Litowce (Metale alkaliczne), cz. 1 - Lit i sód.

*Litowce (metale alkaliczne, potasowce) - jest to grupa pierwiastków 1 (daw. IA lub I głównej) grupy układu okresowego (bez wodoru) o silnych własnościach metalicznych, tworzących z wodą silnie zasadowe (alkaliczne) wodorotlenki. Do metali alkalicznych zalicza się lit, sód, potas, rubid, cez i frans.

Właściwości fizyczne: Litowce to ciała stałe o najmniejszej spośród pierwiastków gęstości, z których lit, sód i potas mają mniejszą gęstość od wody. Wraz ze wzrostem liczby atomowej wzrasta ich gęstość i promień atomowy. Maleje zaś twardość, temperatura wrzenia i topnienia oraz potencjał jonizacyjny. Związki litowców barwią płomienie na charakterystyczne dla każdego metalu kolory: lit - na czerwono, sód - na żółto, zaś potas na kolor różowo-fioletowy. 

Źródło: 4.bp.blogspot.com - Płomienie barwione przez związki litowców.

1) Związki litu barwią płomienie na kolor czerwony. 

2) Związki sodu barwią płomienie na kolor żółty. 

3) Związki potasu barwią płomienie na kolor różowo-fioletowy. 

Właściwości chemiczne: Własności metaliczne litowców, ich zasadowość oraz ogólna reaktywność z wodą i powietrzem wzrastają ze wzrostem ich liczby atomowej (w dół układu okresowego), co związane jest z malejącą elektroujemnością. Wszystkie te metale, oprócz najmniej reaktywnego litu (reaguje spokojnie), reagują gwałtownie z wodą z wytworzeniem gazowego wodoru i wodorotlenku danego pierwiastka, według schematu:

2M + 2H₂O → 2MOH + H₂↑

(gdzie M - metal alkaliczny)

W przypadku potasu, rubidu i cezu powyższa reakcja przebiega zazwyczaj wybuchowo, natomiast sód wybucha jedynie w sprzyjających warunkach. Rubid i cez samorzutnie zapalają się w kontakcie z powietrzem. 

Przechowuje się je w nafcie lub w parafinie, ponieważ na powietrzu ulegają reakcji z zawartym w powietrzu tlenem bądź parą wodną. 

Cechy wspólne:

• metale
• jeden elektron na powłoce walencyjnej
• należą do bloku s
• wykazują dużą reaktywność wobec niemetali tworząc:

• tlenki, nadtlenki, ponadtlenki, np.

4Li + O₂ → 2Li₂O

• wodorotlenki, np.

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑

• sole, np.

2K + 2HCl → 2KCl + H₂↑

Inne pierwiastki alkaliczne: 

Pierwiastki, których wodorotlenki alkalizują środowisko występują też w innych grupach układu okresowego. Są to w szczególności wszystkie lantanowce, część metali ziem alkalicznych, a także niektóre metale przejściowe.

1) Lit (Li, z gr. λίθος lithos – skała) – jest to pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 3. W czystej postaci jest miękkim, srebrnobiałym metalem. Należy do grupy metali alkalicznych (litowców). W warunkach standardowych jest najlżejszym metalem i pierwiastkiem o najniższej gęstości w fazie stałej. Jak wszystkie pierwiastki grupy I, jest wysoce reaktywny i palny. W związku z tym najczęściej przechowuje się go w olejach mineralnych, ewentualnie w atmosferze gazów obojętnych (w przypadku litu chodzi o gazy szlachetne - najczęściej argon lub hel). Po przecięciu kawałka litu ma on metaliczny połysk, ale podczas kontaktu z wilgotnym powietrzem ulega korozji, zmieniając powierzchnię na srebrnoszarą, matową, a następnie, wraz z postępem korozji, na całkowicie czarną lub z licznymi czarnymi plamami. 

Ze względu na swoją reaktywność lit nie występuje w naturze w stanie wolnym, a jedynie w postaci związków, które zwykle mają budowę jonową. Lit występuje w wielu pegmatytach, ale ze względu na swoją dobrą rozpuszczalność kation litowy (Li+) obecny jest również w wodach mórz i oceanów, a najczęściej otrzymuje się go z solanek i glin. Przemysłowo lit uzyskuje się poprzez wydzielanie za pomocą elektrolizy z mieszaniny chlorku litu i chlorku potasu. 

*Gaz obojętny – gaz, który jest obojętny chemicznie i w warunkach danej reakcji chemicznej nie uczestniczy w jej przebiegu. Zwykle do gazów obojętnych zalicza się azot, dwutlenek węgla i gazy szlachetne. Wiele reakcji chemicznych wymaga przeprowadzania ich w atmosferze gazu obojętnego, ze względu na to, że tlen i para wodna zawarte w powietrzu mogą zakłócać jej przebieg, prowadząc do powstania niepożądanych produktów ubocznych.

*Reaktywność chemiczna - zdolność związków i pierwiastków chemicznych do wejścia w reakcję chemiczną z innym związkiem lub pierwiastkiem. O reaktywności chemicznej mówi się zwykle w kontekście ogólnej zdolności określonego związku chemicznego lub pierwiastka do reagowania z pewną grupą innych pierwiastków lub związków w określonych warunkach. Np. większa reaktywność sodu w stosunku do litu wyraża się w tym, że sód w temperaturze pokojowej znacznie szybciej i gwałtowniej reaguje z wodą i kwasami niż lit.

-------------

(...) Jądro litu jest na granicy stabilności, ponieważ oba stabilne izotopy występujące w przyrodzie mają jednej z najniższych energii wiązań jądra atomowego (w przeliczeniu na nukleon) ze wszystkich stabilnych jąder atomowych. 

Z wykresu wynika również, że największą energię wiązania na nukleon ma jądro atomu żelaza. Jest to przyczyną względnie dużej obfitości żelaza we Wszechświecie (więcej zobacz: częstość występowania pierwiastków we Wszechświecie)

(...) Ze względu na swoją względnie małą stabilność jądrową, lit jest pierwiastkiem występującym rzadziej w układzie słonecznym od 25 z pierwszych 32 pierwiastków układu okresowego, pomimo swojej małej masy atomowej, Z podobnych powodów lit jest ważnym pierwiastkiem w fizyce jądrowej. Przemiana jądrowa jąder litu w jądra helu dokonana w 1932 roku była pierwszą w pełni dokonaną przez człowieka reakcją jądrową a wodorek litu ⁷Li²H służy jako paliwo jądrowe w kontrolowanych syntezach termojądrowych.

(...) Lit i jego związki mają wiele różnorakich zastosowań przemysłowych, w tym w szkle i ceramice żaroodpornej, wytrzymałych stopach używanych w lotnictwie, ogniwach litowych i akumulatorach litowo-jonowych. Te trzy zastosowania zużywają ponad połowę światowej produkcji litu.

