Alle på jagt efter elementet lithium

I 1929 blev 7UP sodavand annonceret som en "Bib-label Lithiated Lemon-Lime Soda" og senere 7UP Lithiated Lemon Soda. Den populære drik indeholdt faktisk lithiumcitrat, en forbindelse lavet af grundstoffet lithium, det samme som findes i nutidens lithium-ion-batterier. Der er ingen bekræftet forklaring på de 7 i 7UP, men nogle mennesker har spekuleret i, at det er fordi lithiums atommasse er tæt på 7 (det er 6,94, men måske rundede de op).

Alligevel var lithiumcitrat (lithiumsalt) en ingrediens i drikkevaren mellem 1929 og 1948, da U.S. Food and Drug Administration (FDA) forbød den at bruge i sodavand og øl.

Hvorfor puttede virksomheder lithium i deres drikkevarer i første omgang? I århundreder blev lithium varme kilder anset for at være medicinske, og gennem 1800-tallet blev lithium brugt til at behandle gigt - herunder "hjernegigt". Det blev også ordineret i slutningen af ​​det 19. og begyndelsen af ​​det 20. århundrede for mani og melankolsk depression, så grundstoffet havde et godt ry.

Men i dag er lithium efterspurgt mere end nogensinde før. Og selvom de fleste nok tænker på elementet i form af batterier til bærbare computere og elbiler, bruges elementet til ting langt ud over teknologien. Faktisk bruges lithium stadig til at behandle nogle humørsygdomme; det har været brugt i højteknologiske linser ved FERMILAB protonkonverteringssystemet i årtier; og det hjælper med at stabilisere glasvarer og keramik. Der er endda nogle, der mener, at mikrodosering vil være gavnligt for mental sundhed (mere om det senere).

1. Lithium-karakteristika
2. Sodavand, batterier og stemningsstabilisatorer
3. Lithiumtrekanten
4. Er lithium farligt?
5. Lithium er nyttigt, men skal vi begynde at drikke det igen?

Lithium-egenskaber

Lithium er et af de letteste grundstoffer på Jorden. Dens atomnummer er 3 og dens atommasse er 6,94. Ligesom andre metaller er lithium blødt og formbart. Den er sølvfarvet og har tætheden af ​​en blok fyrretræ, siger Michael McKibben, en forskningsprofessor i geologi i afdelingen for jord- og planetvidenskab ved University of California, Riverside.

Johan August Arfwedson opdagede lithium i 1812, da han var ved at nedbryde lithiumsilikatmineraler, herunder petalit, på den svenske ø Utö. Han fandt ud af, at petalit indeholdt det hidtil ukendte metal, lithium. "Så Arfwedson og hans professor besluttede at opkalde det nye element efter det græske ord for sten, lithos, at afspejle sin opdagelse i mineraler i stedet for planter og dyr," siger McKibben. I dag er klipper en primær kilde til lithium, selvom det også findes i varme kilder og under tørrede søbede.

I århundreder var folk kendt for at bade i lithium varme kilder for deres opfattede medicinske fordele, som dem der findes i Lithia Springs, Georgia. Sweet Water Hotel and and Health Resort, der engang lå der, var så berømt, at folk som Mark Twain, Vanderbilts og flere præsidenter, inklusive Theodore Roosevelt, besøgte. I dag har varme kilder, geotermiske områder og saltvand en tendens til at have store mængder lithium. Ligesom pegmatitter og granit indeholder vulkanske bjergarter meget lithium, forklarer McKibben. "Enhver proces, der forvitrer disse sten til ler, for eksempel, eller fordampningsprocesser, der koncentrerer saltlage, kan yderligere berige lithiumet i de omgivelser, hvor vi finder lithium, der udvindes."

Sodavand, batterier og stemningsstabilisatorer

"Det er rigtigt, at folk tænker på batterier, fordi det er omkring 75 procent af brugen," siger McKibben. "Du kan vurdere alle de ting, du har, som har lithium-ion-batterier, og listen vokser:biler, stoffer, cykler, scootere, telefoner, tablets, plæneklippere. Jeg har en ukrudtshaver, der er lithium-batteridrevet."

På trods af forbuddet mod lithium i drikkevarer er det en effektiv oral behandling for humørsygdomme i dag (du indtager det bare ikke i citron-lime sodavand). Det hedder Lithobid, men siden 1950'erne har medicinalvirksomheder tilføjet målrettede syntetiske alternativer.

Har du nogensinde spekuleret på, hvordan overgangsglas virker, eller hvorfor tonede ruder bliver mørkere som reaktion på solen? Kraften af ​​lithium!

"Mange moderne vinduer i huse bliver mørke i skarpt sollys, og det er på grund af lithiumforbindelserne i glasset," forklarer McKibben. "Lithium i glas er et lag af lithium-ioner, der migrerer som reaktion på sollys og derefter gør glasset mørkere." Den anden daglige brug af lithium er i keramik og glas, fordi lithium forbedrer keramik og brillers holdbarhed og hjælper med at stabilisere farven.

Lithiumtrekanten

Lithiumminedrift blomstrer i dag, primært takket være stigningen i EV-køretøjer og efterspørgslen efter lithium til de genopladelige batterier. Kapløbet er i gang med at udvinde elementet, og selvom det er blevet udvundet i North Carolina, Nevada og Canada, kommer det meste af verdens lithium fra Sydamerika og Australien. "Lithiumtrekanten" er en region, hvor Chile, Argentina og Bolivia mødes i Atacama-ørkenen. Her pumpes lithium fra under tørre søbede kaldet salares , det spanske ord for tørre sølejer, og derefter sat i fordampningsdamme.

