લિથિયમ (lithium)

લિથિયમ (lithium) : આવર્તક કોષ્ટકના 1લા (અગાઉના IA) સમૂહનું રાસાયણિક ધાતુ-તત્ત્વ. બર્ઝેલિયસની પ્રયોગશાળામાં કામ કરતા એક યુવાન સહાયક જોહાન ઑગસ્ટ આર્ફવેડસને 1870માં એક નવી આલ્કલી ધાતુ તરીકે તેની શોધ કરેલી. સિલિકેટ ખનિજ પેટેલાઇટમાંથી તે સૌપ્રથમ છૂટું પાડવામાં આવેલું. ગ્રીક શબ્દ ‘લિથૉસ’ (પથ્થર, stone) પરથી તત્વને ‘લિથિયમ’ નામ આપવામાં આવ્યું છે, કારણ કે અગાઉ ડેવીએ (1807માં) શોધેલ બે આલ્કલી ધાતુઓ – સોડિયમ અને પોટૅશિયમ – વાનસ્પતિક મૂળની હતી. 1818માં ડેવીએ પીગળેલા લિથિયમ ઑક્સાઇડ(Li₂O)નું વિદ્યુત-વિભાજન કરી લિથિયમ ધાતુ મેળવી હતી. ઓગણીસમી સદીના પ્રારંભમાં શોધાયા છતાં આજથી 50 વર્ષ અગાઉ તેનું ખાસ ઔદ્યોગિક મહત્ત્વ ન હતું.

ઉપસ્થિતિ (occurrence) : પૃથ્વીના પોપડામાંના ખડકોમાં લિથિયમનું પ્રમાણ વજનથી 18 ppm (parts per million) છે. આ ઉપરાંત દૂધ, સ્નાયુ-પેશીઓ, ફેફસાં, મનુષ્યનું લોહી, દરિયાનું પાણી, બટાટા, કૉફી તેમજ શર્કરા-બીટ(sugar beat)ની રાખમાં પણ તેની હાજરી નોંધાઈ છે.

વ્યાપારી દૃષ્ટિએ તેનાં અગત્યનાં ખનિજો નીચે પ્રમાણે છે :

પેટેલાઇટ : LiAlSi₄O₁₀ (આશરે 4 % Li₂O)

સ્પૉડ્યુમીન : LiAlSi₂O₆ (આશરે 8 % Li₂O)

લેપિડોલાઇટ (લિથિયા અબરખ) : K₂Li₃Al₄Si₇O₂₁ (OH,F)₃ (આશરે 3–5 % Li₂O).

ઍમ્બ્લિગોનાઇટ : LiAlFPO₄ (આશરે 8–10 % Li₂O).

રણપ્રદેશમાંના સરોવરમાંનાં લવણજલ (brine) : Li₂NaPO₄

(આશરે 22 % Li₂O) (લવણજલમાં 0.03 % Li₂O)

યુક્રિપ્ટાઇટ : Li₂O·Al₂O₃·SiO₂ (આશરે 8 % Li₂O)

ટ્રાઇફાયલાઇટ : (LiNa)₃PO₄(Fe Ma)₃(PO₄)₂ (આશરે 1–4 % લિથિયમ).

લિથિયમના નિક્ષેપો (deposits) યુ.એસ., કૅનેડા, કાગો, ઝિમ્બાબ્વે, ઝાંબિયા, બ્રાઝિલ, આર્જેન્ટિના, ઑસ્ટ્રેલિયા, ચીન, સ્પેન, ચેકોસ્લોવૅકિયા, રશિયા અને ફિનલૅન્ડમાં મળી આવે છે. ભારતમાં બિહાર, કાશ્મીર, કર્ણાટક અને રાજસ્થાનમાં લેપિડોલાઇટ મળી આવે છે.

નિષ્કર્ષણ : લિથિયમના મોટાભાગનાં અયસ્કો (ores) 1–3 % Li ધરાવતાં હોઈ ઉત્પ્લાવન (floatation) દ્વારા તે વધારીને 4–6 % કરવામાં આવે છે, સ્પૉડ્યુમીન સંકેન્દ્રિતો(concentrates)નું સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ સાથે ઊંચા તાપમાને પક્વન (digestion) એ જૂના જમાનાથી પ્રસ્થાપિત પદ્ધતિ છે. આ પહેલાં α–સ્પૉડ્યુમીનને ~1100° સે. સુધી ગરમ કરી તેને β–સ્વરૂપમાં ફેરવવામાં આવે છે; જેથી લિથિયમ સહેલાઈથી દ્રાવ્ય થાય. આને સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ વડે 250° સે. તાપમાને ધોઈ, પાણી વડે નિક્ષાલન (leaching) કરવાથી Li₂SO₄·H₂O મળે છે. તે પછી તેને સોડિયમ કાર્બોનેટ (Na₂CO₃) અને હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડની ક્રમિક (successive) માવજત આપવાથી Li₂CO₃ (અદ્રાવ્ય) અને LiCl મળે છે.