(...) Śladowe ilości litu są obecne we wszystkich organizmach. Pierwiastek ten nie ma wyraźnej biologicznej funkcji. Stąd zwierzęta oraz rośliny mogą żyć bez niego utrzymując mimo to dobry stan zdrowia fizycznego. Jednak pobocznych funkcji litu w organizmach nie wykluczono. Kation litu Li⁺ podawany w postaci jednej z wielu soli jest używany jako stabilizator nastroju w leczeniu choroby afektywnej dwubiegunowej, ze względu na efekt tego jonu na układ nerwowy człowieka.

*Porównanie promieni atomowych atomu litu (R) i atomu fluoru (r) oraz energii jonizacji owych indywiduów chemicznych - E(lit) i E(fluor). Widoczna jest zależność pomiędzy długością promienia atomowego, a energią jonizacji atomu. 

• Im większy promień atomowy atomu, tym mniejsza jest jego energia jonizacji.

Właściwości: 

- ATOMOWE I FIZYCZNE: Jak inne litowce, lit posiada pojedynczy elektron walencyjny, który łatwo jest oddzielany w celu utworzenia kationu (niska energia wiązanie elektronu). W wyniku tego metaliczny lit jest dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności, a także jest wysoce reaktywnym pierwiastkiem, chociaż najmniej reaktywnym spośród litowców. Niska względna reaktywność chemiczna litu w stosunku do pozostałych litowców wynika z małej odległości między jądrem atomu a elektronem walencyjnym (mały promień atomu) (pozostałe dwa elektrony atomu litu są na orbitalu 1s i posiadają znacznie niższą energię, przez co nie uczestniczą w tworzeniu wiązań chemicznych).

Lit metaliczny jest tak miękki, że można go ciąć nożem. Po przecięciu ma srebrzysto-biały kolor, który szybko szarzeje wskutek procesu utleniania na powierzchni (tworzą się tlenki, a w obecności wilgotnego powietrza także wodorotlenki i tlenowodorotlenki). Mimo że lit charakteryzuje się jedną z najniższych temperatur topnienia spośród metali (180 °C), ma najwyższą temperaturę topnienia i wrzenia ze wszystkich litowców.

Jest najlżejszym metalem w układzie okresowym. Jest jednym z trzech metali (pozostałe to sód i potas), które są tak lekkie, że unoszą się na powierzchni wody, a nawet nafty. Lit posiada bardzo małą gęstość (w przybliżeniu 0,534 g/cm³) co oznacza, że kołek wykonany z litu będzie miał podobną wagę jak kołek zrobiony ze średniej twardości drzewa, np. sosny. Lit unosi się na wodzie, lecz wchodzi także z nią w gwałtowną reakcję.

Źródło: Wikipedia. Lit zanurzony
w oleju. 

Lit jest najlżejszym pierwiastkiem (o najmniejszej gęstości), który w temperaturze pokojowej nie jest gazem. Drugim w kolejności jest potas, którego gęstość jest o 60% większa od gęstości litu (0,862 g/cm³). Ponadto oprócz helu i wodoru, jest najlżejszym pierwiastkiem w stałym albo ciekłym stanie skupienia, mając 2/3 gęstości ciekłego azotu (0,808 g/cm³).

Współczynnik rozszerzalności cieplnej litu jest dwa razy większy od aluminium i prawie cztery razy większy niż żelaza^[12]. Jego pojemność cieplna jest najwyższa ze wszystkich pierwiastków stałych. Przy normalnym ciśnieniu lit staje się nadprzewodnikiem w temperaturze poniżej 400 μK, przy wyższych temperaturach (powyżej 9 K) staje się nim dla ciśnienia rzędu 20 GPa lub wyższego. W temperaturach poniżej 70 K, lit, podobnie jak sód, ulega przemianie martenzytycznej. W temperaturze 4,2 K posiada romboedryczny układ krystalograficzny (z powtarzalnością co 9 warstw); w wyższych temperaturach układ ten zmienia się w układ regularnyściennie centrowany (fcc) a jeszcze wyższych w układ regularny przestrzennie centrowany (bcc). W temperaturze ciekłego helu (4 K) struktura romboedryczna występuje najczęściej. Pod wysokim ciśnieniem zaobserwowano wiele form alotropowych litu.

Charakterystyka: Lit łatwo reaguje z wodą, lecz zauważalnie mniej żywiołowo niż pozostałe litowce. W reakcji tej wydziela się wodór i tworzy się wodny roztwór wodorotlenku litu. Wodorotlenek litu jest słabszą zasadą niż wodorotlenek sodu. Z powodu łatwego zachodzenia reakcji z wodą (także z wilgocią z powietrza), lit jest zwykle przechowywany pod warstwą węglowodorów, najczęściej parafiny. Chociaż cięższe litowce mogą być przechowywane w gęstszych substancjach (np. w olejach mineralnych), lit nie jest wystarczająco gęsty, by się w nich w pełni zanurzyć. W wilgotnym powietrzu lit gwałtownie ciemnieje w wyniku pokrycia powierzchni czarnym wodorotlenkiem litu (LiOH i LiOH·H₂O), azotkiem litu (Li₃N) i węglanem litu(Li₂CO₃), który tworzy się w wyniku wtórnych reakcji LiOH i dwutlenku węgla (CO₂).

Reakcję analogiczną dla fluorowcoalkilu R-X i fluorowcoarylu Ar-X nazywa się reakcją Fittiga (lub Wurtza-Fittiga), od nazwiska niemieckiego chemika Rudolpha Fittiga.

Można w ten sposób łączyć różne grupy R- (alkilowe) oraz Ar-(aromatyczne).

Reakcję Wurtza można też wykorzystywać w innych celach np. do tworzenia wiązań krzem-krzem:

R₃SiCl + R'₃SiCl + Na(K) → R₃Si-SiR'₃ + Na(K)Cl

przy użyciu w tej reakcji dichlorosilanów otrzymuje się polisilany:

n R₂SiCl₂ + Na(K) → [R₂Si]_n + Na(K)Cl

------------------------------

(...) Lit ma zbliżone właściwości do magnezu, pierwiastka o podobnym promieniu atomowym i jonowym. Podobieństwa chemiczne między tymi dwoma metalami obejmują tworzenie azotku w reakcji z N₂. Oba także tworzą tlenek (Li₂O) i nadtlenek litu (Li₂O₂) w wyniku spalania w O₂, sole o podobnej rozpuszczalności, oraz węglany i azotki o małej stabilności termicznej^[18][22]. Podobnie jak berylowce fosforan, węglan i fluorek litu są słabiej rozpuszczalne w wodzie (w stosunku do innych litowców). Podobnie jak inne pierwiastki I grupy, lit reaguje z wodorem w wysokich temperaturach dając wodorek litu (LiH). Kationy Li⁺ należą do V grupy kationów.

