ปอนด์ (หรือ 95 ดอลลาร์สหรัฐ ต่อน้ำหนัก 1 กิโลกรัม) ประเทศชิลีนับเป็นผู้ผลิตโลหะลิเธียมบริสุทธิ์รายใหญ่ของโลกในปัจจุบัน

การแยก (* ข้างล่าง) :

แคโทด: Li + * + e − → Li* {\displaystyle {\mbox{Li}}^{+}{\mbox{*}}+{\mbox{e}}^{-}\to {\mbox{Li*}}} {\mbox{Li}}^{{+}}{\mbox{*}}+{\mbox{e}}^{{-}}\to {\mbox{Li*}}

แอโนด: Cl − * → 1 2 Cl 2 ( gas ) + e − {\displaystyle {\mbox{Cl}}^{-}{\mbox{*}}\to {\frac {1}{2}}{\mbox{Cl}}_{2}({\mbox{gas}})+e^{-}} {\mbox{Cl}}^{{-}}{\mbox{*}}\to {\frac {1}{2}}{\mbox{Cl}}_{2}({\mbox{gas}})+e^{-}
ไอโซโทป

ลิเธียมที่ปรากฏในธรรมชาตินั้น ประกอบด้วยไอโซโทปที่เสถียร 2 ตัว คือ Li-6 และ Li-7 โดยที่ Li-7 มีอยู่เป็นสัดส่วนที่สูงกว่ามาก (92.5%) สำหรับไอโซโทปกัมมันตรังสีอื่นๆ 7 ตัวนั้น ตัวที่เสถียรมากที่สุดคือ Li-8 ซึ่งมีค่าครึ่งชีวิต 838 มิลลิวินาที และ Li-9 มีค่าครึ่งชีวิต 178.3 มิลลิวินาที ส่วนไอโซโทปกัมมันตรังสีที่เหลือ มีครึ่งชีวิตน้อยกว่า 8.6 มิลลิวินาที สำหรับไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตสั้นที่สุด คือ 4Li ซึ่งสลายไปโดยการปลดปล่อยโปรตอน และมีครึ่งชีวิตเพียง 7.58043×10-23 วินาที

ลิเธียม -7 นั้น นับเป็นธาตุเริ่มต้น (primordial elements) ที่เกิดขึ้นในช่วงบิกแบง (Big Bang nucleosynthesis) ไอโซโทปของลิเธียมจะแตกตัวอย่างชัดเจนในกระบวนการทางธรรมชาติที่หลากหลาย ได้แก่ การเกิดแร่ (การตกตะกอนทางเคมี) , เมตาบอลิซึม, การแลกเปลี่ยนไอออน (Li นั้นถูกใช้แทน แมกนีเซียม และ เหล็กในแร่ดินรูปทรงแปดหน้า, โดยที่ Li-6 นั้นมักพบได้มากกว่า Li-7) , การกรองแบบ hyperfiltration และการเปลี่ยนแปลงของหิน.

อ้างอิง:https://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%A5%E0%B8%B4%E0%B9%80%E0%..
Stwertka, Albert (2002). A Guide to the Elements. Oxford University press, New york, Ny. ISBN 0-19-515027-9.
Krebs, Robert E. (1998). The History and Use of Our Earth’s Chemical Elements : A Reference Guide. Greenwood press, Westport, Conn. ISBN 0-313-30123-9.
Newton, David E. (1994). The Chemical Elements. Franklin Watts, New york, Ny. ISBN 0-531-12501-7.
USGS: ข้อมูลและสถิติ  WebElements.com – ลิเธียม