Li₂SO₄ + Na₂CO₃ → Li₂CO₃ + Na₂SO₄

Li₂CO₃ + 2HCl → 2LiCl + H₂O + CO₂. વિકલ્પે પ્રક્ષાલિત (washed) અયસ્કનું ચૂનાપથ્થર (limestone, CaCO₃) સાથે 1000° સે. તાપમાને નિસ્તાપિત (calcined) કરી પાણી વડે નિક્ષાલન કરવાથી LiOH મળે છે, જે HCl સાથે લિથિયમ ક્લોરાઇડ આપે છે. યુ.એસ.માં કુદરતી લવણજલમાંથી પણ લિથિયમ મેળવવામાં આવે છે.

લિથિયમ ક્લોરાઇડને વધુ શુદ્ધ કરવા તેનું આલ્કોહૉલ અથવા પિરિડીન (pyridine) વડે નિષ્કર્ષણ કરી દ્રાવકનું બાષ્પીભવન કરવામાં આવે છે.

એક અન્ય પ્રવિધિમાં બારીક દળેલા સ્પૉડ્યુમીન અયસ્ક્ધો કૅલ્શિયમ ક્લોરાઇડ અને કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટ સાથે મિશ્ર કરી 1,000° થી 1,200° સે. વચ્ચે ગરમ કરવામાં આવે છે. આ વખતે મિશ્રણમાંથી ફક્ત લિથિયમ ક્લોરાઇડ બાષ્પિત થઈ સંઘનન પામે છે.

લિથિયમના જલીય દ્રાવણનું વિદ્યુત-વિભાજન કરીને લિથિયમ મેળવી શકાતું નથી, કારણ કે મુક્ત થતી ધાતુ સક્રિય હોઈ પાણી સાથે પ્રક્રિયા કરી લિથિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ બનાવે છે અને હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરે છે. આથી ભેજમુક્ત, પિગલિત લિથિયમ ક્લૉરાઇડનું ગ્રૅફાઇટનો ઋણધ્રુવ અને સ્ટીલનો ધનધ્રુવ વાપરી વિદ્યુત-વિભાજન કરવાથી કૅથોડ પર લિથિયમ મળે છે. ગલનબિંદુ નીચું રહે તે માટે સરખા ભાગે લિથિયમ ક્લોરાઇડ (લગભગ 45 %) અને પોટૅશિયમ ક્લૉરાઇડને મિશ્ર કરી, પિગાળી 450° સે. તાપમાને વિદ્યુત-વિભાજન કરવામાં આવે છે. વિકલ્પે પિરિડીન કે ઍસિટોનમાં બનાવેલા લિથિયમ ક્લૉરાઇડના સાંદ્ર દ્રાવણનું પણ વિદ્યુત-વિભાજન કરી શકાય છે. આ રીતે 99.9 % શુદ્ધ ધાતુ મેળવી શકાય છે. આ રીતે પ્રાપ્ત થતી શુદ્ધ ધાતુને જલમુક્ત ઈથર, નૅપ્થા અથવા પેટ્રોલિયમમાં રાખવામાં આવે છે. હાલ Li ધાતુનું ઉત્પાદન લગભગ 1,000 ટન જેટલું થાય છે.

ગુણધર્મો : લિથિયમ ચાંદી જેવી સફેદ તથા ઉષ્મા અને વિદ્યુતની સુવાહક આલ્કલી ધાતુ છે. તે આલ્ફા (a) અને બીટા (b) – એમ બે વિવિધ રૂપો ધરાવે છે. બધાં ધન તત્વોમાં તે સૌથી હલકું છે. તે બીજી આલ્કલી ધાતુઓ કરતાં સખત પણ સીસા (લેડ) કરતાં નરમ છે. તેના તાર ખેંચી શકાય છે તેમજ પતરાં બનાવી શકાય છે. બન્સેન જ્યોતમાં તેનાં સંયોજનો ઈંટ જેવો લાલ (carmine) રંગ આપે છે. જ્યોત-કસોટી(flame test)માં તેના આ ગુણનો ઉપયોગ થાય છે. તેના કેટલાક ગુણધર્મો સારણીમાં દર્શાવ્યા છે :

