Lítio

O lítio, símbolo Li, é um metal alcalino de número atômico 3 e muito conhecido por ser o metal de menor densidade existente. Apresenta uma coloração prateada e é bastante reativo, principalmente com água e gás oxigênio. Além disso, possui um baixo ponto de fusão e é o metal de menor massa atômica existente na Tabela Periódica.

O lítio é amplamente empregado na confecção das chamadas baterias de lítio-íon, cada vez mais utilizadas, dadas suas grandes vantagens, como massa e quantidade de carga. As baterias de lítio-íon estão presentes em veículos híbridos, elétricos, além de dispositivos portáteis, como celulares. O lítio também tem aplicação no campo da medicina, auxiliando no tratamento da bipolaridade. Tal metal é pouco presente na crosta terrestre e foi descoberto em 1817, pelo sueco Johann August Arfvedson.

Leia também: Conheça os 118 elementos químicos da Tabela Periódica

Resumo sobre o lítio

• O lítio é um metal alcalino de número atômico 3, sendo o metal de menor massa atômica de toda a Tabela Periódica.
• De coloração prateada em sua forma pura, é o metal de menor densidade de toda a Tabela Periódica, além de ter um baixo ponto de ebulição.
• É reconhecido pela sua grande reatividade, principalmente com água e o gás oxigênio.
• Possui muitas aplicações práticas, destacando-se as baterias de lítio-íon e os medicamentos para tratamento da bipolaridade.
• Apresenta baixa presença na crosta terrestre, sendo mais presente na América do Sul.
• Foi descoberto em 1817, pelo sueco Johann August Arfvedson, a partir do mineral petalita, um pouco antes descoberto pelo brasileiro José Bonifácio de Andrada e Silva.

O que é o lítio?

O lítio é um elemento químico pertencente ao grupo dos metais alcalinos (grupo 1 da Tabela Periódica), com o símbolo Li e número atômico 3. Sendo assim, é o primeiro metal da Tabela Periódica e também o mais leve de todos, com uma densidade que é, aproximadamente, a metade da densidade da água.

Para que serve o lítio?

A baixa densidade do lítio (cerca de 0,53 g/mL, a menor entre os metais) o faz ser utilizado na confecção de ligas metálicas, em geral com magnésio e alumínio, combinando leveza e tenacidade. O lítio também possui o maior calor específico de qualquer elemento sólido, permitindo que ele seja aplicado para trocas de calor, como é o caso de reatores nucleares, graças ao fato de tambem possuir baixo ponto de fusão e baixa viscosidade quando fundido. Contudo, é um material que sofre corrosão com facilidade, além de ser extremamente reativo com a atmosfera, exigindo cuidados no manuseio.

Os sais de lítio também possuem aplicações importantes, tanto no campo industrial quanto no campo da medicina. É o caso do estearato de lítio, que é utilizado para afinar e gelificar óleos, produzindo, assim, graxas lubrificantes. O carbonato de lítio, Li₂CO₃, é aplicado na indústria de cerâmicas e como aditivo para a bauxita na fabricação de alumínio, uma vez que abaixa a temperatura de fusão do eletrólito e permite uma maior condutividade elétrica deste. Esse mesmo sal é muito empregado no tratamento de distúrbios de bipolaridade, embora altas quantidades possam acarretar danos ao sistema nervoso central.

O hidróxido de lítio é aplicado na absorção de dióxido de carbono em espaços de grande confinamento, como em submarinos. Já o hidreto de lítio e alumínio (LiAlH₄) é um importante redutor aplicado em sínteses orgânicas.

Contudo, sem dúvida alguma, a aplicação que mais tem chamado a atenção, dada a sua grande demanda e aplicação, são as baterias de lítio-íon (Li-Ion), um dos dispositivos eletroquímicos recarregáveis mais avançados que conhecemos até então. São as principais fontes de energia para diversos dispositivos eletrônicos portáteis, como celulares e laptops.

