Wat is lithium?

Het lichtste bekende metaal kan ook uw humeur verlichten. Lithium, atoomnummer 3, is een element met veel toepassingen. Het wordt gebruikt bij de fabricage van vliegtuigen en in bepaalde batterijen. Het wordt ook gebruikt in de geestelijke gezondheidszorg: lithiumcarbonaat is een veel voorkomende behandeling van een bipolaire stoornis en helpt bij het stabiliseren van wilde stemmingswisselingen veroorzaakt door de ziekte. 

Lithium heeft een flitsend ontdekkingsverhaal - letterlijk. Een Braziliaanse natuuronderzoeker en staatsman, Jozé Bonifácio de Andralda e Silva, ontdekte het mineraal bloemblaadje (LiAISi4O10) op het Zweedse eiland Utö in de jaren 1790, volgens de Royal Society of Chemistry (RSC). Het mineraal is wit tot grijs, maar wanneer het in het vuur wordt geworpen, flakkert het helderrood. 

In 1817 ontdekte de Zweedse chemicus Johan August Arfwedson dat bloembladiet een voorheen onbekend element bevatte. Hij kon het metaal niet volledig isoleren, maar hij isoleerde wel een van de zouten ervan. De naam, lithium, komt van "lithos", het Griekse woord voor "steen". 

Het duurde tot 1855 voordat iemand lithium isoleerde: de Britse chemicus Augustus Matthiessen en de Duitse chemicus Robert Bunsen lieten een stroom door lithiumchloride lopen om het element te scheiden. 

Fysieke eigenschappen

Volgens het Jefferson National Linear Accelerator Laboratory zijn de eigenschappen van lithium:

• Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 3
• Atoomsymbool (op het periodiek systeem der elementen): Li
• Atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 6.941
• Dichtheid: 0,534 gram per kubieke centimeter
• Fase bij kamertemperatuur: vast
• Smeltpunt: 356,9 graden Fahrenheit (180,5 graden Celsius)
• Kookpunt: 2448 graden Fahrenheit (1342 graden Celsius)
• Aantal isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): 10; 2 stabiel
• De meest voorkomende isotopen: Li-7 (92,41 procent natuurlijke abundantie), Li-6 (7,59 procent natuurlijke abundantie)

De hersenen op lithium

Lithium is in veel opzichten een bijzonder metaal. Het is licht en zacht - zo zacht dat het kan worden gesneden met een keukenmes en zo laag in dichtheid dat het op water blijft drijven. Het is ook vast bij een breed temperatuurbereik, met een van de laagste smeltpunten van alle metalen en een hoog kookpunt. 

Net als zijn mede-alkalimetaal, natrium, reageert lithium in opzichtige vorm met water. De combinatie van Li en H2O vormt lithiumhydroxide en waterstof, dat meestal in een rode vlam uitbarst. 

Volgens het Jefferson Lab maakt lithium slechts 0,0007 procent uit van de aardkorst en wordt het alleen aangetroffen opgesloten in mineralen en zouten. Die zouten hebben de kracht om de hersenen te veranderen: volgens het National Institute of Mental Health waren lithiumzouten de eerste medicijnen die door de Food and Drug Administration werden goedgekeurd om manie en depressie te behandelen..

Tegenwoordig is lithiumcarbonaat de verbinding die het vaakst als farmaceutisch product wordt verkocht. Niemand weet precies hoe lithium werkt om de stemming te stabiliseren. Studies tonen meerdere effecten op het zenuwstelsel aan. Zo rapporteerden onderzoekers in 2008 in het tijdschrift Cell dat lithium de activiteit van een receptor voor de neurotransmitter dopamine onderbreekt. Het lijkt ook het hersenvolume te vergroten, volgens een studie uit 2011 in het tijdschrift Biological Psychiatry (hoewel dit onderzoek fel bestreden is).

