Por que é que a massa atómica do lítio é um intervalo?
A IUPAC publica para o lítio não um número mas uma gama: de 6,938 a 6,997 u. É o intervalo relativo mais largo de toda a tabela periódica, e a sua origem não é natural mas industrial.
O lítio natural tem dois isótopos estáveis: lítio 6, cerca de 7,6 %, e lítio 7, o restante. A diferença de massa entre ambos é grande em termos relativos, e uma variação pequena na proporção desloca notavelmente a média.
Durante os anos cinquenta e sessenta, os Estados Unidos e a União Soviética separaram lítio 6 à escala de milhares de toneladas. O lítio 6 bombardeado com neutrões produz trítio, e o trítio é o combustível das armas termonucleares. Interessa também à fusão controlada pela mesma razão.
O material sobrante dessa separação — lítio empobrecido em lítio 6 — não foi deitado fora. Foi vendido como reagente de laboratório e incorporou-se na cadeia de abastecimento química mundial. Um frasco de sal de lítio comprado hoje pode provir de mineral natural ou daquele resíduo, e a sua massa atómica difere no terceiro algarismo.
Por isso a IUPAC recomenda que quem precise de precisão meça os isótopos da sua própria amostra em vez de confiar numa tabela.
O que torna especial a configuração [He] 2s¹?
Um eletrão solitário na segunda camada, sobre um núcleo de hélio completo. É a estrutura do sódio e do potássio, mas com uma diferença de escala que muda tudo.
O lítio é o mais pequeno dos alcalinos, com um raio atómico de cerca de 152 pm. Esse eletrão 2s está mais perto do núcleo e pior blindado do que nos alcalinos maiores, pelo que é retido com mais força. A energia de ionização do lítio, 520 kJ/mol, é a mais alta do seu grupo.
Daí um paradoxo aparente. O lítio é o alcalino menos reativo face à água e, ainda assim, o redutor mais potente de todos em solução aquosa: o seu potencial de elétrodo padrão é de −3,04 V, o mais negativo da tabela.
A contradição resolve-se distinguindo velocidade de termodinâmica. A reatividade face à água é cinética e depende de o metal fundir e expor superfície; o lítio funde a 180 °C e não o consegue. O potencial de elétrodo é termodinâmico e inclui a energia de hidratação do ião, que no lítio é enorme precisamente por o ião ser minúsculo e concentrar muita carga.
Esse potencial explica por que as baterias de lítio oferecem mais tensão por célula do que qualquer alternativa.
Como funciona uma bateria de lítio?
Sem metal de lítio. A expressão «bateria de lítio» faz pensar num elétrodo metálico, e nas baterias recarregáveis não existe nenhum.
O que circula é o ião Li⁺, que viaja entre dois materiais capazes de o alojar na sua estrutura. Na descarga, os iões saem do ânodo de grafite, atravessam o eletrólito e inserem-se no cátodo, tipicamente um óxido de cobalto, níquel e manganês. Ao carregar, o processo inverte-se.
O fenómeno chama-se intercalação: os iões entram entre as camadas do material sem o partir. A grafite acolhe um lítio por cada seis carbonos, e as suas lamelas afastam-se apenas o suficiente para o admitir.
Usam-se iões e não metal por segurança. O lítio metálico depositado durante a carga tende a crescer em filamentos chamados dendrites, que podem atravessar o separador e curto-circuitar a célula. As baterias de lítio metálico existem, mas não são recarregáveis.
A leveza do elemento é o que torna esta química competitiva: mover um ião de massa 7 custa muito menos do que mover um de sódio, de massa 23.
De onde se extrai?
De dois jazigos de natureza completamente distinta, com economias opostas.
As salmouras do altiplano andino — o salar de Atacama no Chile, o do Hombre Muerto na Argentina, o de Uyuni na Bolívia — contêm lítio dissolvido em águas subterrâneas salgadas. Bombeia-se para tanques pouco fundos e o sol evapora a água durante doze a dezoito meses até concentrar a salmoura. Depois precipita-se carbonato de lítio.
O processo quase não consome energia, mas é lento e depende do clima. Consome também água numa das regiões mais áridas do planeta, o que tem gerado conflitos com as comunidades locais e com a mineração do cobre.
A outra fonte é a espodumena, um silicato de lítio e alumínio extraído em minas convencionais, sobretudo na Austrália Ocidental. A rocha é torrada a 1 100 °C para alterar a sua estrutura cristalina e depois lixiviada com ácido sulfúrico. É rápido e caro em energia.
A Austrália produz hoje mais lítio do que qualquer outro país, embora as maiores reservas identificadas estejam nas salmouras sul-americanas.
Por que se usa o lítio em psiquiatria?
Descobriu-se por acaso e continua sem explicação completa.
Em 1949 o psiquiatra australiano John Cade injetava urina de doentes maníacos em cobaias à procura de uma toxina. Usou urato de lítio pela sua solubilidade e observou que os animais acalmavam. Atribuiu o efeito ao lítio e testou-o em doentes com resultados notáveis.
Os sais de lítio continuam a ser um tratamento de referência na perturbação bipolar, e há indícios de que reduzem o risco de suicídio mais do que outros estabilizadores. O mecanismo não está estabelecido: foram propostos efeitos sobre a enzima GSK-3β e sobre a sinalização do inositol, sem conclusão firme.
A margem terapêutica é estreita. A concentração útil no sangue ronda os 0,6-1,2 mmol/L, e acima de 1,5 surge toxicidade. Por isso os doentes em tratamento fazem análises periódicas, algo pouco frequente em psiquiatria.