Inne znane związki dwuskładnikowe litu to halogenki (LiF, LiCl, LiBr, LiI), siarczek (Li₂S), ponadtlenek (LiO₂) i węglik (Li₂C₂). Znanych jest również wiele nieorganicznych związków, w których lit łączy się z różnymi anionami tworząc sole: boran (Li₂BO₃), amidek (LiNH₂), węglan (Li₂CO₃), azotan (LiNO₃), glinowodorek (Li[AlH4]), czy borowodorki (np. LiBH₄). Sole litu w większości są dobrze rozpuszczalne w wodzie, a także stosunkowo dobrą (w porównaniu z solami innych litowców) rozpuszczalnością w rozpuszczalnikach organicznych. Poznano też wiele związków litoorganicznych, w których istnieje bezpośrednie wiązanie kowalencyjne między węglem a litem (sole karboanionów). Te ostatnie są bardzo mocnymi zasadami i nukleofilami. W wielu z tych litoorganicznych związków kationy litowe agregują do klastrów o wysokiej symetrii, co jest dość typowe dla kationów litowców. LiHe, słabo oddziałujący związek van der Waalsa, został zidentyfikowany w bardzo niskich temperaturach.

DWUSKŁADNIKOWE ZWIĄZKI LITU:

1) Tlenek litu:

2) Nadtlenek litu:

3) Wodorek litu

4) Halogenki litu:

- LiF,

- LiCl,

- LiBr, 

- Lil

5) Siarczek litu:

6) Ponadtlenek litu:

7) Węglik litu:

SOLE LITU:

1) Boran litu (Li2BO3)

2) Amidek litu (LiNH2)

3) Węglan litu (Li2CO3) 

4) Azotan litu (LiNO3)

5) Glinowodorek litu (Li[AlH4]) - Tetrahydroglinian litu:

6) Borowodorek litu:

-------

*IZOTOPY LITU: Lit występujący w przyrodzie składa się z dwóch stabilnych izotopów: ⁶Li i ⁷Li. Ten drugi występuje znacznie częściej (92,5% zawartości procentowej tego izotopu w naturalnie występującym pierwiastku). Oba naturalnie występujące izotopy mają wyjątkowo niską energię wiązań jądra atomowego (w przeliczeniu na nukleon) w porównaniu do sąsiednich pierwiastków (helu i berylu). Oznacza to, że lit, jako jedyny spośród stabilnych pierwiastków lekkich, może produkować energię poprzez rozszczepienie jądra atomowego. Jądra litu-6 i litu-7 mają niższe energie wiązania jądra niż jakikolwiek inne stabilne jądro z wyjątkiem deuteru i helu-3. W wyniku tego lit, chociaż ma bardzo małą masę atomową, jest mniej rozpowszechniony w układzie słonecznym niż 25 z pierwszych 32 pierwiastków chemicznych^[8]. Jak dotąd zostało zbadanych siedem izotopów promieniotwórczych, spośród których najbardziej stabilnymi są izotopy ⁸Li z czasem połowicznego rozpadurównym 838 ms i ⁹Li ze średnim czasem życia równym 178 ms. Pozostałe izotopy promieniotwórcze mają czas połowicznego rozpadu krótszy niż 8,6 ms. Najmniej trwały izotop litu to ⁴Li, który rozpada się poprzez emisję protonu i ma średni czas życia równy 7,6 × 10⁻²³ s.

⁷Li jest jednym z pierwiastków pierwotnych wytworzonych w wyniku nukleosyntezy w czasie Wielkiego Wybuchu. W niewielkich ilościach zarówno ⁶Li, jak i ⁷Li wytwarzane są w gwiazdach, aczkolwiek uważa się, że są zużywane w podobnym tempie jak powstają. Dodatkowe nieduże ilości litu obu stabilnych izotopów (⁶Li and ⁷Li) mogą pochodzić z wiatru słonecznego, w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego z cięższymi atomami, a także z rozpadu promieniotwórczego izotopów ⁷Be i ¹⁰Be we wczesnym okresie istnienia układu słonecznego. ⁷Li może również powstawać w gwiazdach węglowych.

Źródło: Wikipedia. Schemat przemian jądrowych zachodzących w pierwotnej nukleosyntezie.

Izotopy litu rozdzielają się w wyniku różnych procesów naturalnych, takich jak: tworzenie minerałów (strącanie), metabolizm i wymiana jonowa. Jony litu zastępują magnez i żelazo w pozycji oktaedrycznej w minerałach ilastych, w których izotop ⁶Li jest preferowany w stosunku do ⁷Li. Rezultatem jest wzbogacanie zawartości lżejszego izotopu w procesach hiperfiltracji i przeobrażenia skał. Rzadko występujący ¹¹Li ma halo jądrowe (promień jądra jest większy niż jego teoretycznie wyliczona wartość z modelu kroplowego). W procesie laserowej separacji izotopów z atomów w fazie gazowej (ang. Atomic Vapor Laser Isotope Sepration – AVLIS) można dokonać rozdzielenia izotopów litu.

WYSTĘPOWANIE LITU:

a) We wszechświecie: Zgodnie ze współczesną teorią kosmologiczną lit, w postaci obu stabilnych izotopów (lit-6 i lit-7), był wśród trzech pierwiastków utworzonych w wyniku Wielkiego Wybuchu. Chociaż ilość utworzonego litu w wyniku pierwotnej nukleosyntezy zależy od ilości fotonów na barion, to dla powszechnie uznawanej wartości można obliczyć występowanie litu po Wielkim Wybuchu i dla tak uzyskanych wartości istnieje „kosmologiczny niedobór litu” we wszechświecie: starsze gwiazdy zawierają mniej litu niż powinny a niektóre młodsze gwiazdy mają go jeszcze mniej. Ta teoretycznie zbyt mała ilość litu w starszych gwiazdach najprawdopodobniej wynika z „wmieszania” się litu do wnętrza gwiazd, gdzie ulega on zniszczeniu^[35]. Ponadto lit jest produkowany w młodych gwiazdach. Ponieważ przekształca się on w dwa atomy helu w wyniku zderzenia atomu litu z protonem w temperaturach powyżej 2,4 miliona stopni Celsjusza (a większość gwiazd utrzymuje co najmniej taką temperaturę w swoim wnętrzu), lit jest rzadziej występującym pierwiastkiem niż jest to przewidywane teoretycznie dla gwiazd późniejszej generacji, z powodów jeszcze nie do końca wyjaśnionych. Chociaż powstał jako jeden z trzech pierwszych pierwiastków (wraz z helem i wodorem) w czasie Wielkiego Wybuchu, lit, podobnie jak beryl i bor występują wyraźniej rzadziej od pierwiastków sąsiednich w układzie pierwiastkowym. Jest to wynik niskich temperatur, które wystarczają do rozpadu litu i brak często występujących zjawisk powodujących jego tworzenie. Lit występuje również w brązowych karłach i w pewnych rodzajach pomarańczowych gwiazd. Ponieważ lit jest obecny w chłodniejszych brązowych karłach o mniejszej masie a ulega zniszczeniu w gorętszych czerwonych karłach, jego występowanie w widmach spektroskopowych gwiazd może być używane jako „test litu” do rozróżniania tych dwóch typów gwiazd, jako że oba są mniejsze niż słońce. Niektóre pomarańczowe gwiazdy również posiadają wysokie stężenie litu. Takie gwiazdy (np. Centaurus X-4) okrążają masywne obiekty takie jak gwiazdy neutronowe lub czarne dziury, których grawitacja najwyraźniej wyciąga cięższy lit na powierzchnię wodorowo-helowej gwiazdy powodując, że w jej widmie można zaobserwować większy udział pasm pochodzących od litu.