Elas são empregadas nos veículos híbridos e elétricos, cada vez mais presentes nas frotas urbanas. Sua aplicação também é essencial para a transição para uma energia mais limpa: baterias de lítio-íon podem ser utilizadas para armazenar energia sobressalente produzida por células fotovoltaicas durante o dia, para que ela possa ser utilizada à noite ou em momentos de baixa incidência solar.

Entre as principais vantagens das baterias de lítio, estão a alta densidade energética (permitindo tamanho e massa pequenos com alta quantidade de carga), além de serem flexíveis, permitindo sua fabricação em diversos formatos. Além disso, não sofrem do problema de “memória” ou “vício”, permitindo carregamentos parciais de qualquer extensão.

Características do lítio

O lítio é um metal prateado, macio (pode ser cortado com uma faca) e com o menor valor de densidade existente para os metais conhecidos até então (0,534 g∙cm⁻³ a 20 °C). Possui um baixo ponto de fusão (180,5 °C) e um ponto de ebulição de 1342 °C. Essas e outras grandezas são listadas a seguir.

• Símbolo: Li.
• Massa atômica aproximada: 6,938 a 6,997 u.m.a.
• Número atômico: 3.
• Densidade: 0,534 g∙cm⁻³ (20 °C).
• Temperatura de fusão: 180,5 °C.
• Temperatura de ebulição: 1342 °C.
• Configuração eletrônica no estado fundamental: [He] 2s¹.
• Principais números de oxidação: +1.
• Localização na Tabela Periódica: 2º período, Grupo 1 (metais alcalinos).

O que chama atenção no lítio (e nos demais metais alcalinos) é a sua grande reatividade, principalmente com o gás oxigênio e com a água. Não à toa o lítio metálico é acondicionado em um frasco em que fica submerso em um hidrocarboneto, para evitar o contato com essas substâncias. Sua reação com a água é rápida e vigorosa, com subsequente liberação de gás hidrogênio, o qual é muito inflamável:

2 Li (s) + 2 H₂O (l) → 2 LiOH + H₂ (g)

Como os demais metais alcalinos, o lítio também é capaz de reagir com halogênios e gás hidrogênio (com este mediante aquecimento).

2 Li + X₂ → 2 LiX                             X = halogênio

2 Li + H₂ → 2 LiH

Diferentemente dos demais metais alcalinos, o lítio é capaz de reagir espontaneamente com o gás nitrogênio, N₂, em temperatura ambiente, formando um composto castanho-avermelhado conhecido como nitreto de lítio:

6 Li + N₂ → 2 Li₃N

O lítio, sob aquecimento, pode reagir com carbono, formando os chamados acetiletos (Li₂C₂). Também é possível intercalar átomos de lítio entre lâminas de grafite, gerando os compostos LiC₆, LiC₁₂, LiC₁₈ e LiC₂₇. Em pressões maiores, é ainda possível intercalar o lítio de forma a se produzir LiC₂₋₄. Essa intercalação promovida pelo grafite é aproveitada nos processos eletroquímicos das baterias de lítio-íon.

Leia também: Metais nobres — o grupo de metais marcados pela baixa reatividade

Obtenção do lítio

A ocorrência natural do lítio é muito baixa, com uma concentração aproximada de 20 ppm na crosta terrestre, sendo o segundo menos abundante entre os metais alcalinos (à frente apenas do césio, desconsiderando-se o frâncio, uma vez que todos os seus isótopos são radioativos e o mais estável tem um tempo de meia-vida da ordem de 21 minutos). As maiores fontes naturais se concentram na América do Sul, com destaque para Bolívia, Chile e Argentina, que concentram mais de 50% dessas reservas. As principais fontes minerais de lítio são a lepidolita, a espodumena, a petalita e a ambligonita.

