الليثيوم | الفلز الخفيف الذي شحن العالم - من معادن البغماتيت إلى ثورة البطاريات

حسين علي حياوي المؤذن
كاتب روائي باحث سياسي
(Hussein Ali Hayawi Al-mu’adhin)

الحوار المتمدن-العدد: 8732 - 2026 / 6 / 10 - 08:26
المحور: التربية والتعليم والبحث العلمي
    

يأتي الليثيوم، الذي يحمل الرمز Li والعدد الذري 3، كثالث أبسط العناصر في الجدول الدوري، وأخف الفلزات على الإطلاق، وأول الفلزات القلوية التي تبدأ بملء غلافها الإلكتروني الثاني بعد غلاف الهيليوم المغلق. يتميز الليثيوم بكونه فلزاً أبيض فضي اللون، طرياً لدرجة أنه يمكن قطعه بسكين المطبخ العادية، وهو أخف من جميع الفلزات الأخرى، إذ تبلغ كثافته 0.534 غراماً لكل سنتيمتر مكعب فقط، أي أنه يطفو على سطح الماء والزيت وحتى على بعض أنواع الوقود السائل، وهو أخف بنحو نصف كثافة الماء. كتلته الذرية تساوي 6.94 غراماً لكل مول، وهو بذلك أخف فلز قلوي، إذ يليه الصوديوم بكتلة 23 ثم البوتاسيوم 39 وهكذا. في الظروف القياسية، يكون الليثيوم فلزاً صلباً، لكن درجة انصهاره منخفضة نسبياً وتصل إلى 180.5 درجة مئوية، بينما يغلي عند 1342 درجة مئوية. هذا الفلز النشط لا يوجد في الطبيعة بشكله الحر أبداً، لأنه سريع الأكسدة والتفاعل، بل يتواجد دائماً في صورة مركبات كيميائية تنتشر في القشرة الأرضية والمياه المالحة وحتى في أجسام الكائنات الحية بكميات ضئيلة.

قصة اكتشاف الليثيوم مثيرة وتحمل في طياتها نموذجاً للتنافس العلمي في أوائل القرن التاسع عشر. في عام 1800، كان العالم البرازيلي خوسيه بونيفاسيو دي أندرادا إي سيلفا، الذي كان في رحلة جيولوجية إلى السويد، قد عثر على معدن جديد أبيض اللون في منجم على جزيرة أوتو، ولم يستطع تصنيفه، فأرسل عينات منه إلى متحف ستوكهولم. بعد سبعة عشر عاماً، في عام 1817، كان الكيميائي السويدي يوهان أوغست أرفيدسون، وهو تلميذ لبيرسيليوس العظيم، يحلل معدن البتاليت (LiAlSi₄O₁₀) الذي عثر عليه في نفس الجزيرة. أثناء تحليله، لاحظ أرفيدسون أن مجموع نسب الأكاسيد المعروفة في المعدن لا يصل إلى مئة بالمئة، بل كان هناك نقص مستمر. أدرك أرفيدسون أن هذا النقص لا يمكن تفسيره إلا بوجود عنصر جديد غير معروف، فأجرى سلسلة من التفاعلات لاستبعاد الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والمغنيسيوم، وتوصل إلى استنتاج مفاده أن المعدن يحتوي على "قلوي جديد" يشبه في سلوكه الصوديوم والبوتاسيوم لكنه مختلف عنهما بوزنه الجزيئي وخواص أملاحه. أطلق أرفيدسون على هذا العنصر الجديد اسم "ليثيوم" من الكلمة اليونانية "ليثوس" التي تعني حجر، لأنه اكتشف في معدن صخري، على عكس الصوديوم والبوتاسيوم اللذين اكتشفا في مواد نباتية. لكن أرفيدسون لم يتمكن من عزل الفلز نفسه، إذ أن الليثيوم أكثر صعوبة في الاختزال من الفلزات القلوية الأخرى. كانت مهمة العزل من نصيب كل من السير همفري ديفي في إنجلترا، الذي استخدم التحليل الكهربائي لمركبات الليثيوم عام 1818، لكنه حصل على كميات صغيرة وغير نقية، والعالم السويدي يوهان أوغست وليام براندت الذي نجح في عزله بشكل أنقى قليلاً. في النهاية، يعود الفضل إلى روبرت بنسن وأوغست ماتيسن في عام 1855، اللذين استخدما التحليل الكهربائي لكلوريد الليثيوم المنصهر لإنتاج كميات تجريبية من الفلز النقي، وبذلك دخل الليثيوم إلى مختبرات الكيمياء كعنصر مستقل.