--> Brązowy karzeł – obiekt gwiazdopodobny o masie zbyt małej (poniżej ok. 8% masy Słońca – 80 mas Jowisza), by mogły zachodzić w nim reakcje przemiany wodoru w hel, które są głównym źródłem energii gwiazd ciągu głównego. Od planet-olbrzymów odróżnia je to, że są zdolne do syntezy deuteru przynajmniej na początku swojego istnienia^[1]. Brązowe karły często występują samotnie w przestrzeni. Określa się je czasem (potocznie) mianem „niewypałów”, „superplanet”, bądź „nieudanych gwiazd”. 

Pierwszego brązowego karła, Gliese 229B, zidentyfikowano w 1995 roku. Wcześniej zaobserwowano inne obiekty, które też mogą być brązowymi karłami: GD 165B (w 1988) oraz HD 114762 b (w 1989)^[3]. Oszacowania wskazywały, że w naszej Galaktyce istnieje dwukrotnie więcej brązowych karłów niż zwykłych gwiazd, chociaż ich łączna masa stanowi do 15% masy Galaktyki^[4]. Jednak obserwacje teleskopu kosmicznego WISE wskazują, że brązowych karłów w otoczeniu Słońca jest znacznie mniej – średnio jeden na sześć gwiazd. Zespół naukowy WISE zaznacza, że szacunki te mogą się zmienić z odkryciem dalszych chłodnych obiektów typu Y, jednak stosunek liczby brązowych karłów do gwiazd zapewne nie przekroczy 1:4^[5].

Spis treści

  [ukryj] 

• 1Klasyfikacja
• 2Charakterystyka obserwacyjna
  • 2.1Rozpoznawanie
  • 2.2Atmosfery
  • 2.3Dyski protoplanetarne
• 3Powstawanie
  • 3.1„Pustynia brązowych karłów”
• 4Brązowe karły a gwiazdy
• 5Brązowe karły a planety pozasłoneczne
• 6Znane obiekty
  • 6.1Wybrane brązowe karły
• 7Zobacz też
• 8Przypisy
• 9Bibliografia
• 10Linki zewnętrzne

Klasyfikacja

Podwójny brązowy karzeł (typ T9+Y0) CFBDSIR 1458+10 widziany w podczerwieni

Brązowe karły klasyfikuje się na podstawie typu widmowego, tak jak gwiazdy. Zalicza się je do czterech typów:

• Typ widmowy M (brązowe karły należące tylko do najpóźniejszych podtypów, od M6): dominują linie widmowe tlenków metali, zwłaszcza TiO i VO;
• Typ widmowy L: dominują linie wodorków metali i metali alkalicznych;
• Typ widmowy T (większość): charakterystyczne są podczerwone linie metanu^[6],
• Typ widmowy Y (najchłodniejsze): występują linie amoniaku^[7], przypuszczalnie mogą istnieć chmury wodne^[2].

Brązowy karzeł po uformowaniu i krótkim okresie syntezy deuteru (pierwsze kilka milionów lat), ze względu na brak wewnętrznego źródła energii, stale stygnie^[8]. Typ widmowy brązowego karła odzwierciedla zatem jego wiek; wszystkie brązowe karły przez krótki czas są obiektami gorętszego typu L (2200-1400 K), następnie przekształcają się w obiekty typu T i stygną dalej, ku typowi Y^[9].

Charakterystyka obserwacyjna

Rozpoznawanie

Najczęściej stosowanym kryterium, pozwalającym odróżnić brązowe karły od gwiazd o małej masie, jest obecność litu, który występuje w gwiazdach jedynie przez krótki okres, na początku ich ewolucji. Zaraz po zapoczątkowaniu reakcji termojądrowych gwiazdy szybko tracą swój zapas tego pierwiastka poprzez reakcję ⁷Li z jądrem wodoru (protonem), której produktem są dwie cząstki ⁴He.

⁷Li + ¹H → 2 ⁴He + 17,347 MeV

Temperatura niezbędna do zajścia tej przemiany jest niewiele niższa od temperatury potrzebnej do przemiany wodoru w hel. Ruchy konwekcyjne wewnątrz gwiazdy sprawiają, że praktycznie cały lit trafia w obszar wysokiej temperatury i zostaje przekształcony w hel. W brązowych karłach pierwiastek ten zazwyczaj występuje (choć obiekty o masie większej od 0,06 masy Słońca „spalają” lit), tworząc w widmie łatwe do zaobserwowania linie, których nie ma w widmie gwiazdy.

Inną cechą brązowych karłów jest silniejsze promieniowanie w podczerwieni niż w innych długościach fal, wynikające z niskiej temperatury tych obiektów. Gwiazdy należące do późnych typów widmowych (M i L) również mają maksimum emisji w bliskiej podczerwieni, zgodnie z prawem Wiena, ale dla brązowych karłów może ono przypadać na dłuższe fale. Emitowane w wąskim zakresie światło widzialne nadaje im czerwonawą barwę.

Atmosfery

Ilustracja warstwowej struktury atmosfery brązowego karła 2MASSJ22282889-431026

W 2002 roku na brązowych karłach odkryto ślady zmian pogodowych, wcześniej obserwowanych wyłącznie na planetach. Nieregularne wahania jasności wskazują, że obiekty te mogą posiadać nieprzezroczyste atmosfery, w których przy temperaturze sięgającej 2000 °C powstają chmury z kropli ciekłej krzemionkii żelaza^[10].

Obserwacje teleskopów kosmicznych Hubble’a i Spitzera ukazały zmiany jasności brązowego karła 2MASS J22282889-431026, zachodzące co około 90 minut, wraz z obrotem karła wokół osi. Rezultat ten jest interpretowany jako obserwacja wielkich, zorganizowanych systemów chmur, przypuszczalnie podobnych do antycyklonów w atmosferze Jowisza, takich jak Wielka Czerwona Plama. Skala i charakter (faza) zmian jasności okazała się zależna od długości fal, w jakich obserwowany był ten karzeł, co oznacza, że obserwowane były warstwy chmur, znajdujące się na różnej głębokości w atmosferze tego ciała^[11].