In een onderzoek met wormen ontdekten biologen van MIT dat lithium een ​​sleuteleiwit in de hersenen van wormen remt, waardoor neuronen die verband houden met vermijdingsgedrag inactief blijven. In wezen stopten de wormen met het vermijden van schadelijke bacteriën zonder dat eiwit. De bevindingen, die bij mensen zouden moeten worden gerepliceerd, suggereren dat het element bepaalde neuronen in de hersenen tot zwijgen brengt en mogelijk een kalmerend effect heeft, rapporteerden de onderzoekers in 2016 in het tijdschrift Current Biology..

Lithium in de ruimte

Lithium, evenals de eerste en tweede lichtste chemische elementen (respectievelijk waterstof en helium), zijn volgens NASA de enige elementen die zijn ontstaan ​​bij de geboorte van het universum. Volgens de oerknaltheorie zou het universum echter drie keer zoveel lithium moeten bevatten als in de oudste sterren kan worden verklaard, een probleem dat het ontbrekende lithiumprobleem wordt genoemd. Deze 'ontbrekende lithium'-ontdekking werd voor het eerst gedaan in de jaren tachtig, zei Pasquale Serpico, een kosmoloog bij het Nationaal Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek (CNRS) en de Universiteit van Savoye Mont Blanc in Frankrijk. Het veroorzaakte een 'spanning', zei Serpico, tussen wat de Big Bang-gegevens en de waarnemingen van sterren onderzoekers vertelden over de overvloed aan lithium.. 

Astrofysici blijven onderzoek doen om dit "ontbrekende" lithium te vinden of om uit te leggen waarom het ontbreekt. In feite hebben onderzoekers onlangs een gigantische ster gevonden die 3.000 keer meer lithium bevat dan normale "reuzen", rapporteerden ze in augustus 2018 in het tijdschrift Nature Astronomy. Ze kwamen met twee mogelijke verklaringen: de reuzenster verzwolg zijn planeet en absorbeerde het lithium aan boord; het lithium kan zich ook in de ster hebben gevormd en het oppervlak hebben bereikt voordat de hitte van de diepe lagen het verdampte, volgens een verklaring over de bevinding.

Meer over lithium

• Lithium-ionbatterijen zijn de sleutel tot lichtgewicht, oplaadbare stroom voor laptops, telefoons en andere digitale apparaten. Volgens de U.S. Geological Survey hebben Argentinië en Chili hun lithiumproductie alleen al in 2014 met 15 procent verhoogd om aan de groeiende vraag te voldoen. Wereldwijd steeg de productie dat jaar met 6 procent. 
• Lithium en een andere batterijcomponent, kobalt, kunnen schaars worden naarmate de vraag toeneemt, zeiden Stefano Passerini en Daniel Buchholz, beide van het Helmholtz Instituut Ulm in Duitsland, in een verklaring waarin ze hun analyse van de toekomstige beschikbaarheid van die elementen beschrijven, gepubliceerd in 2018 in het tijdschrift Nature beoordelingen materialen. Bovendien zijn beide geconcentreerd in politiek minder stabiele landen, zo blijkt uit het onderzoek. Als zodanig drongen de onderzoekers aan op de ontwikkeling van nieuwe batterijtechnologieën op basis van andere, niet-giftige elementen.
• Volgens de USGS hebben de Verenigde Staten één lithiummijn in Nevada. Chili en Australië produceren het meeste lithium ter wereld.
• Natuurlijk voorkomend lithium in drinkwater correleert met lagere zelfmoordcijfers, volgens een onderzoek uit 2009 dat de rol van lithium in de hersenen benadrukt. Maar psychiaters zijn voorzichtig met het voorschrijven van lithium in hoge doses, vooral omdat het door de placenta kan gaan en onbekende effecten heeft op de zich ontwikkelende foetus..  
• Op een lichtere toon, het element maakt deel uit van feestelijke vuurwerkshows: een mix van lithium- en strontiumzouten, samen met enkele andere chemicaliën, zorgt voor de schitterende rode kleur van de show.

Aanvullende bronnen:

• Nationaal laboratorium Los Alamos: lithium
• Jefferson Lab: The Element Lithium
• U.S. National Library of Medicine: Lithium (medicatie)

Dit artikel is bijgewerkt op 23 oktober 2018 door hoofdredacteur Jeanna Bryner.