من حيث الوفرة الطبيعية، الليثيوم ليس نادراً كما قد يتصور البعض، بل هو العنصر الخامس والعشرون من حيث الوفرة في القشرة الأرضية، حيث يبلغ تركيزه حوالي 20 جزءاً في المليون وزناً، أي أنه أكثر وفرة من الرصاص والقصدير والفضة والذهب. مع ذلك، لا يتواجد الليثيوم في الطبيعة بتركيزات عالية في مكان واحد، بل هو منتشر بشكل متفرق. المصادر الرئيسية لليثيوم هي نوعان: معادن البغماتيت والصخور، والمياه المالحة الجوفية والسطحية. المعادن الحاملة لليثيوم وأهمها هو سبودومين (LiAlSi₂O₆)، وهو معدن سيليكاتي لونه يتراوح بين الرمادي والأخضر والوردي، يحتوي على حوالي 3.7 إلى 4.5 بالمئة من أكسيد الليثيوم. توجد رواسب السبودومين في صخور البغماتيت التي تشكلت في العصور الجيولوجية القديمة، وأكبر هذه الرواسب توجد في أستراليا الغربية (منطقة غرينبوش) حيث تنتج أستراليا وحدها حوالي نصف الإنتاج العالمي من الليثيوم من هذا المصدر. معادن أخرى أقل شيوعاً تشمل الليبيدوليت (Li₂Al₄Si₆O₁₈(F,OH)₄) وهو معدن فلسبار وردي إلى أرجواني يحتوي على نسبة أقل من الليثيوم، والبتاليت الذي اكتشف فيه الليثيوم أول مرة، والأمبليجونيت (LiAlPO₄F). المصدر الثاني والمنافس القوي للمعادن هو محاليل المياه المالحة الجوفية، خاصة في الهضاب العالية في صحراء أتاكاما في تشيلي، وصحراء سالار دي أتاكاما تحديداً، حيث توجد بحيرات ملحية جافة تحتوي على تركيزات عالية من أملاح الليثيوم والبوتاسيوم والبورون في المياه تحت السطحية. تشيلي هي ثاني أكبر منتج لليثيوم في العالم، وتستخرج الليثيوم بتكلفة أقل بكثير من التعدين الصخري، لأن العملية ببساطة تضخ المياه المالحة إلى أحواض تبخير شمسية ضخمة، وتترك الشمس والرياح لمدة سنة أو سنتين لتبخر الماء وتركز الأملاح، ثم يتم فصل أملاح الليثيوم كيميائياً. الأرجنتين أيضاً لديها موارد هائلة في سالار دي أولاروز وسالار دي هومبرتو مويرتو، وبوليفيا تمتلك أكبر احتياطي في العالم في سالار دي أويوني، رغم أن إنتاجه لا يزال محدوداً بسبب التحديات التقنية والسياسية. الصين هي ثالث منتج كبير، وتستخرج الليثيوم من مزيج من المعادن في مناجمها والمياه المالحة في هضبة التبت. تتوقع هيئات المسح الجيولوجي أن الاحتياطيات العالمية المؤكدة من الليثيوم تكفي لنحو 200 إلى 300 سنة بمعدلات الاستهلاك الحالية، لكن هذا الرقم قد يتغير بشكل جذري إذا تسارع الطلب على بطاريات السيارات الكهربائية وتخزين الطاقة المتجددة كما هو متوقع.

بالانتقال إلى الخواص الفيزيائية والذرية، نجد أن الليثيوم يثير الدهشة في عدة جوانب. ترتيبه الإلكتروني هو 1s² 2s¹، أي أن لديه إلكترون تكافؤ وحيد في الغلاف الثاني بعد غلاف الهيليوم المغلق. هذا الإلكترون الوحيد مرتبط بشكل ضعيف نسبياً بالنواة، مما يفسر نشاط الليثيوم الكيميائي العالي، لكنه في نفس الوقت أقل نشاطاً من الصوديوم والبوتاسيوم. نصف القطر الذري لليثيوم هو 152 بيكومتر، وهو صغير نسبياً بالنسبة لفلز قلوي، وهذا الصغر في الحجم يمنح الليثيوم خواصاً غير عادية تجعله أقرب في بعض سلوكياته إلى الفلزات القلوية الترابية مثل المغنيسيوم. طاقة التأين الأولى لليثيوم هي 520.2 كيلوجول لكل مول، وهي أقل بكثير من طاقة تأين الهيدروجين (1312) والهيليوم (2372)، ولكنها أعلى من طاقة تأين الصوديوم (495.8)، وهذه هي أول حالة في الجدول الدوري تنخفض فيها طاقة التأين كلما نزلنا في المجموعة. الميل الإلكتروني لليثيوم ضعيف جداً (59.6 كيلوجول لكل مول)، والسالبية الكهربية على مقياس بولنغ تبلغ 0.98، وهي أقل من الهيدروجين (2.20) وأعلى قليلاً من الصوديوم (0.93). ما يميز الليثيوم فيزيائياً هو موصليته الحرارية والكهربائية العالية، فهو من أفضل الموصلات بين الفلزات، ويستخدم في بعض التطبيقات الخاصة كموصل حراري في مبادلات حرارية صغيرة. معامل تمدده الحراري مرتفع نسبياً، وعند تسخينه في الهواء، يتحول لون سطحه من الأبيض الفضي إلى الأصفر ثم إلى الأسود قبل أن يشتعل عند درجة حرارة حوالي 200 درجة مئوية.