W miarę ochładzania coraz mniej związków chemicznych może utrzymać się w stanie gazowym. Gdy chmury zanikną całkowicie, odsłonięcie powierzchni przypuszczalnie wywołuje nagły wzrost jasności karła (w zakresie podczerwieni)^[10].

Dyski protoplanetarne

Wizja artystyczna brązowego karła otoczonego dyskiem protoplanetarnym

Ostatnie obserwacje wykazały, że brązowe karły – podobnie jak zwyczajne gwiazdy – we wczesnym stadium rozwoju bardzo często otoczone są przez dysk protoplanetarny. W jego wnętrzu mogą powstawać planetoidy, komety oraz planety.

Obiekt 2M1207b, krążący wokół brązowego karła 2M1207, jest pierwszą sfotografowaną planetą pozasłoneczną (według jednej definicji^[12]), bądź – według innej definicji – brązowym podkarłem.

Powstawanie

Mechanizm powstawania brązowych karłów nie jest jeszcze całkowicie znany ze względu na ubogi materiał obserwacyjny. Uważa się, że jest on podobny do procesu powstawania gwiazd, czyli w wyniku kolapsu obłoku molekularnego. Niewielka masa i niska temperatura brązowych karłów mogłaby sugerować, że potrzeba szczególnych warunków – chłodnego obłoku o dużej gęstości – aby przekroczyć masę Jeansa i zainicjować powstawanie takiego obiektu. Kłóci się to jednak z ich obserwowaną dużą liczebnością. Prawdopodobne jest, że powstają one w większych obłokach molekularnych, z których zostają w pewnym momencie wyrzucone w przestrzeń kosmiczną. Model zakładający wyrzucenie już uformowanego karła przewiduje, że obiekt taki będzie miał co najwyżej szczątkowy dysk protoplanetarny i jest mało prawdopodobne, aby posiadał towarzysza, podczas gdy obserwacje wskazują na znaczny odsetek podwójnych brązowych karłów (>15%) i istnienie dysków akrecyjnych o dużej masie. Innym problemem jest wyjaśnienie obecności brązowych karłów w gromadach otwartych, z których łatwo mogłyby zostać wyrzucone^[13]. Jeżeli jednak zostaje wyrzucona część wirującego obłoku, z której dopiero w późniejszym czasie uformuje się brązowy karzeł, to może on zachować dostatecznie dużo materii w swoim otoczeniu, aby powstał dysk lub towarzysz^[14].

„Pustynia brązowych karłów”

Gwiazdom ciągu głównego dość często towarzyszą inne gwiazdy i planety, natomiast stosunkowo rzadko brązowe karły. Krążą one zazwyczaj po orbitach dalekich od głównego składnika (>100 au), natomiast układów z brązowym karłem na bliskiej orbicie (<10 au) jest bardzo mało. To zjawisko zostało nazwane „pustynią brązowych karłów” przez Geoffreya Marcy’ego, odkrywcę wielu planet pozasłonecznych. Prawdopodobnie ma ono przyczynę w odmiennej genezie planet i brązowych karłów^[15][16]. Także gwiazdy o małej masie, choć bardzo pospolite w Galaktyce, rzadko towarzyszą gwiazdom podobnym do Słońca.

Brązowe karły a gwiazdy

Współczesne modele stawiają granicę masy karła, poniżej której nie jest możliwa synteza wodoru w hel w jądrze, pomiędzy 0,070 a 0,075 M_☉. Obiekty o masie wyższej niż 0,08 M_☉ są zdolne do podtrzymywania syntezy wodoru w hel i świecą jako gwiazdy, podczas gdy te o masie mniejszej niż 0,07 M_☉ wypromieniowują tylko nagromadzone ciepło. Interesującym przewidywaniem modeli ewolucji jest istnienie, w wąskim zakresie mas, obiektów pośrednich. Ciała o masie ok. 0,075 M_☉ są zdolne do zainicjowania syntezy wodoru w hel i podtrzymywania jej przez czas rzędu nawet 10¹⁰lat, ale malejąca temperatura jądra (w związku z rosnącą degeneracją) ostatecznie przekracza wartość graniczną, synteza wygasa i obiekt stygnie dalej jak brązowy karzeł^[8].

Początkowo źródłem energii brązowego karła o masie nie mniejszej niż 1,3% masy Słońca są reakcje jądrowe z udziałem deuteru (D + p → ³He), albo litu (jeśli masa karła przekracza 6% M_☉), niewymagające tak wysokich temperatur, jak pełny cykl protonowy. Ustają one jednak po kilku milionach lat, a karzeł wydziela zgromadzone ciepło – jego jądro ogrzewa się wcześniej nawet do ok. 2 milionów kelwinów^[8]. Brązowy karzeł powoli stygnie, tym wolniej im większą ma masę.

Brązowe karły a planety pozasłoneczne

Obecnie przyjęta robocza definicja stwierdza, że każde ciało nie będące gwiazdą, o rzeczywistej masie powyżej 13 mas Jowisza (przy zawartości metali takiej jak w przypadku Słońca), jest brązowym karłem^[1]. Na tej podstawie część spośród odkrytych do tej pory planet pozasłonecznych należałoby zaliczyć do brązowych karłów, chociaż można spotkać się z inną definicją, według której planetą jest każdy obiekt powstały w dysku protoplanetarnym wokół gwiazdy lub obiektu niegwiazdowego^[12]. Najczęściej stosowana technika pomiarów prędkości radialnej daje tylko dolne oszacowanie na masę obiektu. Obiekt o masie minimalnej kilka razy większej niż masa Jowisza, w rzeczywistości może być znacznie masywniejszy. W niektórych wypadkach znane jest także nachylenie orbity planety, np. obserwowane są przejścia planet przed tarczą gwiazdy, co pozwala z całą pewnością stwierdzić, że nie mamy do czynienia z brązowym karłem.

Jednak niektórzy uczeni uważają, że na miano brązowego karła zasługują wszystkie obiekty, które formują się podobnie jak gwiazdy, bezpośrednio z zapadającej się chmury gazu i pyłu, a nie na skutek kolizji mniejszych ciał. Takie zjawiska mogą też zachodzić w dyskach protoplanetarnych i niewykluczone, że w ten sposób powstały np. Jowisz i Saturn w Układzie Słonecznym. Ta definicja ma więc poważną wadę – na jej podstawie można by uznać wszystkie gazowe olbrzymy za mało masywne brązowe karły.