લિથિયમના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો

ગુણધર્મ	મૂલ્ય
પરમાણુભાર	6.941 (2)
પરમાણુક્રમાંક	3
ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના	1s22s1 અથવા [He]2s1
કુદરતી સમસ્થાનિકો	2
ગ.બિં. (° સે.)	180.6
ઉ.બિં. (° સે.)	1,342
ઘનતા (20° સે.) (ગ્રા./ઘ.સેમી.)	0.534
આયનીકરણ-ઊર્જા (કિજૂ./મોલ)	520.2
ઇલેક્ટ્રૉન-બંધુતા (કિજૂ./મોલ)	59.8
ધાતુ-ત્રિજ્યા (પિમી)	152
(વોલ્ટ)	–3.045
ΔHfus (કિજૂ./મોલ)	2.93
ΔHvap (કિજૂ./મોલ)	148
વિદ્યુત-અવરોધકતા (25° સે.) (m ઓહમ સેમી.)	9.47
કઠિનતા (મોઝ)	0.6
સંયોજકતા	1

રાસાયણિક રીતે લિથિયમ સક્રિય ધાતુ હોઈ Li⁺ આયનો બનાવે છે. હવામાં 180° સે. તાપમાને ગરમ કરતાં તે સફેદ જ્યોત સાથે સળગે છે અને ઑક્સાઇડ (Li₂O) તથા નાઇટ્રાઇડ (Li³N) બનાવે છે. પાણી સાથે પ્રક્રિયા કરી તે હાઇડ્રોજન મુક્ત કરે છે, પણ આ પ્રક્રિયા ઉગ્ર નથી. નાઇટ્રિક ઍસિડ સાથે તે ઉગ્ર રીતે પ્રક્રિયા કરે છે અને તેમાં તે પીગળીને સળગી ઊઠે છે.

ઊંચા તાપમાને લિથિયમ હાઇડ્રોજન સાથે સંયોજાઈ લિથિયમ હાઇડ્રાઇડ નામનું ક્ષાર જેવું સંયોજન બનાવે છે, જેનું ગ.બિં. 688° સે. છે. આ હાઇડ્રાઇડ પાણી સાથે પ્રક્રિયા કરી હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરે છે.

2LiH + H₂O → Li₂O + 2H₂

આ રીતે 1 કિગ્રા લિથિયમ હાઇડ્રાઇડ લગભગ 2,800 લીટર જેટલો હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરે છે.

લિથિયમ સંકીર્ણ હાઇડ્રાઇડ સંયોજનો પણ બનાવે છે; દા.ત., લિથિયમ બૉરોહાઇડ્રાઇડ (LiBH₄), લિથિયમ ઍલ્યુમિનિયમ હાઇડ્રાઇડ (LiAlH₄). આ સંયોજનો હાઇડ્રોજનના ઉપયોગી સ્રોત તેમજ અપચયનકારકો છે. ડાઇબૉરેન (BH₃)₂, તેમજ પેન્ટા  અને ડેકાબૉરેન જેવાં ઉચ્ચ-ઊર્જા સંયોજનો બનાવવા માટે લિથિયમ હાઇડ્રાઇડ આવશ્યક છે.

પ્રવાહી એમોનિયામાં લિથિયમ દ્રાવ્ય થાય છે અને ધીરે ધીરે લિથિયમ એમાઇડ (LiNH₂) બનાવે છે. લિથિયમ હાઇડ્રાઇડ સાથે એમોનિયાની પ્રક્રિયાથી પણ તે બનાવી શકાય છે. ઍન્ટિહિસ્ટામીન (antihistamines) જેવાં ઔષધો બનાવવામાં આ એમાઇડ ઉપયોગી છે.

હૅલોજન, સલ્ફર કે નાઇટ્રોજન સાથે ગરમ કરતાં તે જે-તે તત્વ સાથેનાં દ્વિસંયોજનો બનાવે છે.

કાર્બનિક પ્રક્રિયાઓમાં લિથિયમ સોડિયમ કરતાં વધુ ઉપયોગી છે, જેમ કે, સંઘનન (condensation) પ્રક્રિયાઓમાં, રબરના તથા વિટામિન Aના સંશ્લેષણમાં, ગ્રીન્યાર (Grignard) પ્રક્રિયાઓમાં મૅગ્નેશિયમની બદલીમાં, આઇસોપ્રીનના સપક્ષ(cis) પૉલિયોઆઇસોપ્રીનમાં બહુલીકરણમાં વગેરે.