في حالته الصلبة، يتبلور الليثيوم في النظام البلوري المكعب مركزي الجسم، مثل بقية الفلزات القلوية، لكنه يتميز بكونه أكثر صلابة وكثافة من البوتاسيوم والصوديوم نسبياً. مفاجأة أخرى: الليثيوم عند درجات حرارة منخفضة جداً (أقل من 4.2 كلفن) يصبح فائق الناقلية، أي أنه يوصل الكهرباء بدون أي مقاومة، على الرغم من أنه فلز قلوي عادي لا يتوقع له هذا السلوك، وقد لاحظ الفيزيائيون هذه الظاهرة لأول مرة في عام 1960. درجة حرارة انتقاله إلى فائقة الناقلية هي 0.0004 كلفن فقط، أي بالقرب من الصفر المطلق، لكن اكتشاف هذا السلوك أثار موجة من الأبحاث حول الموصلات الفائقة في الفلزات البسيطة.

الخواص الكيميائية لليثيوم تجعله أحد أكثر العناصر تفاعلية، لكنه أقل عناصر المجموعة القلوية تفاعلاً، وهذا يتناقض مع المنطق الخطي الذي يقول إن أكبر الذرات حجماً (السيزيوم) هو الأكثر نشاطاً. الليثيوم يتفاعل ببطء مع الأكسجين الجوي في درجة حرارة الغرفة ليتشكل على سطحه طبقة من أكسيد الليثيوم Li₂O وأيضاً نيتريد الليثيوم Li₃N، وهو مركب نادر لأن معظم الفلزات لا تشكل نيتريدات بسهولة. هذا التفاعل هو السبب في أن الليثيوم الطازج يفقد بريقه المعدني بسرعة ويتحول إلى اللون الرمادي الداكن. عند تسخينه في الهواء أو الأكسجين النقي، يشتعل الليثيوم بلهب أحمر قرمزي مميز، وهذا اللهب هو أساس اختبار اللهب للكشف عن الليثيوم في الكيمياء التحليلية النوعية، حيث يعطي لوناً أحمر غامقاً يختلف عن لون الصوديوم الأصفر والبوتاسيوم البنفسجي. مع الماء، يتفاعل الليثيوم بعنف لكنه أقل عنفاً من الصوديوم والبوتاسيوم. عند وضع قطعة صغيرة من الليثيوم على سطح الماء، تتصاعد فقاعات غاز الهيدروجين بسرعة، ويتحرك الليثيوم على سطح الماء مدفوعاً بالغاز المتصاعد، لكنه لا يشتعل تلقائياً كما يفعل الصوديوم، ولا ينفجر كما يفعل البوتاسيوم. التفاعل هو 2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂، وينتج هيدروكسيد الليثيوم القوي الذي يذوب في الماء. لاحظ أن هذا التفاعل أقل طرداً للحرارة من تفاعل الصوديوم، لأن طاقة الترطيب لأيون الليثيوم الصغير الحجم عالية جداً، مما يعوض جزئياً عن الطاقة اللازمة لتفكك الرابطة الفلزية.

يتفاعل الليثيوم مع الهالوجينات (الكلور والبروم واليود والفلور) بعنف لتشكيل هاليدات الليثيوم الأيونية. كلوريد الليثيوم LiCl هو ملح أبيض شديد الاسترطاب (يمتص الرطوبة من الجو)، ويستخدم في مختبرات الكيمياء كمجفف وفي عمليات التكثيف. مع الهيدروجين، عند تسخين الليثيوم إلى حوالي 600 درجة مئوية تحت ضغط مرتفع من غاز الهيدروجين، يتشكل هيدريد الليثيوم LiH، وهو مركب أيوني أبيض اللون، يحتوي على أيون الهيدريد H⁻ الذي يعتبر من أقوى العوامل المختزلة المعروفة، ويستخدم في المختبرات لاختزال مركبات العضوية الصعبة. يذوب الليثيوم في الأمونيا السائلة ليشكل محلولاً أزرق اللون، وهو تفاعل مميز للفلزات القلوية، وفيه يفقد الليثيوم إلكتروناً يتحد مع جزيئات الأمونيا لتشكيل إلكترونات مذابة مسؤولة عن اللون الأزرق.

