Lítio - (Li)

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• O lítio (grego lithos, pedra) é um elemento químico de símbolo Li, número atômico 3 e massa atômica 7 u, contendo na sua estrutura três prótons e três eléctrons. Na tabela periódica dos elementos químicos, pertencente ao grupo (ou família) 1 (anteriormente chamado 1A), entre os elementos alcalinos.

Aparência:

• Na sua forma pura, é um metal macio, de coloração branco-prateada, que se oxida rapidamente no ar ou na água. É um elemento sólido porém leve, sendo empregado especialmente na produção de ligas metálicas condutoras de calor, em baterias elétricas e, seus sais, no tratamento do transtorno bipolar.

Características principais:

• 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.

É o metal mais leve, a sua densidade é apenas, aproximadamente, a metade do que a 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.

Aplicações:

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: 

• Os sais de lítio, particularmente o carbonato de lítio (Li2CO3) e o citrato de lítio são usados no tratamento da depressão bipolar, ainda que, ultimamente, se tenha estendido seu uso ao tratamento da depressão unipolar. 
• O cloreto de lítio (LiCl) e o brometo de lítio (LiBr) possuem uma elevada higroscopicidade, por isso são excelentes secantes. O segundo é utilizado em bombas de calor de absorção, dentre outros compostos como o nitrato de lítio (LiNO3) . 
• O estearato de lítio é um lubrificante geralmente aplicado em condições de alta temperatura. 
• O hidreto de alumínio e lítio é um agente redutor empregado na síntese de compostos orgânicos.
• A base hidróxido de lítio (LiOH) é usada nas naves espaciais e submarinos para depurar o ar, extraindo o dióxido de carbono produzido pelos seus ocupantes. 
• O lítio é um componente comum nas ligas metálicas de alumínio, cádmio, cobre e manganês, utilizados na construção aeronáutica, e está sendo empregado com êxito na fabricação de cerâmicas e lentes, como a do telescópio Refletor Hale de 5,0 metros de diâmetro de "Monte Palomar". 
• Também tem aplicações nucleares. 
• Também é usado como poderoso analgésico em operações de risco.

Outros Usos:

• As baterias são um componente fundamental dos veículos eléctricos. O sucesso da mobilidade eléctrica está intimamente ligado ao sucesso e evolução da tecnologia das baterias.

Em Hannover, ainda este mês, investigadores do Fraunhofer Institute vão apresentar no Hannover Messe novas baterias de iões de lítio com propriedades melhoradas: possibilitam carregamento rápido, resistentes à pressão, flexíveis e arrefecidas de forma mais eficiente(04/2012.

• O futuro pertence aos veículos eléctricos. Os investigadores e espertos na matéria estão também convencidos disso, mas existem alguns desafios a ser ultrapassados antes que o leve zumbido dos carros eléctricos possa substituir os carros com motor a combustão. As baterias devem ser seguras, fiáveis e a um preço competitivo.

Esperam-se desenvolvimentos grandes nas baterias de lítio nos próximos tempos. Estas baterias não são só usadas nos veículos eléctricos, daí que todos os desenvolvimentos poderão resultar em avanços em muitas áreas.

Carregamento rápido e descargas:

• Embora as baterias de lítio possam armazenar grandes quantidades de energia, elas levam algum tempo a carregar. São também as baterias que proporcionam a maior densidade de energia. Os super-condensadores, por seu lado, podem armazenar rapidamente energia, mas a sua densidade de energia é baixa. 

Os investigadores do Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC em Würzburg, estão a trabalhar numa modelo de bateria que combina as melhores propriedades das baterias de lítio com as dos super-condensadores. Os desenvolvimentos poderão levar a que surjam no mercado baterias que se possam carregar muitas mais vezes e rapidamente do que as baterias normais.

Arrefecimento eficiente e maior longevidade:

• Apenas alguns graus de temperatura podem fazer uma grande diferença em relação às baterias de iões de lítio. 

Por ex 10 graus a mais na temperatura de utilização podem diminuir a autonomia para metade. Assim, quanto mais eficientes os sistemas de gestão da temperatura melhores resultados se conseguirão. Investigadores do Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE em Freiburg estão já a optimizar o desenvolvimento de um sistema de baterias eficientemente arrefecido. 

• O sistema consiste em 12 células de baterias de lítio com placas a arrefecer cada uma das células com um líquido para arrefecimento. A forma de cada uma das placas e células foi corretamente optimizado. O resultado é excelente, pois cada uma das placas de arrefecimento, proporciona uma distribuição correta e homogênea da temperatura dentro do módulo da bateria, conseguindo gerir as subidas de temperatura mesmo quando submetido a cargas mais elevadas. 

