¿Por qué la masa atómica del litio es un intervalo?
La IUPAC publica para el litio no un número sino un rango: de 6,938 a 6,997 u. Es el intervalo relativo más ancho de toda la tabla periódica, y su origen no es natural sino industrial.
El litio natural tiene dos isótopos estables: litio 6, alrededor del 7,6 %, y litio 7, el resto. La diferencia de masa entre ambos es grande en términos relativos, y una variación pequeña en la proporción desplaza notablemente la media.
Durante los años cincuenta y sesenta, Estados Unidos y la Unión Soviética separaron litio 6 a escala de miles de toneladas. El litio 6 bombardeado con neutrones produce tritio, y el tritio es el combustible de las armas termonucleares. También interesa a la fusión controlada por la misma razón.
El material sobrante de esa separación —litio empobrecido en litio 6— no se tiró. Se vendió como reactivo de laboratorio y se incorporó a la cadena de suministro química mundial. Un frasco de sal de litio comprado hoy puede proceder de mineral natural o de aquel residuo, y su masa atómica difiere en la tercera cifra.
Por eso la IUPAC recomienda que quien necesite precisión mida los isótopos de su propia muestra en lugar de fiarse de una tabla.
¿Qué hace especial la configuración [He] 2s¹?
Un electrón solitario en la segunda capa, sobre un núcleo de helio completo. Es la estructura del sodio y del potasio, pero con una diferencia de escala que lo cambia todo.
El litio es el más pequeño de los alcalinos, con un radio atómico de unos 152 pm. Ese electrón 2s está más cerca del núcleo y peor apantallado que en los alcalinos mayores, de modo que se retiene con más fuerza. La energía de ionización del litio, 520 kJ/mol, es la más alta de su grupo.
De ahí una paradoja aparente. El litio es el alcalino menos reactivo frente al agua y, sin embargo, el reductor más potente de todos en disolución acuosa: su potencial de electrodo estándar es de −3,04 V, el más negativo de la tabla.
La contradicción se resuelve distinguiendo velocidad de termodinámica. La reactividad frente al agua es cinética y depende de que el metal funda y exponga superficie; el litio funde a 180 °C y no lo consigue. El potencial de electrodo es termodinámico e incluye la energía de hidratación del ion, que en el litio es enorme precisamente porque el ion es diminuto y concentra mucha carga.
Ese potencial explica por qué las baterías de litio ofrecen más voltaje por celda que cualquier alternativa.
¿Cómo funciona una batería de litio?
Sin metal de litio. La expresión «batería de litio» hace pensar en un electrodo metálico, y en las baterías recargables no lo hay.
Lo que circula es el ion Li⁺, que viaja entre dos materiales capaces de alojarlo en su estructura. En la descarga, los iones salen del ánodo de grafito, cruzan el electrolito y se insertan en el cátodo, típicamente un óxido de cobalto, níquel y manganeso. Al cargar, el proceso se invierte.
El fenómeno se llama intercalación: los iones se meten entre las capas del material sin romperlo. El grafito acoge un litio por cada seis carbonos, y sus láminas se separan lo justo para admitirlo.
Se usan iones y no metal por seguridad. El litio metálico depositado durante la carga tiende a crecer en filamentos llamados dendritas, que pueden atravesar el separador y cortocircuitar la celda. Las baterías de litio metálico existen, pero no son recargables.
La ligereza del elemento es lo que hace competitiva esta química: mover un ion de masa 7 cuesta mucho menos que mover uno de sodio, de masa 23.
¿De dónde se extrae?
De dos yacimientos de naturaleza completamente distinta, con economías opuestas.
Las salmueras del altiplano andino —el salar de Atacama en Chile, el del Hombre Muerto en Argentina, el de Uyuni en Bolivia— contienen litio disuelto en aguas subterráneas saladas. Se bombea a balsas someras y el sol evapora el agua durante doce a dieciocho meses hasta concentrar la salmuera. Después se precipita carbonato de litio.
El proceso apenas consume energía, pero es lento y depende del clima. También consume agua en una de las regiones más áridas del planeta, lo que ha generado conflictos con las comunidades locales y con la minería del cobre.
La otra fuente es la espodumena, un silicato de litio y aluminio que se extrae en minas convencionales, sobre todo en Australia Occidental. La roca se tuesta a 1 100 °C para cambiar su estructura cristalina y luego se lixivia con ácido sulfúrico. Es rápido y caro en energía.
Australia produce hoy más litio que ningún otro país, aunque las mayores reservas identificadas están en las salmueras sudamericanas.
¿Por qué se usa el litio en psiquiatría?
Se descubrió por accidente y sigue sin explicarse del todo.
En 1949 el psiquiatra australiano John Cade inyectaba orina de pacientes maníacos a cobayas para buscar una toxina. Usó urato de litio por su solubilidad, y observó que los animales se calmaban. Atribuyó el efecto al litio y lo probó en pacientes con resultados notables.
Las sales de litio siguen siendo un tratamiento de referencia en el trastorno bipolar, y hay indicios de que reducen el riesgo de suicidio más que otros estabilizadores. El mecanismo no está establecido: se han propuesto efectos sobre la enzima GSK-3β y sobre la señalización del inositol, sin conclusión firme.
El margen terapéutico es estrecho. La concentración útil en sangre ronda los 0,6-1,2 mmol/L, y por encima de 1,5 aparece toxicidad. Por eso los pacientes en tratamiento se someten a análisis periódicos, algo poco frecuente en psiquiatría.