أما بالنسبة للنظائر، فليثيوم الطبيعي يتكون من نظيرين مستقرين فقط. النظير الأكثر وفرة هو ليثيوم-7، الذي يشكل حوالي 92.41 بالمئة من الليثيوم الطبيعي، ونواته تتكون من ثلاثة بروتونات وأربعة نيوترونات. النظير الآخر هو ليثيوم-6، بنسبة 7.59 بالمئة، وله ثلاثة بروتونات وثلاثة نيوترونات. هذه النسبة ليست ثابتة في كل مكان، إذ توجد اختلافات طبيعية طفيفة بسبب العمليات الجيولوجية والبيولوجية التي تفرق بين النظيرين بفروق كتلتهما النسبية الكبيرة (نحو 17 بالمئة فرق). لليثيوم-6 استخدام نووي بالغ الأهمية: هو المادة الخام لإنتاج التريتيوم، نظير الهيدروجين المشع، عبر قصفه بالنيوترونات في المفاعلات النووية حسب التفاعل Li-6 + n → He-4 + T. التريتيوم الناتج يستخدم في القنابل الهيدروجينية وفي بعض أجهزة الإضاءة الذاتية وفي مختبرات الأبحاث. كذلك، ليثيوم-7 نفسه يستخدم في بعض المفاعلات النووية كمهدئ للنيوترونات وفي مبردات المفاعلات (مفاعلات الملح المنصهر)، لأنه يمتص النيوترونات بشكل ضئيل مقارنة بالليثيوم-6. أما النظائر المشعة الأخرى مثل ليثيوم-8 وليثيوم-9 وأعمارها قصيرة جداً (أقل من ثانية)، فلا تطبيقات عملية لها.

طرق تحضير الليثيوم النقي صناعياً تطورت كثيراً منذ أيام بنسن وماتيسن. الطريقة التجارية الأساسية اليوم هي التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الليثيوم LiCl الممزوج بكلوريد البوتاسيوم KCl لتخفيض درجة انصهار الخليط من 610 درجة مئوية لكلوريد الليثيوم النقي إلى حوالي 420 درجة مئوية. يُجرى التحليل الكهربائي في خلايا كبيرة من الفولاذ المقاوم للصدأ، حيث يتفكك كلوريد الليثيوم إلى ليثيوم فلزي عند المهبط (القطب السالب) وغاز كلور عند المصعد (القطب الموجب). الليثيوم الناتج، كونه أخف من المصهور، يرتفع إلى السطح ويُجمع في قوالب خاصة تحت غاز خامل لمنع احتراقه. تصل نقاوة الليثيوم المنتج بهذه الطريقة إلى 99.9 بالمئة، ويمكن تنقيته أكثر بالتقطير تحت تفريغ إلى 99.99 بالمئة. هناك طريقة بديلة جديدة نسبياً تعتمد على الاختزال الحراري لمعدن السبودومين، حيث يُسخن مع الكالسيوم أو الألومنيوم عند درجات حرارة عالية في فراغ، فيختزل الليثيوم ويتصاعد كبخار ثم يتكثف. هذه الطريقة تعطي ليثيوم عالي النقاوة لكنها أكثر تكلفة وتستخدم فقط للتطبيقات الحساسة مثل بطاريات القلب القابلة للزرع.