A produção comercial do lítio é muito semelhante à do sódio (que é realizado pelo processo Downs), sendo produzido a partir da eletrólise ígnea do cloreto de lítio. Aquecendo-se, por exemplo, uma amostra de espodumena (um silicato de lítio e alumínio, LiAlSi₂O₆) com óxido de cálcio (CaO), obtém-se o hidróxido de lítio, LiOH, o qual é convertido para o cloreto de lítio, LiCl. Também é possível lavar a amostra de espodumeno com ácido sulfúrico na temperatura de 250 °C, fazendo-se, posteriormente, uma lixiviação com água para a produção de Li₂SO₄∙H₂O. O produto anteriormente obtido é tratado com carbonato de sódio, Na₂CO₃, e HCl para a produção de LiCl.

Efeitos do lítio no corpo

O lítio é considerado um padrão-ouro para o tratamento da bipolaridade, embora venha-se percebendo uma queda na sua prescrição. Suspeita-se que as causas sejam diversas, como a maior presença de estabilizadores de humor no mercado, a necessidade de monitoramento frequente do lítio por meio de punção venosa, além do marketing exercido por fabricantes de medicamentos protegidos por patentes, entre outros.

Some esses fatores aos efeitos colaterais, que acabam dificultando à adesão ao tratamento com lítio. Entre esses efeitos colaterais, podemos citar a poliúria (menor volume de urina diária), hipotireoidismo, hiperparatireoidismo, ganho de peso, além de embotamento cognitivo, sede, tremores, náusea e disfunção sexual.

Os riscos da influência do lítio sobre má-formação congênita são incertos e, por conta disso, mulheres que querem engravidar ou estão grávidas devem ser avisadas previamente sobre a utilização do lítio e, assim, decidir com o médico responsável acerca dos potenciais riscos que vão envolver a integridade do bebê e a estabilidade de humor da gestante antes de se cessar o tratamento. Atualmente, a recomendação clínica é de se evitar o lítio durante uma gestação.

Leia também: Mercúrio — o único metal líquido em temperatura ambiente

História do lítio

O lítio foi isolado pelo sueco Johann August Arfvedson, aluno do famoso cientista Jöns Jakob Berzelius, no ano de 1817, a partir da análise do mineral petalita (um silicato de lítio e alumínio). Berzelius chamou o nome elemento de lithos, que significa “pedra” em grego.

O mais curioso é que a petalita foi descoberta por volta de 1800, também na Suécia, mas pelo brasileiro José Bonifácio de Andrada e Silva, mais conhecido por sua atuação política como o “Patriarca da Independência”. Porém, antes de seus trabalhos na política nacional, José Bonifácio teve grande e reconhecida carreira na área de mineralogia. Berzelius, inclusive, ao relatar a descoberta do lítio por Arfvedson, cita nominalmente o brasileiro em uma carta ao químico francês Claude Berthollet.

Exercícios resolvidos sobre o lítio

Questão 1

(Unesp/2024.1) O sistema Li/MnO₂ é o exemplo mais representativo das pilhas primárias (de uso único) de lítio.

(www.smartkits.com.br)

Essas pilhas empregam eletrólitos dissolvidos em solventes não aquosos, em recipientes selados.

O processo de descarga dessa pilha envolve a reação 4 Li + MnO₂ → 2 Li₂O + Mn

Essa pilha fornece uma diferença de potencial (voltagem) em torno de 3,0 V à temperatura ambiente, mas mostra excelente desempenho em temperaturas superiores.

A grande vantagem das pilhas à base de lítio é a ausência de metais pesados reconhecidamente danosos ao meio ambiente, como mercúrio, cádmio e chumbo. Porém, os perigos relativos à pilha Li/MnO₂ são de outra natureza, estando relacionados ao seu descarte e reciclagem. Após a corrosão do invólucro externo, é liberado o solvente não aquoso, inflamável e tóxico. O lítio metálico não reagido, em contato com água e umidade do ar, desprende calor e gás inflamável (hidrogênio), podendo levar à ignição do produto descartado. Por isso, a presença de voltagem residual nesse resíduo é um problema, pois significa a presença de lítio metálico.

As características listadas para a pilha de lítio tornam a disposição final inadequada e até mesmo a reciclagem uma operação de risco, pela possibilidade de fogo e explosão.