O sistema de gestão proporciona também informação importante para a unidade de controlo. Algoritmos complexos baseados em filtros de partículas estocásticos são utilizados no modelo de gestão.

Por outro lado, investigadores do Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT em Pfinztal dedicam-se ao arrefecimento a ar. Eles empilharam as células de lítio individuais em cima umas das outras, separadas por umas tiras estreitas de espuma de polímero. 

• Um ventilador é usado para fazer circular o ar. Este modelo proporciona dois benefícios: por um lado criam canais por onde o ar pode fluir e o calor removido, por outro lado a configuração com as células empilhadas proporcionam uma configuração flexível e estável. Os elementos adicionais para o arrefecimento não proporcionam um peso considerável, sendo indicadas para a utilização na indústria automóvel.

Baterias flexíveis:

• As baterias normalmente são rígidas e inamovíveis. Existem contudo necessidades na industria que não obedecem a estas características. Cientistas do Fraunhofer Institute for Silicon Technology ISIT em Itzehoe desenvolveram a primeira bateria de iões de lítio flexível: a bateria pode dobrar e torcer. Para conseguirem isto foram usados eléctrodos muito finos e materiais que combinam com o plástico.

Resistente a pressões elevadas:

• Também debaixo de água surgem as necessidades de utilização das baterias, principalmente a profundidades elevadas. Investigadores do ISIT conseguiram construir uma bateria que aguenta pressões de 600bar. 600 bar representa 600 vezes mais pressão do que a atmosférica! Existem várias abordagens para conseguir este tipo de resistências, estando os materiais e desenho das mesmas intimamente ligados a estas características.

Maior segurança:

• A segurança é um critério importante nas baterias. As baterias não podem em situação alguma entrar em curto-circuito. Os curto-circuitos poderão acontecer se os eléctrodos entram em contacto uns com os outros. 

As camadas de separação entre os mesmos são por isso fundamentais em garantir este isolamento. Contudo, em algumas circunstâncias as características dos materiais podem alterar-se e os acidentes podem acontecer. No futuro, electrólitos mais evoluídos poderão também evitar os curto-circuitos. Estruturas não inflamáveis poderão proporcionar segurança adicional. Investigadores do ICT Battery Testing Center estão a trabalhar na segurança de diversos tipos de baterias.

• Assim, espera-se que a curto prazo estas tecnologias, aliadas ao aumento de produção de baterias possam proporcionar baterias mais seguras, eficientes e a um custo razoável.

História:

• O lítio (do grego λιθoς, pedra) foi descoberto por Johan August Arfwedson em 1817. Arfwedson encontrou o novo elemento nos minerais espodumena e lepidolita provenientes de uma mina de petalita, LiAl( Si2O5 )2, minério descoberto em 1800 pelo brasileiro, naturalista e estadista, José Bonifácio de Andrada e Silva na ilha de Utö (Suécia). 

Em 1818 Christian G. Gmelin foi o primeiro a observar que os sais de lítio dão uma coloração roxa brilhante a uma chama. Ambos tentaram, sem êxito, isolar o elemento de seus sais, resultado finalmente obtido por W.T. Brande e Sir Humphry Davy efetuando a eletrólise do óxido de lítio.O nome do elemento provém do fato de ter sido descoberto em um mineral, embora fosse encontrado mais tarde como os outros metais alcalinos, nas cinzas das plantas.

• Em 1923 a empresa alemã "Metallgesellschaft AG" começou a produzir lítio através da eletrólise do cloreto de lítio fundido, que é o processo ainda usado.

Abundância e obtenção:

• É um metal escasso na crosta terrestre, encontrado disperso em certas rochas, porém nunca livre, dada a sua grande reatividade. É encontrado, também, em sais naturais, águas salgadas e águas minerais.

Desde a Segunda Guerra Mundial, a produção de lítio aumentou enormemente, sendo obtido de fontes de água mineral, águas salgadas e das rochas que o contêm, sempre por eletrólise do cloreto de lítio. 

• Os principais minerais do qual é extraído são lepidolita, petalita, espodumena e ambligonita. Nos Estados Unidos é extraído de salinas existentes na Califórnia e Nevada, principalmente.

Lepidolita

Isótopos:

• 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 semi-desintegração 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.

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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.

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.

Precauções:

• 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:

• 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.

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.

Bateria de lítio