الدور البيولوجي لليثيوم هو من أغرب فصول علم الأدوية الحديث. الليثيوم ليس عنصراً أساسياً لأي شكل من أشكال الحياة المعروفة، ولا يحتاجه الإنسان ولا الحيوان ولا النبات للنمو أو التكاثر. لكن في عام 1949، اكتشف الطبيب الأسترالي جون كيد أن حقن جرعات من أملاح الليثيوم في خنازير غينيا جعلتها هادئة وخاملة بشكل ملحوظ، واقترح أن الليثيوم قد يكون له تأثير مهدئ على البشر. بعد تجارب سريرية في أوائل الخمسينيات، تبين أن كربونات الليثيوم Li₂CO₃ فعالة بشكل مذهل في علاج الهوس الحاد والوقاية من نوبات الاضطراب ثنائي القطب (الذي كان يعرف سابقاً بالاكتئاب الهوسي). آلية عمل الليثيوم في الدماغ معقدة وغير مفهومة تماماً حتى اليوم، لكنها تشمل تثبيط إنزيم إينوزيتول مونوفوسفاتاز الذي يعطل نظام نقل الإشارات عبر الفوسفاتيديل إينوزيتول، وتثبيط إنزيم غليكوجين سينثاز كيناز-3 بيتا، وتعديل التعبير الجيني للعديد من البروتينات العصبية، وزيادة مستويات العامل العصبي التغذوي المستمد من الدماغ. المهم أن الليثيوم، رغم كونه عنصراً بسيطاً، أصبح حجر الزاوية في علاج أحد أصعب الاضطرابات النفسية وأكثرها تدميراً. في الوقت نفسه، الليثيوم سام إذا زاد تركيزه في الدم عن نطاق ضيق جداً بين 0.6 و 1.2 ميلي مكافئ لكل لتر، وقد تسبب الجرعات الزائدة في تلف الكلى والغدة الدرقية والغثيان والرعاش وحتى الغيبوبة والموت. لذلك، يجب مراقبة مستويات الليثيوم في دم المرضى باستمرار، والعلاج به يتطلب توازناً دقيقاً بين الفعالية والسمية.

لكن التطبيق الأهم والأضخم لليثيوم في العصر الحديث هو بالطبع في صناعة البطاريات القابلة لإعادة الشحن، وتحديداً بطاريات الليثيوم-أيون التي غيرت وجه العالم. بطارية الليثيوم-أيون النموذجية تتكون من مهبط (قطب موجب) مصنوع من أكسيد فلز الليثيوم مثل أكسيد الكوبالت والليثيوم LiCoO₂، ومصعد (قطب سالب) مصنوع عادة من الغرافيت (الكربون) الذي يمكنه إدخال أيونات الليثيوم بين طبقاته، وإلكتروليت يحتوي على ملح ليثيوم (مثل سداسي فلورو فوسفات الليثيوم LiPF₆) مذاب في مذيبات عضوية. أثناء التفريغ، تتأين ذرات الليثيوم في المصعد وتنتقل عبر الإلكتروليت إلى المهبط، بينما تتدفق الإلكترونات في الدائرة الخارجية مشكلة تياراً كهربائياً. أثناء الشحن، تسير العملية بالعكس. تعمل هذه البطاريات بجهد كهربائي عالٍ نسبياً (3.7 فولت، مقارنة بـ1.2 فولت لبطاريات النيكل-كادميوم أو النيكل-هيدريد فلز)، وكثافة طاقة عالية جداً (تصل إلى 250 واط ساعة لكل كيلوغرام)، ولا تعاني من تأثير الذاكرة، مما جعلها الخيار المثالي للإلكترونيات المحمولة. كل هاتف ذكي، حاسوب محمول، جهاز لوحي، ساعة ذكية، سماعة لاسلكية، وأداة كهربائية لاسلكية في العالم اليوم تعمل ببطارية ليثيوم-أيون. لكن الثورة الحقيقية بدأت مع السيارات الكهربائية. شركة تسلا، التي كانت الأولى في تسويق سيارات كهربائية بمدى مقبول (أكثر من 400 كيلومتر في الشحنة)، تعتمد بالكامل على آلاف من خلايا الليثيوم-أيون الصغيرة المرتبة في حزمة بطارية كبيرة تحت أرضية السيارة. في عام 2023، تجاوزت مبيعات السيارات الكهربائية 10 ملايين سيارة سنوياً، معظمها تعمل ببطاريات ليثيوم-أيون، وهذا الرقم سيرتفع إلى 50 مليوناً بحلول 2030 وفق التوقعات المتفائلة. هذا الطلب الهائل دفع أسعار الليثيوم إلى الارتفاع الجنوني بين عامي 2020 و 2023، حيث قفز سعر طن كربونات الليثيوم من 8000 دولار إلى أكثر من 80,000 دولار، مما أشعل حمى تنقيب واستثمار في جميع أنحاء العالم.