(Jéssica Frontino Paulino et al. “Processamento de pilhas Li/MnO₂ usadas”. Quim. Nova, vol. 30, 2007. Adaptado.)

Para tornar a reciclagem dessa pilha mais segura, o ideal seria o seu descarregamento completo antes do descarte, evitando assim a:

A) evaporação do solvente inflamável.

B) redução do lítio metálico pelo oxigênio do ar.

C) reação do óxido de lítio com a água.

D) oxidação do lítio metálico pela água.

E) interação da umidade do ar com o solvente inflamável.

Resposta: Letra D.

O descarregamento completo permite a total conversão do lítio metálico em óxido de lítio. Dessa forma, isenta-se o risco da reação do lítio metálico com a água, que produz o gás hidrogênio, inflamável, evitando-se a ignição do material.

Questão 2

(PUC-PR Verão – Demais Cursos/2015) Baterias são dispositivos capazes de transformar energia química em energia elétrica por meio de reações eletroquímicas. Atualmente, com o avanço na produção e consumo de equipamentos portáteis, um dos grandes desafios é fazer com que as baterias consigam acompanhar as novas tecnologias, tornando-se cada vez menores e apresentando um tempo maior de duração de descarga, além de aumentar, também, o número de ciclos de utilização. Neste panorama, as baterias de íon lítio representam o que temos de mais moderno, pois conseguem combinar alta performance com baixo peso.

Sobre o lítio e seus compostos, é CORRETO afirmar que:

A) Um átomo de lítio apresenta massa igual a 7 g.

B) Os halogenetos de lítio, quando estão no estado sólido, são ótimos condutores de eletricidade.

C) Trata-se de um metal alcalino que se combina com átomos de cloro por meio de ligações iônicas, formando um composto de fórmula LiCl.

D) O óxido de lítio é um composto molecular de fórmula Li₂O.

E) O lítio é um metal pouco reativo, não apresentando tendência em reagir com a água.

Resposta: Letra C.

O lítio, sendo um metal alcalino, realiza com o cloro (um ametal) uma ligação iônica. Além disso, a fórmula será LiCl porque, na formação dessa ligação, entende-se a perda de um elétron do átomo de lítio para o cloro, suficiente para a estabilização de ambos, uma vez que o lítio só possui um elétron na camada de valência, enquanto o cloro possui sete.

Fontes

HOUSECROFT, C. E.; SHARPE, A. G. Inorganic Chemistry. 2. ed. Pearson Education Limited: Londres, 2005.

HAYNES, W. M. (ed.) CRC Handbook of Chemistry and Physics. 95^a ed. CRC Press: 2014.

LEUNG, W.; IP, Q. W. Alkali Metals: Inorganic Chemistry. In: Encyclopedia of Inorganic Chemistry. 2. ed. Wiley: Nova Jersey, 2005.

CHAGAS, C. S.; CORRÊA, T. H. B. As contribuições científicas de José Bonifácio e a descoberta do lítio: um caminhar pela história da ciência. Revista Educação, Ciências e Matemática. v. 7, n. 1, p. 201-212, jan./abr. 2017.

JASKULA, B. W. Lithium. In: Mineral Commodity Summaries. p. 110-111. U. S. Geological Survey: Reston, Virginia, 2024.

TARASCON, J. M. Is lithium the new gold? Nature Chemistry. v. 2, jun. 2010.

MCKNIGHT, R. F.; ADIDA, M.; BUDGE, K.; STOCKTON, S.; GOODWIN, G. M.; GEDDES, J. R. Lithium toxicity profile: a systematic review and meta-analysis. Lancet. v. 379, n. 9817, p. 721-728, fev. 2012.

GITLIN, M. Lithium side effects and toxicity: prevalence and management strategies. International Journal of Bipolar Disorders. v. 4, n. 27, 2016.

DENG, D. Li-ion batteries: basics, progress, and challenges. Energy Science & Engineering. v. 3, n. 5, p. 385-418, 2015.