Znane obiekty

Brązowy karzeł Gliese 229B (na prawo od gwiazdy Gliese 229A), na zdjęciach wykonanych w Obserwatorium Palomar oraz przez Teleskop Hubble’a (NASA)

Dotychczas odkryto kilkaset brązowych karłów, jednakże są one prawdopodobnie bardzo liczne, choć kilkukrotnie mniej pospolite niż gwiazdy w Drodze Mlecznej^[5], których liczba jest rzędu 10¹¹. Główną trudnością w ich wykrywaniu jest bardzo mała jasność, która przy obecnym stanie techniki praktycznie uniemożliwia wykrycie obiektów o masach mniejszych niż kilkanaście mas Jowisza, o ile nie są składnikami układów podwójnych lub wielokrotnych. Obserwacje prowadzone w podczerwieni ukazują dziesiątki brązowych karłów w każdym obszarze, gdzie zachodzą procesy gwiazdotwórcze.

Wybrane brązowe karły

Oznaczenie	Odległość od Słońca (lata świetlne)	Typ widmowy	Masa (masy Jowisza)	Gwiazdozbiór	Uwagi
Gliese 229B	18	T7	40	Zając	pierwszy pewny brązowy karzeł
OTS 44	500	M9,5	15	Kameleon	wyraźny dysk protoplanetarny
WISE 1049-5319(Luhman 16)	6,5	L7,5 + T0,5	~50 + ~40	Żagiel	para najbliższych Ziemi brązowych karłów; trzeci najbliższy układ gwiezdny
TWA 5B	180		ok. 15-40	Hydra	emituje promieniowanie rentgenowskie
2M1207	173	M8	21	Hydra	posiada planetę
CFBDSIR 1458+10	75	T9 + Y0	ok. 6-15	Wolarz	składnik B: jeden z zimniejszych znanych
MOA-2007-BLG-192L	3000		41-93	Strzelec	posiada planetę
WISE J0254+0223	15	T8		Wieloryb	bliski Słońca
WISE J1741+2553	18	T9		Herkules	bliski Słońca
WISE 0855-0714	7,2	Y	3–10	Hydra	temperatura powierzchni poniżej 0 °C; jeden z najbliższych
2MASS 2139	47			Wodnik	największe zmiany jasności
2MASS J1047+21					najchłodniejszy znany brązowy karzeł emitujący fale radiowe

--> Czerwony karzeł – gwiazda ciągu głównego późnego typu widmowego (K, M, rzadko L). Gwiazdy te mają masę, rozmiary i jasność mniejsze niż Słońce, a temperatury ich powierzchni są niższe niż 4000 K. Czerwone karły stanowią najliczniejszy typ gwiazd we Wszechświecie, jednak z powodu małej jasności żadna z tych gwiazd nie jest widoczna gołym okiem na ziemskim niebie. W Drodze Mlecznej około 80% gwiazd jest czerwonymi karłami, w galaktykach eliptycznych ich liczba w stosunku do jaśniejszych gwiazd jest nawet 20 razy większa. Z powodu wolnego tempa syntezywodoru w hel świecą one długo i ewoluują powoli; szacowany czas życia czerwonych karłów sięga 10 bilionów (10¹³) lat.

Klasyfikacja

Wizja artystyczna czerwonego karła typu widmowego M4, o temperaturze 3200 K

Zdecydowana większość czerwonych karłów należy do typu widmowego M, ale zalicza się do nich także wiele gwiazd późnych podtypów typu widmowego K oraz rzadko występujące, najsłabsze gwiazdy typu L. Maksimum intensywności emitowanego światła przypada w zakresie światła czerwonego lub nawet bliskiej podczerwieni. W widmie czerwonych karłów charakterystyczne są linie spektralne tlenków metali, zwłaszcza tlenku tytanu (TiO), widoczne już dla typu K7, dominujące dla typu M oraz tlenku wanadu (VO), stanowiące podstawę podziału późniejszych typów. W widmie występują także linie wodorków metali, w tym CaH, MgH i FeH^[8].

Charakterystyka obserwacyjna

Masy czerwonych karłów zawierają się w przybliżonych granicach od 0,08 do około 0,6 M_☉^[9]. Jasność tych gwiazd zawiera się między 0,0001 a 0,1 jasności Słońca. Ich promienie są mniejsze niż promień Słońca, a większe niż promień Jowisza (lub porównywalne: najmniejsza znana gwiazda 2MASS J0523-1403 ma promień 0,086 R_☉^[10], a czerwony karzeł Gliese 205: 0,702 R_☉)^[11].

Aktywność

Budowa wewnętrzna czerwonych karłów o różnych rozmiarach: Gliese 752 A i B. Wstawka ilustruje mechanizm dynama wewnątrz większego z karłów.

Gwiazdy tego rodzaju cechują się dużą aktywnością. Rozbłyski czerwonych karłów (w czasie których gwiazda zwiększa wielokrotnie swoją jasność) obserwuje się częściej niż rozbłyski np. Słońca^[12]. Odsetek aktywnych gwiazd rośnie monotonicznie od podtypu M0 do M8, dla którego osiąga 70%^[13], po czym znacznie opada dla najpóźniejszych typów M9 i L^[14]. Nie obserwuje się cyklicznych zmian aktywności, jak dla Słońca, co wiąże się zapewne innym charakterem dynama magnetohydrodynamicznego w tych gwiazdach. W gwiazdach typu Słońca, pomarańczowych karłach i czerwonych karłach wczesnych typów (M0–M3) dużą rolę gra konwekcja w sferycznej warstwie plazmy, generująca pole magnetyczne o dominującej składowej dipolowej. Dla późniejszych podtypów cały czerwony karzeł staje się konwektywny i dominację zyskuje dynamo turbulentne, w związku z czym nie obserwuje się cykliczności. Plamy obserwuje się stosunkowo rzadko i występują one w różnych obszarach powierzchni gwiazdy, inaczej niż na Słońcu^[14]. Powolne, ale wydajne „spalanie” wodoru powoduje, że czerwone karły mogą świecić przez biliony lat i gdy wygasną wszystkie jaśniejsze gwiazdy, pozostaną one ostatnimi gwiazdami świecącymi w Kosmosie^[15].

Występowanie

Czerwone karły występują przeważnie samotnie, zaledwie 25% czerwonych karłów występuje w układach podwójnych lub wielokrotnych^[2]. Gwiazdy o małej masie rzadko towarzyszą masywniejszym gwiazdom podobnym do Słońca, choć nieco częściej niż brązowe karły^[16].

Najbliższa Słońcu gwiazda, Proxima Centauri jest czerwonym karłem, podobnie jak 3/4 najbliższych gwiazd^[a]. Należą do nich także m.in. Gwiazda Barnarda, trzecia gwiazda najbliższa Słońcu i Lacaille 8760, najjaśniejszy czerwony karzeł widoczny na ziemskim niebie (obserwowana wielkość gwiazdowa 6,67^m, niewidoczny gołym okiem)^[4]. Proxima Centauri i inne bliskie czerwone karły: Ross 128, Gwiazda Luytena, Wolf 1061 i Gliese 876 posiadają planety.

