Mengapa massa atom litium berupa rentang?
IUPAC menerbitkan untuk litium bukan sebuah angka melainkan kisaran: dari 6,938 sampai 6,997 u. Itulah rentang relatif terlebar dalam seluruh tabel periodik, dan asalnya bukan alami melainkan industri.
Litium alami memiliki dua isotop stabil: litium 6, sekitar 7,6 %, dan litium 7, sisanya. Selisih massa antara keduanya besar secara relatif, dan perubahan kecil dalam perbandingannya menggeser rata-ratanya secara nyata.
Selama tahun lima puluhan dan enam puluhan, Amerika Serikat dan Uni Soviet memisahkan litium 6 dalam skala ribuan ton. Litium 6 yang ditembaki neutron menghasilkan tritium, dan tritium adalah bahan bakar senjata termonuklir. Ia juga menarik bagi fusi terkendali karena alasan yang sama.
Bahan sisa pemisahan itu — litium yang miskin litium 6 — tidak dibuang. Ia dijual sebagai pereaksi laboratorium dan masuk ke rantai pasok kimia dunia. Botol garam litium yang dibeli hari ini bisa berasal dari mineral alami atau dari sisa tersebut, dan massa atomnya berbeda pada angka ketiga.
Karena itu IUPAC menganjurkan agar siapa pun yang memerlukan ketelitian mengukur isotop sampelnya sendiri alih-alih memercayai tabel.
Apa istimewanya konfigurasi [He] 2s¹?
Satu elektron tunggal di kulit kedua, di atas inti helium yang lengkap. Itu struktur natrium dan kalium, tetapi dengan perbedaan skala yang mengubah segalanya.
Litium adalah yang terkecil di antara logam alkali, dengan jari-jari atom sekitar 152 pm. Elektron 2s itu lebih dekat ke inti dan kurang terlindungi dibanding pada logam alkali yang lebih besar, sehingga ia ditahan lebih kuat. Energi ionisasi litium, 520 kJ/mol, adalah yang tertinggi dalam golongannya.
Dari sini muncul paradoks yang tampak. Litium adalah logam alkali yang paling tidak reaktif terhadap air dan, meski demikian, reduktor terkuat dari semuanya dalam larutan berair: potensial elektrode standarnya −3,04 V, yang paling negatif dalam tabel.
Pertentangan itu terurai dengan membedakan laju dan termodinamika. Reaktivitas terhadap air bersifat kinetik dan bergantung pada apakah logam melebur dan memaparkan permukaan; litium melebur pada 180 °C dan tidak sampai ke sana. Potensial elektrode bersifat termodinamika dan mencakup energi hidrasi ionnya, yang pada litium sangat besar justru karena ionnya mungil dan memusatkan banyak muatan.
Potensial itu menjelaskan mengapa baterai litium memberi tegangan per sel lebih tinggi daripada alternatif mana pun.
Bagaimana baterai litium bekerja?
Tanpa logam litium. Ungkapan «baterai litium» membuat orang membayangkan elektrode logam, dan dalam baterai isi ulang tidak ada.
Yang bergerak adalah ion Li⁺, yang berjalan antara dua bahan yang mampu menampungnya dalam strukturnya. Saat pengosongan, ion keluar dari anode grafit, melintasi elektrolit, dan menyisip ke katode, lazimnya oksida kobalt, nikel, dan mangan. Saat pengisian, prosesnya berbalik.
Gejalanya disebut interkalasi: ion masuk di antara lapisan bahan tanpa merusaknya. Grafit menampung satu litium untuk setiap enam karbon, dan lapisannya merenggang secukupnya untuk menerimanya.
Ion dipakai dan bukan logam demi keselamatan. Litium logam yang mengendap saat pengisian cenderung tumbuh menjadi serabut yang disebut dendrit, yang dapat menembus pemisah dan mengorsletkan sel. Baterai litium logam ada, tetapi tidak dapat diisi ulang.
Keringanan unsur itulah yang membuat kimia ini bersaing: memindahkan ion bermassa 7 jauh lebih murah daripada memindahkan ion natrium bermassa 23.
Dari mana ia ditambang?
Dari dua endapan yang sifatnya sama sekali berbeda, dengan ekonomi yang berlawanan.
Air garam dataran tinggi Andes — salar Atacama di Cile, Hombre Muerto di Argentina, Uyuni di Bolivia — mengandung litium terlarut dalam air tanah asin. Ia dipompa ke kolam dangkal dan matahari menguapkan airnya selama dua belas sampai delapan belas bulan sampai air garamnya pekat. Setelah itu litium karbonat diendapkan.
Prosesnya hampir tidak memakai energi, tetapi lambat dan bergantung pada iklim. Ia juga memakai air di salah satu kawasan paling gersang di planet ini, yang telah menimbulkan konflik dengan masyarakat setempat dan dengan pertambangan tembaga.
Sumber lainnya adalah spodumen, silikat litium dan aluminium yang ditambang secara konvensional, terutama di Australia Barat. Batuannya dipanggang pada 1 100 °C untuk mengubah struktur kristalnya lalu dilindi dengan asam sulfat. Cepat dan boros energi.
Australia hari ini memproduksi lebih banyak litium daripada negara mana pun, meski cadangan terbesar yang teridentifikasi ada pada air garam Amerika Selatan.
Mengapa litium dipakai dalam psikiatri?
Ia ditemukan secara kebetulan dan masih belum sepenuhnya terjelaskan.
Pada 1949 psikiater Australia John Cade menyuntikkan urine pasien manik ke marmot untuk mencari racun. Ia memakai litium urat karena kelarutannya, dan melihat hewan itu menjadi tenang. Ia mengaitkan efek itu dengan litium dan mengujinya pada pasien dengan hasil mencolok.
Garam litium tetap menjadi pengobatan rujukan pada gangguan bipolar, dan ada petunjuk bahwa ia menurunkan risiko bunuh diri lebih baik daripada penstabil lain. Mekanismenya belum mapan: diusulkan pengaruh terhadap enzim GSK-3β dan terhadap pensinyalan inositol, tanpa kesimpulan tegas.
Batas terapeutiknya sempit. Kadar berguna dalam darah sekitar 0,6-1,2 mmol/L, dan di atas 1,5 muncul keracunan. Karena itu pasien dalam pengobatan menjalani pemeriksaan berkala, sesuatu yang jarang dalam psikiatri.