સંયોજનો : લિથિયમ સોડિયમ અને પોટૅશિયમની માફક હાઇડ્રૉક્સાઇડ (LiOH), કાર્બોનેટ (Li₂CO₃), ફૉસ્ફેટ (Li₃PO₄) અને ફ્લોરાઇડ (LiF) જેવાં સંયોજનો બનાવે છે. આ સંયોજનોની પાણીમાં દ્રાવ્યતા અનુવર્તી સોડિયમ કે પોટૅશિયમ સંયોજનો કરતાં પ્રમાણમાં ઓછી હોય છે. લિથિયમ-સંયોજનોનો ઓછો અણુભાર તેમને ઉપયોગી બનાવે છે; દા.ત., LiOH એ સબમરીન અને અવકાશયાનોમાં CO₂  અવશોષક તરીકે ઉપયોગી થાય છે.

લિથિયમ કાર્બોનેટ એ લિથિયમનું સૌથી વધુ સામાન્ય સંયોજન છે. તેમાંથી લિથિયમનાં અન્ય સંયોજનો બનાવી શકાય છે. પાણીમાં તે અલ્પ દ્રાવ્ય છે. પૉર્સલિનના ઇનૅમલ માટેનાં સંરૂપણો- (formulations)માં તેમજ ખાસ પ્રકારના કઠોર બનાવેલા (toughened) કાચમાં વપરાય છે. ઍલ્યુમિનિયમના ઉત્પાદકો દ્વારા તેનો ઉપયોગ હવે વધુ થવા માંડ્યો છે, કારણ કે તેનાથી ઉત્પાદન ક્ષમતા 7–10 % જેટલી વધે છે તથા ફ્લોરિનના ઉત્સર્જનમાં 25–50 %નો ઘટાડો થાય છે. 1949માં એવી શોધ થયેલી કે Li₂CO₃ની નાની માત્રા (dose) (1–2 ગ્રા./દિવસ) મોં દ્વારા લેવામાં આવે તો ઉન્માદી અવસાદી મનોવિક્ષિપ્તિ(manic depressive psychoses)માં રાહત થાય છે. તેની કાર્યવિધિ બરાબર સમજાઈ નથી, પણ તેની આડઅસરો જોવા મળતી નથી. આ માત્રા લેવાથી લોહીમાં Liનું પ્રમાણ (1 મિ.મોલ/લિટર) જળવાઈ રહે છે. તે Na/K અને/અથવા Mg/Ca સમતોલનને અસર કરતું હોવાનું મનાય છે.

ઉપયોગો : તાંબાના શુદ્ધીકરણ અને બિનલોહ મિશ્રધાતુઓની બનાવટમાં ઑક્સિજન દૂર કરવા લિથિયમ અપમાર્જક (scavenger) તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે. સીસા સાથેની તેની મિશ્ર ધાતુ વીજળીના દોરડા માટે વપરાય છે. ઍલ્યુમિનિયમ અને મૅગ્નેશિયમની કેટલીક મિશ્ર ધાતુઓમાં તે એક ઘટક તરીકે વપરાય છે. આ પૈકી મૅગ્નેશિયમ સાથેની તેની મિશ્ર ધાતુની સંક્ષારણરોધક શક્તિ તેમજ તણાવ-સામર્થ્ય વધુ સારાં હોય છે. 0.1 % Li ઉમેરેલ ઝિંક અને મૅગ્નેશિયમ મિશ્ર ધાતુની સ્થિતિસ્થાપકતા અને તણાવ-સામર્થ્ય મૃદુ સ્ટીલ જેટલાં હોય છે. કેટલીક બૅટરીમાં પણ લિથિયમ વપરાય છે.

ભવિષ્યમાં Li/FeSn બૅટરી વધુ ઉપયોગી નીવડવા સંભવ છે.

છેલ્લાં કેટલાંક વર્ષોમાં લિથિયમની એક અગત્યની નાભિકીય પ્રક્રિયા જોવા મળી છે. તેમાં ન્યૂટ્રૉન વિકિરણન (irradiation) દ્વારા હાઇડ્રોજનનો ભારે સમસ્થાનિક ટ્રિટિયમ (T અથવા 3H) ઉત્પન્ન થાય છે :

આ ઉપરાંત Li–7 નામનો સમસ્થાનિક ઝડપી નાભિકીય પ્રક્રિયાઓમાં નિયંત્રણ-શલાકા (control rods) તરીકે પણ વાપરી શકાય તેમ છે.

કલ્પેશ સૂર્યકાન્ત પરીખ

જ. દા. તલાટી