Ewolucja

W czasie życia czerwone karły przetwarzają znajdujący się w nich wodór na hel w procesie syntezy jądrowej, w cyklu protonowym^[12]. W odróżnieniu od większych gwiazd, które wypalają tylko wodór zawarty w ich jądrze, czerwone karły o małej masie „spalają” cały składający się na nie wodór. Ocenia się, że w przypadku karła o masie mniejszej niż 0,4 M_☉ strefa konwektywnaobejmuje całe wnętrze gwiazdy, bez wydzielonego jądra^[12]. Dzięki prądom konwekcyjnymmateria gwiazdy podlega mieszaniu, hel jest usuwany z najgorętszego obszaru centralnego, a wodór jest tam dostarczany, przez co czerwone karły zużywają „paliwo” wydajniej i mogą świecić znacznie dłużej niż większe gwiazdy. Powolna ewolucja jest przyczyną tego, że jeszcze żaden czerwony karzeł od czasu Wielkiego Wybuchu nie zdążył opuścić ciągu głównego na diagramie Hertzsprunga-Russella.

Gwiazdy takie nie przekształcają się w czerwone olbrzymy, nigdy nie osiągając temperatury jądra potrzebnej do syntezy helu w węgiel. Całkowicie konwektywny czerwony karzeł o małej masie (~0,10 M_☉) wypali praktycznie cały zapas wodoru, stając się helowym białym karłem^[15]. Czerwony karzeł o masie ~0,15 M_☉ osiągnie na kilka miliardów lat bardzo wysoką temperaturę i jasność ~0,1-0,3 L_☉^[15], przekształcając się w (hipotetycznego) błękitnego karła, zanim stanie się białym karłem^[17]. Ostatecznie biały karzeł, pozbawiony wewnętrznego źródła energii (oprócz krystalizacji materii^[18]) ostygnie stając się czarnym karłem.

Czerwone karły o masach ~0,2–0,25 M_☉ podążą według modeli jeszcze inną ścieżką ewolucyjną. Dzięki intensywniejszemu spalaniu wodoru w powłoce wokół jądra, jego temperatura nie przestanie wzrastać po pojawieniu się degeneracji materii. Dodatkowa energia pozwoli tym gwiazdom zwiększyć promień do ponad 1 R_☉ i stać się olbrzymami (przypuszczalnie żółtymi)^[15]. Wszechświat jest jeszcze zbyt młody, aby takie gwiazdy mogły zostać zaobserwowane.

Układy planetarne

Porównanie układów: czerwonego karła TRAPPIST-1 i Słonecznego z zaznaczoną ekosferą – „strefą życia”; wszystkie planety pierwszego układu krążą bliżej gwiazdy niż Merkury.

Ponieważ czerwone karły są najczęściej występującym typem gwiazd w naszej Galaktyce, przypuszcza się, że wokół niektórych mogą krążyć planety podobne do Ziemi, na których występuje woda w stanie ciekłym i inne warunki sprzyjające rozwojowi życia^[19]. Współczesne obserwacje sugerują, że co najmniej 48% karłów typu M posiada układ planetarny z planetą o rozmiarach Ziemi w ekosferze^[20], znane są układy, w których więcej niż jedna planeta krąży w ekosferze gwiazdy^[21]. Poniższa lista wymienia potwierdzone planety krążące w ekosferach czerwonych karłów o najwyższym indeksie ESI, opisującym podobieństwo do Ziemi^[22]:

• TRAPPIST-1d, ESI: 0,90;
• GJ 3323 b, ESI: 0,89;
• Kepler-438e, ESI: 0,88;
• Ross 128 b, ESI: 0,86;
• GJ 273 b, ESI: 0,86;
• Proxima Centauri b, ESI: 0,85;
• TRAPPIST-1e, ESI: 0,85;
• Kepler-296e, ESI: 0,85;
• Gliese 667 Cc, ESI: 0,84;
• K2-72e, ESI: 0,82;
• Wolf 1061 c, ESI: 0,82;
• Gliese 832 c, ESI: 0,81;
• K2-3d, ESI: 0,80.

Dla porównania dla Marsa, najbardziej podobnego do Ziemi w Układzie Słonecznym, indeks ten ma wartość 0,64.

Możliwości powstania życia

Istnieją wątpliwości co do prawdopodobieństwa wystąpienia życia na planecie obiegającej czerwonego karła. Pierwszą przeszkodą może być duża aktywność tych gwiazd, która stanowi zagrożenie dla życia na powierzchni planety. Drugim problemem jest to, iż czerwone karły świecą tak słabo, że planeta, aby utrzymać temperaturę pozwalającą na istnienie wody w stanie ciekłym na powierzchni, musi krążyć bardzo blisko gwiazdy. To w wielu przypadkach prowadzi do zsynchronizowania okresu obrotu planety z okresem obiegu dookoła gwiazdy (podobnie jak ma to miejsce w przypadku Księżyca względem Ziemi). W tym przypadku planeta miałaby jedną, bardzo gorącą półkulę zwróconą do gwiazdy, a drugą, bardzo zimną półkulę po przeciwnej, nieoświetlonej stronie. Warunki sprzyjające życiu byłyby zapewne ograniczone do wąskiego pasa przy krawędzi strony oświetlonej.

Czerwone karły żyją jednak bardzo długo, ich aktywność słabnie z wiekiem^[23], a jasność powoli rośnie^[15]. W przyszłości odległej o biliony lat czerwone karły i gwiazdy powstałe w wyniku ich ewolucji pozostaną jedynymi obiektami świecącymi w kosmosie. Długo, stabilnie świecące karły, które opuściły już ciąg główny, mogą pozwolić rozwinąć się życiu na planetach, które w poprzednich miliardach lat były na to za zimne.

--------------

b) Na Ziemi:

c) Biologiczne: Lit występuje w śladowych ilościach w wielu roślinach, planktonie i bezkręgowcach, w stężeniu od 69 do 5760 części na miliard (ppb). Stężenie litu w organizmach bezkręgowców jest nieco mniejsze, natomiast wszystkie tkanki i płyny ustrojowe kręgowców zawierają jakąś ilość litu (w zakresie od 21 do 763 ppb). Organizmy wodne dokonują bioakumulacji litu w większym stopniu niż organizmy lądowe. Nie wiadomo, czy lit pełni rolę fizjologiczną w jakimkolwiek organizmie, ale badania żywieniowe ssaków wskazują na jego duże znaczenie dla zdrowia. Sugeruje się, że lit powinien być klasyfikowany jako niezbędny do życia mikroelement z zalecaną dawką spożycia na poziomie 1 mg/dzień. Badania w Japonii przeprowadzone w 2011 roku wskazują na to, że występujący w wodzie w naturalnych stężeniach lit może zwiększać średnią długość życia ludzi. W innym badaniu japońskim w 2009 roku wskazano na odwrotnie proporcjonalną zależność liczby samobójstw i stężenia litu w wodzie pitnej w danym rejonie.

Odkrycie: 

Johan August Arfvedson odkrył lit w
1817 roku. 