Atacama Salar er en saltflade i Chile og er verdens største lithiumproducerende forekomst. Den producerer i øjeblikket cirka en tredjedel af det globale lithium og er omtrent på størrelse med Yosemite National Park. "Du kan se dem fra rummet," påpeger McKibben. "De er enorme. Hver af disse damme er på størrelse med en fodboldbane, og der er hundredvis af dem. Det er det, der slår miljøet i Chile."

Mens minedriftsprocesser varierer (og kan være meget hemmelige), fungerer de grundlæggende sådan her:Lithium udvindes fra en mineralrig saltlage under jorden og bringes til overfladen for at fordampe i store bassiner. Den resterende saltvandsopløsning behandles i flere trin, indtil lithium er klar til brug. Processen er meget ødelæggende for det omgivende miljø. Plantelivet dør, laguner tørrer op, og lokale dyr mister adgang til deres sædvanlige ynglepladser.

"Dammene forbruger enorme mængder vand og kemikalier og producerer skræmmende miljøskader på jordens overflade. Så det er grunden til, at dette koncept med direkte lithiumudvinding fra geotermisk saltlage og oliefeltssaltlage er taget fart i de sidste par år, fordi de forbruger langt mindre vand og ikke forstyrre jorden," forklarer McKibben.

Han siger også, at fodaftrykket af et geotermisk anlæg til direkte lithiumudvinding nær Saltonhavet i Californien er omkring 100 acres (40,4 hektar) og forbruger 10 gange mindre vand og producerer et lithiumprodukt på dage. I modsætning hertil er fodaftrykket af en fordampningsdam i Chile over 3.000 acres (1.214 hektar), og det tager to år at fremstille lithium.

Er lithium farligt?

Vi dækkede, hvordan lithiumminedrift er skadeligt for miljøet, men det kan også have negative helbredsmæssige konsekvenser, når det indtages i store mængder og kan være eksplosivt under de rette forhold.

"Lithium er forholdsvis ustabilt, det har kun tre protoner i sin kerne, og det har en løst holdt ydre, ubetalt tredje elektron. Det kan lide at give den tredje elektron let op," forklarer McKibben, og det gør det nemt for lithium at reagere , især med vand, ilt og nitrogen. "Ubelagt lithiummetal vil reagere ret voldsomt med vand for at danne lithiumhydroxidopløsning, og derefter brintgas, som er brandfarlig som en del af den reaktion, frigiver varme. Så det er årsagen til brande forbundet med lithium."

Lithium-ion-batterier kan brænde på grund af elektrolytterne i batterierne. McKibben siger, at de er en brandfarlig organisk forbindelse, og hvis der er en defekt i et lithium-ion-batteri, kan det kortslutte. Eller batteriet kan blive overophedet eller punkteret udefra, og begge disse problemer kan få lithiummetal til at reagere med vand eller luft. Batterierne har været ansvarlige for adskillige brande på fly og i lufthavne i løbet af de sidste 10 år.

"Det er, når du får smartphones, bærbare computere og bilbatterier, der begynder at brænde," siger McKibben. "Lithiumbatteribrande er en voksende fare, især i fly, og det er det værste sted, jeg kan komme i tanke om at have en batteribrand." Forskere fortsætter med at søge efter et mere stabilt - og mindre brandfarligt - alternativ til væske- eller gelelektrolytter.

Hvad angår hvorfor FDA forbød lithium i læskedrikke i slutningen af ​​40'erne, var det simpelthen fordi folk bare indtog for meget af det. Og ikke kun fra deres yndlingssodavand. De fik det fra deres øl, som en medicinsk behandling og endda som et natriumfattigt alternativ til bordsalt. Folk overdosis af det og oplevede bivirkninger af lithium toksicitet, herunder kvalme, opkastning, rysten og nyreskade.

Lithium er nyttigt, men skal vi begynde at drikke det igen?

Kan du huske, at vi sagde, at der var nogle, der mente, at mikrodoser af lithium kunne være godt for den mentale sundhed? I 2014 foreslog en psykiater og fakultetsmedlem ved Weill Cornell Medical College, Anna Fels, i en New York Times OpEd-artikel, at vi begynder at undersøge, hvilke virkninger regelmæssige doser af lithium kan have på samfundet.

"Den hidtidige forskning tyder stærkt på, at selvmordsniveauet ville blive reduceret, og endda måske andre voldelige handlinger. Og måske ville demensraten falde," skriver hun i sin artikel, "Skal vi alle tage en smule lithium?" Kunne en lille dosis lithium i vandforsyning virkelig reducere antallet af selvmord, voldtægt og mord i hele USA? Fels synes at mene, at på trods af et dårligt ry fra en snau fra midten af ​​det 20. århundrede, bør vi overveje at tage emnet op igen.

And a 2020 meta-analysis of past studies published in the British Journal of Psychiatry that examined how naturally occurring lithium in tap water correlates with lower levels of suicide in local populations seems to agree with her. Right now, though, we'll opt for a soak in a mineral hot spring.

Lithium is one of the three elements known to exist during the Big Bang. However, scientists observed more lithium than theoretically should have been produced. In 2020, Arizona State researchers discovered another source of lithium, exploding stars, aka classical novae, which explains why there is more lithium than scientists initially expected. Stellar, dude.