لكن بطاريات الليثيوم-أيون ليست خالية من المشاكل. العيب الأبرز هو خطر الانفلات الحراري، أي أن البطارية إذا سخنت بشكل مفرط أو تعرضت لتماس داخلي أو ثقب، قد ترتفع حرارتها فجأة إلى مئات الدرجات وتشتعل أو تنفجر. هذا السبب أدى إلى حوادث اشتعال في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف والسيارات الكهربائية والطائرات، ودفع شركات الطيران إلى فرض قيود صارمة على نقل البطاريات الكبيرة في الأمتعة. أيضاً، عمر هذه البطاريات محدود (عادة 500 إلى 1000 دورة شحن)، ومع مرور الوقت تفقد قدرتها تدريجياً. كما أن إعادة تدوير الليثيوم من البطاريات المستهلكة ما زالت في مراحلها الأولى ومكلفة، مما يثير مخاوف بيئية حول جبال النفايات الإلكترونية. الباحثون يعملون على عدة أجيال قادمة من بطاريات الليثيوم: بطاريات الليثيوم-حديد-فوسفات LFP الأكثر أماناً وأقل تكلفة وأطول عمراً، وإن كانت ذات كثافة طاقة أقل قليلاً؛ بطاريات الليثيوم-كبريت التي تعد بكثافة طاقة تصل إلى 500 واط ساعة لكل كيلوغرام؛ وبطاريات الليثيوم-هواء التي تستخدم الأكسجين الجوي كمادة فعالة في المهبط، وقد تصل كثافتها الطاقية إلى أرقام مماثلة للبنزين، لكنها لا تزال في مرحلة البحث الأساسي.

بخلاف البطاريات، لليثيوم تطبيقات صناعية عديدة ومهمة. في صناعة الزجاج والسيراميك، تضاف كميات صغيرة من مركبات الليثيوم (مثل كربونات الليثيوم أو الألومينوسيليكات الليثيوم) إلى الزجاج لتخفيض درجة انصهار الخليط وزيادة متانة الزجاج وتحسين خواصه الحرارية. الزجاج الخزفي Ceran المستخدم في أفران الطهي المسطحة يحتوي على الليثيوم لتحمله درجات الحرارة المرتفعة بدون تشقق. كما تستخدم أملاح الليثيوم في إنتاج الشحوم الصناعية عالية الأداء، حيث يتحد هيدروكسيد الليثيوم مع الأحماض الدهنية لتشكيل صابون الليثيوم الذي يستخدم كمادة مثخنة للزيوت المعدنية، وتكون الشحوم الناتجة مستقرة حرارياً، مقاومة للماء، ولها نطاق تشغيل واسع من -40 إلى 200 درجة مئوية، وهي الشحوم الأكثر شيوعاً في محامل السيارات والآلات الصناعية الثقيلة. في صناعة الألومنيوم، يضاف فلوريد الليثيوم إلى خلايا التحليل الكهربائي لإنتاج الألومنيوم، حيث يحسن من ناقلية الإلكتروليت ويخفض درجة انصهاره ويقلل من استهلاك الطاقة. في صناعة المطاط والبلاستيك، تستخدم مركبات الليثيوم كبادئات للبلمرة، خاصة في إنتاج المطاط الصناعي والبولي بوتادايين عالي الكثافة. في الصواريخ النووية الحرارية (القنابل الهيدروجينية)، يستخدم ديوتيريد الليثيوم LiD كمصدر للديوتيريوم والتريتيوم في التفجير الحراري النووي، حيث تنقسم ذرة الليثيوم-6 تحت تأثير النيوترونات الحرة لتنتج التريتيوم الذي يندمج بعدها مع الديوتيريوم. الاستخدامات الطبية، إلى جانب علاج الاضطراب ثنائي القطب، تشمل أملاح الليثيوم في بعض معاجين الأسنان لتقليل حساسية الأسنان، وفي بعض الأدوية لعلاج حالات نادرة مثل الصداع العنقودي.

من ناحية كيمياء التنسيق وحالات الأكسدة، يظهر الليثيوم حالة أكسدة وحيدة هي +1، لأنه يفقد إلكترون التكافؤ الوحيد بسهولة ليكوّن أيون Li⁺. لكن أيون الليثيوم يتميز بنصف قطره الأيوني الصغير جداً (76 بيكومتر)، وهو أصغر بكثير من أيونات الفلزات القلوية الأخرى، وأقرب في الحجم إلى أيون المغنيسيوم Mg²⁺ (72 بيكومتر). هذا التشابه في الحجم والشحنة النوعية العالية هو أساس ما يعرف بـ "التشابه القطري" بين الليثيوم والمغنيسيوم في الجدول الدوري، حيث يتشابه الليثيوم في كثير من خواصه الكيميائية مع المغنيسيوم أكثر من تشابهه مع الصوديوم. فمثلاً، كلوريد الليثيوم يذوب في المذيبات العضوية مثل الإيثانول، بينما كلوريد الصوديوم لا يذوب، وكلوريد المغنيسيوم يذوب أيضاً. كربونات الليثيوم قليلة الذوبان في الماء، مثل كربونات المغنيسيوم، بينما كربونات الصوديوم والبوتاسيوم شديدة الذوبان. فوسفات الليثيوم غير قابل للذوبان في الماء، كما هو الحال مع فوسفات المغنيسيوم. نيتريد الليثيوم Li₃N مستقر وينتج بتسخين الليثيوم في النيتروجين، وهو أمر لا يحدث مع الصوديوم ولا البوتاسيوم، بينما يشكل المغنيسيوم نيتريد Mg₃N₂. هذه الخاصية جعلت الكيميائيين يطلقون على الليثيوم أحياناً اسم "أشباه الفلزات القلوية الترابية". في الكيمياء العضوية الفلزية، الليثيوم يشكل ما يعرف بمركبات الليثيوم العضوية، وأهمها بوتيل الليثيوم n-BuLi، وهو كاشف قوي يستخدم في المختبرات الصناعية لإدخال مجموعة البوتيل في الجزيئات العضوية ولبدء بلمرات الستايرين والبوتادايين والميثاكريلات. بوتيل الليثيوم هو مركب حساس جداً للهواء والرطوبة، ويشتعل تلقائياً في الهواء، لذلك يتعامل معه الكيميائيون تحت غازات خاملة باستخدام تقنيات خاصة. كاشف آخر مهم هو هيدريد ألومنيوم الليثيوم LiAlH₄، وهو عامل مختزل قوي جداً يستخدم لاختزال المركبات الكربونيلية (الألدهيدات والكيتونات والإسترات والأحماض) إلى الكحولات المقابلة، ويعتبر من الأدوات الأساسية في التخليق العضوي.

أما بالنسبة للتحديات والاتجاهات المستقبلية، فإن الليثيوم يقف عند مفترق طرق مصيري. الطلب على الليثيوم من قطاع البطاريات يتضاعف كل ثلاث إلى أربع سنوات تقريباً، ومع توقعات تحول أسطول السيارات العالمي إلى الكهرباء بالكامل بحلول 2040 أو 2050، ستكون الكميات المطلوبة من الليثيوم أكبر بعشرات المرات من إنتاج اليوم. هذا يطرح تساؤلات حول استدامة هذا النمو. هل هناك ما يكفي من الليثيوم في القشرة الأرضية؟ الإجابة القصيرة: نعم، الاحتياطيات الجيولوجية التقليدية كافية لمئات السنين، لكن الاحتياطيات الاقتصادية القابلة للتعدين بالأسعار الحالية أقل من ذلك، وسيحتاج العالم إلى اكتشاف واستغلال مصادر جديدة في أماكن أكثر صعوبة. هل يمكن إعادة تدوير الليثيوم من البطاريات المستعملة بكفاءة عالية؟ حالياً، عمليات إعادة التدوير التقليدية تسترجع الكوبالت والنيكل والمنغنيز والنحاس والألومنيوم من البطاريات، لكن الليثيوم غالباً ما يضيع في المخلفات لأنه أقل قيمة نسبياً من الكوبالت، لكن مع ارتفاع سعر الليثيوم، بدأت شركات مثل ريدوود ماتيريالز ولي-سايكل في تطوير عمليات ترشيح كيميائي يمكنها استرجاع أكثر من 90 بالمئة من الليثيوم. المتوقع أنه بحلول 2030، سيكون أكثر من 25 بالمئة من الليثيوم المستخدم في البطاريات الجديدة مستخرجاً من مواد معاد تدويرها. هل يمكن استبدال الليثيوم بفلز آخر في البطاريات؟ تحاول بعض الشركات تطوير بطاريات الصوديوم-أيون، لأن الصوديوم متوفر بكثرة ورخيص، لكن كثافة طاقة بطاريات الصوديوم حالياً أقل بنسبة 30 إلى 40 بالمئة من الليثيوم، مما يجعلها غير مناسبة للسيارات الكهربائية، لكنها قد تكون بديلاً جيداً لتخزين الطاقة الثابتة في الشبكات الكهربائية حيث الوزن والحجم ليسا عائقين كبيرين. بطاريات المغنيسيوم والزنك والألومنيوم قيد البحث لكنها لا تزال في مراحل مبكرة جداً.

الجانب البيئي لاستخراج الليثيوم مقلق أيضاً. تعدين السبودومين الصخري يتطلب حفر كميات هائلة من الصخور، وتكسيرها، وتسخينها إلى درجات حرارة عالية، مما يستهلك طاقة وينتج غباراً وضوضاء. استخراج الليثيوم من المحاليل الملحية في صحراء أتاكاما وشبه جزيرة قارة آسيا الوسطى يستهلك كميات هائلة من المياه الجوفية في مناطق هي أصلاً من أكثر المناطق جفافاً على وجه الأرض، حيث أن كل طن من كربونات الليثيوم المنتج يحتاج إلى تبخر حوالي 500 ألف لتر من الماء المالح، مما يؤدي إلى انخفاض منسوب المياه الجوفية وتأثير سلبي على النظام البيئي المحلي والنباتات والحيوانات المهددة. كما أن عمليات فصل الليثيوم تستخدم كميات كبيرة من الأحماض والمذيبات العضوية التي يجب التخلص منها بأمان. لذلك، تتجه الصناعة نحو تقنيات أكثر استدامة مثل الاستخلاص المباشر لليثيوم -dir-ect Lithium Extraction، وهي عمليات كيميائية أو غشائية تستخلص الليثيوم انتقائياً من الماء المالح دون تبخير كميات كبيرة من الماء، وتعيد حقن الماء المجفف من الليثيوم إلى الخزان الجوفي بعد معالجته. هذه التقنيات لا تزال باهظة الثمن لكنها قد تصبح إلزامية قريباً لتلبية المعايير البيئية.

ختاماً، الليثيوم هو عنصر العصر الحديث بامتياز. لم يخطر ببال الكيميائيين في القرن التاسع عشر أن هذا الفلز الطري الخفيف الذي يطفو على الماء سيكون يوماً ما العمود الفقري لثورة رقمية وطاقية تهز العالم. من هواتفنا الصغيرة في جيوبنا إلى سياراتنا الكهربائية التي تنقلنا بلا انبعاثات، ومن شحوم محاور الآلات الصناعية إلى أدوية تستقر عقول الملايين من مرضى ثنائي القطب، الليثيوم موجود في كل مكان حولنا. لكنه ليس عنصراً سحرياً بلا عيوب، فهو نادر وجمعته مكلفة واستخراجه له آثار بيئية وحلقات سلسلة توريده هشة مركزة في عدد قليل من الدول. مستقبل الليثيوم يعتمد على قدرتنا على الابتكار في ثلاث جبهات: استخراج أكثر استدامة وكفاءة، إعادة تدوير شبه كاملة لليثيوم من البطاريات المستعملة، وتطوير كيمياء بطاريات تحتاج إلى ليثيوم أقل أو تستخدم بدائل أكثر وفرة. إذا نجحنا في هذه المهام، فسيظل الليثيوم عنصراً محورياً في الحضارة الإنسانية لعقود قادمة، وسيخلد اسمه في تاريخ التكنولوجيا إلى جانب النحاس والحديد والسيليكون. وإذا فشلنا، فربما نجد أنفسنا نتنافس على آخر احتياطيات هذا الفلز الثمين كما نتنافس على النفط اليوم، مع كل ما يرافق ذلك من صراعات ومآس. الخيار بين هذين السيناريوين هو خيارنا كمجتمع عالمي، والليثيوم نفسه، بكل بساطته الكيميائية وتفرده الفيزيائي، سيكون شاهداً على حكمتنا أو حماقتنا.

#حسين_علي_حياوي_المؤذن (هاشتاغ)       Hussein_Ali_Hayawi_Al-mu’adhin#          

---

ترجم الموضوع إلى لغات أخرى - Translate the topic into other languages

---

الحوار المتمدن مشروع تطوعي مستقل يسعى لنشر قيم الحرية، العدالة الاجتماعية، والمساواة في العالم العربي. ولضمان استمراره واستقلاليته، يعتمد بشكل كامل على دعمكم. ساهم/ي معنا! بدعمكم بمبلغ 10 دولارات سنويًا أو أكثر حسب إمكانياتكم، تساهمون في استمرار هذا المنبر الحر والمستقل، ليبقى صوتًا قويًا للفكر اليساري والتقدمي، انقر هنا للاطلاع على معلومات التحويل والمشاركة في دعم هذا المشروع.
 

اشترك في قناة ‫«الحوار المتمدن» على اليوتيوب
في رحيل شاكر الناصري، أحد مؤسسي الحوار المتمدن	حوار مع الكاتبة انتصار الميالي حول تعديل قانون الاحوال الشخصية العراقي والضرر على حياة المراة والطفل، اجرت الحوار: بيان بدل

كيف تدعم-ين الحوار المتمدن واليسار والعلمانية على الانترنت؟

تابعونا على:

الفيسبوك

التويتر

اليوتيوب

RSS

الانستغرام

لينكدإن

تيلكرام

بنترست

تمبلر

بلوكر

فليبورد

الموبايل