Petalit (LiAlSi₄O₁₀) został odkryty w 1800 roku przez brazylijskiego chemika i polityka José Bonifácio de Andrada e Silva w kopalni na wyspie Utö. Jednak dopiero w 1817 roku Johann Arfvedson, pracujący w laboratorium chemicznym Jönsa Jacoba Berzeliusa, odkrył obecność nowego pierwiastka w czasie analizy rudy petalitu. Pierwiastek ten tworzył związki podobne do związków sodu i potasu, chociaż jego węglan i wodorotlenek były słabiej rozpuszczalne w wodzie i bardziej zasadowe. Berzelius nazwał ten zasadowy nowy materiał lithion/lithina, od greckiego słowa λιθoς (transliterowany jako lithos, co oznacza „skała”), aby upamiętnić jego odkrycie w minerale, w przeciwieństwie do potasu, który został odkryty w popiele roślinnym i sodu, który był znany jako obecny we krwi zwierząt. Nowy metal zawarty w materiale skalnym nazwał lithium. 

Jakiś czas później Arfvedson udowodnił, że ten sam pierwiastek obecny jest także w innych minerałach: spodumenie i lepidolicie. Christian Gmelin był pierwszym (1818), który zaobserwował, że sole litu barwią płomień na czerwono. Zarówno Arfvedson, jak i Gmelin próbowali bez skutku uzyskać czysty metal z jego soli. Udało się to dopiero w 1821 roku, gdy William Thomas Brande otrzymał czysty metaliczny lit w wyniku elektrolizy tlenku litu, procesu wcześniej użytego przez chemika Sir Humphry’a Davy’ego do uzyskania w czystej formie innych litowców: sodu i potasu. Brande opisał także czyste sole litu, takie jak chlorek litu i szacował, że lithia (tlenek litu) zawiera około 55% metalu, z czego wywodził, że masa atomowa litu powinna wynosić około 9,8 g/mol (w rzeczywistości wartość ta to ~6,94 g/mol)^[67]. W 1855 roku, większe ilości litu zostały wyprodukowane za pomocą elektrolizy chlorku litu przez Roberta Bunsena i Augustusa Matthiessena. Odkrycie tej metody pozwoliło na produkcję litu na skalę przemysłową, którą rozpoczęła w 1923 roku niemiecka firma Metallgesellschaft AG, która używała do elektrolizy ciekłej mieszaniny chlorku litu i chlorku potasu.

Metoda produkcji i zastosowanie litu na przestrzeni lat zmieniły się kilkukrotnie. Pierwszym głównym zastosowaniem litu były wysokotemperaturowe smary do silników samolotów (i zbliżonych zastosowań) w czasie II wojny światowej, a także w późniejszym okresie. Ten niewielki rynek był zaspokajany przez kilka małych kopalni, działających głównie na terenie Stanów Zjednoczonych. Zapotrzebowanie na lit wzrosło dopiero w czasie zimnej wojny, wraz z produkcją broni jądrowej. Zarówno lit-6, jak i lit-7 tworzą tryt w wyniku bombardowania neutronami, przez co są używane do produkcji trytu. Lit jest też stosowany jako stałe paliwo fuzyjne w postaci deuterku litu. Stany Zjednoczone stały się głównym producentem litu w okresie od późnych lat 50. do połowy lat 80. Pod koniec tego okresu zapasy litu wynosiły około 42 000 ton wodorotlenku litu. Zapasy litu były pozbawione litu-6 w około 75%.

Lit był używany do zmniejszenia temperatury topnienia szkła i do poprawienia topliwości tlenku glinu w czasie procesu Halla-Heroulta. Te dwa zastosowania zdominowały rynek litu w połowie lat 90. Pod koniec wyścigu zbrojeń zapotrzebowanie na lit spadło a sprzedaż zapasów Departamentu Energii USA na rynku dodatkowo obniżyła cenę litu. Jednak w połowie lat 90. kilka firm rozpoczęło produkcję litu z solanek, co okazało się być tańszą metodą pozyskiwania tego metalu niż wydobycie w kopalniach (nawet odkrywkowych). Większość kopalni została zamknięta lub przestawiła się na wydobycie innych materiałów, gdyż już sama ruda strefowych pegmatytów może być sprzedana za konkurencyjną do litu cenę. Przykładowo, amerykańskie kopalnie w Kings Mountain w Południowej Karolinie zostały zamknięte pod koniec XX wieku. Użycie litu w bateriach litowo-jonowych zwiększyło zapotrzebowanie na ten metal i stało się jego głównym tonażowo zastosowaniem w 2007 roku. W wyniku wzrostu zapotrzebowania na lit w latach 2000., nowe firmy zaczęły rozwijać produkcję metalu z solanek, aby zaspokoić rosnący popyt.

Izotopy

Jedynym trwałym izotopem tego pierwiastka jest ²³Na. Izotop ²²Na ulega rozpadowi β (wychwyt K elektronu, któremu towarzyszy emisja pozytonu). Efektem rozpadu jest ²²Ne, który w ponad 99% przypadków jest w stanie wzbudzonym a jego przejściu do stanu podstawowego towarzyszy emisja kwantów gamma o energii 1,274 MeV. Czas połowicznego rozpadu ²²Na jest stosunkowo długi (zob. tabela), dzięki czemu izotop ten jest stabilnym źródłem promieniowania β⁺ i znalazł zastosowanie w badaniach wykorzystujących techniki jądrowe, m.in. w pozytonowej tomografii komputerowej.

Właściwości biologiczne

Jony sodu są głównym kationem zewnątrzkomórkowym i są konieczne do utrzymania potencjału czynnościowego błon komórkowych. Sód odgrywa pewną rolę w patogenezie nadciśnienia i niewydolności krążenia. Sód bierze udział w przewodzeniu przez neurony impulsów nerwowych, wpływa na ciśnienie osmotyczne płynów ustrojowych, a także podwyższa stopień uwodnienia koloidów komórkowych

Niedobór u roślin i człowieka powoduje zanik różnicy potencjałów (napięcia elektrycznego) i utratę pobudliwości komórek.

Zastosowanie

W czystej postaci jest stosowany jako bardzo skuteczny środek suszący rozpuszczalniki organiczne oraz jako substrat wielu reakcji chemicznych m.in. kondensacji Wurtza. Tlenki i wodorotlenek sodu są stosowane na okrętach podwodnych i w statkach kosmicznych, jako środki pochłaniające dwutlenek węgla z powietrza. Chlorek sodu pod nazwą sól kuchenna jest powszechnie używanym dodatkiem do potraw, wykorzystywany jest też do topienia śniegu na drogach; natomiast zmieszany z lodem tworzy mieszaninę oziębiającą.

*Zagadnienia związane z atomem sodu:

*Związki sodu:

--> Sole sodu:

a) Nieorganiczne sole sodu:

b) Organiczne sole sodu: