Литий

Литий в биологии

Человеческий организм нуждается в небольшом количестве Li (суточная норма около 100 мкг для взрослого). Большая часть металла находится в тканях сердца, печени, лимфоузлах, плазме крови, надпочечниках, а также в щитовидной железе.

Литий участвует в некоторых важнейших биохимических процессах:

• играет важную роль в обмене жиров и углеводов;
• оказывает поддержку иммунной системе;
• участвует в предупреждении возникновения аллергии;
• понижает нервную возбудимость.

Препараты на основе лития используются в терапии с целью устранения или подавления психических дисфункций сознания и мозга. Выводится этот металл из организма с помощью почек.

Свойства лития (таблица): температура, плотность и пр.:

Примечание:

* Указан диапазон значений атомной массы в связи с различной распространённостью изотопов данного элемента в природе.

**** Ковалентный радиус лития согласно https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium составляет 128±7 пм.

Области применения литиевых аккумуляторов. Основные производители литиевых аккумуляторов

Применение. Литий-ионные аккумуляторы широко применяется как в общегражданской технике, так и в изделиях специального назначения. Наибольшее количество аккумуляторов используется в сотовых телефонах. Так, по данным на 2000 г. 67 % всех литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов было предназначено для сотовых телефонов, 24 % — для портативных персональных компьютеров (ноутбуков) и 9 % приходилось на все остальные области применения. Годовое производство литий-ионных аккумуляторов для сотовых телефонов в 2000—2005 гг. приблизительно будет равно 250— 400 млн штук. Хотя для питания сотовых телефонов наряду с литий-ионными широко используются также никель-металлогидридные аккумуляторы, доля первых значительно возрастает. Уже сейчас около 98 % всех мобильных телефонов, производимых в Японии, оснащены литий-ионными аккумуляторами. Из других портативных устройств, в которых используются литиевые и литий-ионные аккумуляторы, следует назвать портативные радиостанции (хотя их рынок несравненно меньше рынка сотовых телефонов), ноутбуки, электронные записные книжки, видеокамеры, фотоаппараты, в частности цифровые, и т.п. Литий-ионные аккумуляторы все шире используется в промышленных товарах, в том числе, в автомобилях, где они входят в состав гибридных энергетических установок, а также обеспечивают энергоснабжение многочисленных систем автомобиля. Литий-ионные аккумуляторы используются на железнодорожном, водном и воздушном транспорте, в космической и военной технике. В связи с широким распространением литиевых аккумуляторов весьма серьезную проблему представляет их утилизация. Сами по себе аккумуляторы представляют определенную экологическую опасность. Проблема их утилизации до сих пор не решена окончательно, хотя уже разработаны технологии извлечения и вторичного использования лития, литиевых солей и органических растворителей.

Основные производители

Основное производство литий-ионных аккумуляторов сосредоточено в настоящее время в Японии. По данным на 2000 г. объем производства (в стоимостном выражении) литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов распределялся следующим образом: Sanyo — 27 %; Sony — 19 %; Matsushita — 18 %; Melcotec — 13 %; Toshiba — 10 %; остальные — 13 %.

В последние годы, однако, серьезную конкуренцию японским производителям могут составить многочисленные китайские компании («Лишен», «Шен-Жен Олип», «Руфер», «HYB Бэттери», «BYD Бэттери», «Пауэр Тек Интернешнл», «Аллитек», «Ухань Лизинь Пауэр Соурсез», «Пасифик Энержитек» и др.), а также солидные производители в ФРГ (Varta), Франции (SAFT), США (Eagle-Picher, Eveready Battery, Energizer Power Systems, Rayovac, Bellcore, Yardnay и др.), Канаде (Moli Energy).

В России основным производителем и дистрибьютором промышленных аккумуляторов является компания ССК, которая производит качественные промышленные аккумуляторы

Механизм действия

В отличие от других психоактивных веществ, прием Li+ в терапевтических концентрациях обычно не производит никаких очевидных психотропных эффектов (например, эйфории) у здоровых людей. Li+ может действовать, вмешиваясь в транспортировку одновалентных или двухвалентных катионов в нейронах. Однако, поскольку вещество является плохим субстратом на натриевом насосе, оно не может поддерживать мембранный потенциал и поддерживает только малый градиент через биологические мембраны. Li+ достаточно похож Na+, поэтому в экспериментальных условиях он может заменять Na+ для производства одного потенциала действия в нейронах.
Последние исследования показывают, что эффект этого иона по стабилизации настроения, совместно или по отдельности, проявляют три различных механизма. В действие лития может быть вовлечен возбуждающий нейромедиатор глутамат, а также другие стабилизаторы настроения, такие как вальпроат и ламотриджин, оказывая влияние на глутамат, что может выступать в качестве возможного биологического объяснения такого явления, как мания. Другие механизмы, посредством которых литий может регулировать настроение, включают изменения в экспрессии генов.
Литий может также увеличивать высвобождение серотонина нейронами головного мозга. Лабораторные исследования, проведенные на серотонинергических нейронах ядер шва у крыс показали, что при обработке этих нейронов литием усиливается высвобождение серотонина во время деполяризации по сравнению с отсутствием лития и такой же деполяризацией.
Был предложен вариант несвязанного механизма действия, в котором литий деактивирует фермент GSK3-бета. Этот фермент обычно фосфорилирует белок фактор транскрипции Rev-Erb-альфа, предотвращая его деградацию. Rev-Erb-альфа, в свою очередь, подавляет BMAL1, компонент циркадных часов. Таким образом, литий, путем ингибирования GSK3бета, вызывает деградацию Rev-Erb-альфа и увеличивает экспрессию BMAL, что гасит циркадные часы. С помощью этого механизма литий способен блокировать сброс «таймера» в мозгу, в результате чего нарушается естественный цикл организма. При нарушении цикла нарушается график многих функций (обмен веществ, сон, температура тела). Литий может, таким образом, восстанавливать нормальное функционирование мозга после нарушений у некоторых людей.
Некоторые авторы высказывают предположение, что рАр-фосфатаза может быть одной из терапевтических целей лития. Эту гипотезу поддерживает низкая Ki лития для рАр-фосфатазы человека, совместимой в пределах терапевтической концентрации лития в плазме пациентов (0,8-1 мМ)

Важно отметить, что Кi рAр-фосфатазы человека в десять раз ниже, чем у GSK3бета (гликоген синтазы киназы 3бета). Ингибирование рAр-фосфатазы литием приводит к повышению уровня рАр (3′- 5 ‘ фосфоаденизин фосфата), что ингибирует PARP-1.
Другая теория, предложенная в 2007 году, состоит в том, что литий может взаимодействовать с сигнальным путем оксида азота (NO) в центральной нервной системе, который играет решающую роль в нейронной пластичности

Система NO, возможно, играет важную роль в антидепрессивном действии лития в тесте Porsolt у мышей. Кроме того, сообщается, что блокада NMDA рецепторов увеличивает антидепрессивное действие лития в тесте Porsolt у мышей (тест «поведение отчаяния», когда животных на 15 минут помещают в закрытую емкость с водой, а затем, через 24 часа, после воздействия антидепрессанта, помещают животное в эту же емкость уже на 5 минут, и измеряют время, когда животное находится в состоянии покоя и даже не пытается выбраться), что указывает на возможное участие рецепторов NMDA/сигнализации NO в действии лития в этой животной модели выученной беспомощности.
Литий ингибируют фермент инозит монофосфатазы, что приводит к увеличению уровней инозит трифосфата. Этот эффект усиливается ингибитором обратного захвата синозит трифосфата. Дестабилизация работы инозитола связана с нарушениями памяти и депрессией.

Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического лития.

Литий – серебристо-белый металл, мягкий и пластичный, тверже натрия, но мягче свинца. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой.

При комнатной температуре металлический литий имеет кубическую объемноцентрированную решетку (координационное число 8), которая при холодной обработке переходит в кубическую плотноупакованную решетку, где каждый атом, имеющий двойную кубооктаэдрическую координацию, окружен 12 другими. Ниже 78 К устойчивой кристаллической формой является гексагональная плотноупакованная структура, в которой каждый атом лития имеет 12 ближайших соседей, расположенных в вершинах кубооктаэдра.

Из всех щелочных металлов литий характеризуется самыми высокими температурами плавления и кипения (180,54 и 1340° С, соответственно), у него самая низкая плотность при комнатной температуре среди всех металлов (0,533 г/см3).

В 1818 немецкий химик Леопольд Гмелин (Gmelin Leopold) (1788–1853) установил, что соли лития окрашивают бесцветное пламя в карминово-красный цвет.

Маленькие размеры атома лития приводят к появлению особых свойств металла. Например, он смешивается с натрием только ниже 380° С и не смешивается с расплавленными калием, рубидием и цезием, в то время как другие пары щелочных металлов смешиваются друг с другом в любых соотношениях.

В целом, литий менее реакционноспособен, чем его аналоги. В то же время он намного легче других щелочных металлов реагирует с азотом, углеродом, кремнием и этим напоминает магний. Литий легко вступает в прямую реакцию с азотом с образованием нитрида Li₃N (ни один другой щелочной металл не обладает этим свойством). Эта реакция, хотя и медленно, идет уже при комнатной температуре, а при 250° C ход ее значительно ускоряется. При сжигании литий образует оксид Li₂O (с примесью пероксида Li₂O₂),

С водой литий реагирует с образованием гидроксида и выделением водорода. Литий растворяется в жидком аммиаке, образуя синий раствор с металлической проводимостью. Если сравнить молярные отношения, то он почти на 50% более растворим, чем натрий (15,66 и 10,93 моль на килограмм NH₃, соответственно). В таком растворе литий медленно реагирует с аммиаком с выделением водорода и образованием амида LiNH₂.

Потенциал восстановления для лития (–3,045 В) на первый взгляд кажется аномальным, так как он ниже, чем у других щелочных элементов. Это связано с тем, что катиону лития, имеющему наименьший радиус, соответствует максимальная энергия гидратации, что делает образование гидратированного катиона энергетически более выгодным по сравнению с другими щелочными металлами.

В значительных количествах металлический литий первыми выделили в 1855 (независимо друг от друга) немецкий химик Роберт Бунзен и англичанин О.Матиссен. Как и Дэви, они получали литий электролизом, только электролитом в их опытах служил расплав хлорида лития. Первое промышленное производство лития было налажено в Германии в 1923. Металлический литий и сейчас получают электролизом расплавленной смеси 55% хлорида лития и 45% хлорида калия при ~450° С. Выделяющийся на аноде хлор – ценный побочный продукт.

Для получения лития иногда применяют и восстановление другими элементами, образующими устойчивые оксиды:

2Li₂O + Si = SiO₂ + 4Li

Сегодня в мире производится более 1000 т лития в год.

Металлический литий был впервые использован в коммерческих целях в 1920-е в виде сплава со свинцом для изготовления подшипников. Сейчас он применяется в производстве высокопрочных легких алюминиевых сплавов для строительства самолетов. С магнием литий образует чрезвычайно легкие сплавы, используемые для изготовления бронированных пластин и элементов космических объектов. Например, сплав, содержащий 14% лития, 1% алюминия и 85% магния, имеет плотность 1,35 г см–3.

Литий стал эффективным средством для удаления из расплавленных металлов растворенных в них газов. Небольшими добавками лития легируют чугун, бронзы, монель-металл (сплав, выплавляемый из медно-никелевых руд), а также сплавы на основе магния, алюминия, цинка, свинца и некоторых других металлов.

Мелкодисперсный элементарный литий намного ускоряет реакцию полимеризации изопрена. Расплавленный металлический литий-7, имеющий малое сечение захвата тепловых нейтронов, используется в качестве теплоносителя в ядерных реакторах.

В будущем, возможно, перспективными источниками электроэнергии станут системы из батарей Li/FeS_x. Эти батареи похожи на обычные свинцовые кислотные батареи наличием твердых электродов (отрицательный из сплава Li/Si, положительный из FeS_x) и жидкого электролита (расплав LiCl/KCl при 400° С).

Как получают литий

Сказать, что литий получают электролизом — значит, почти ничего не сказать. Электролиз — лишь последняя стадия производства этого рассеянного элемента. Даже в сподумене и амблигоните — самых богатых литием минералах — содержание окиси элемента № 3 редко превышает 7%.
Один из распространенных методов извлечения лития из сподумена — обработка раздробленного минерала серной кислотой. При этом образуются окиси кремния и алюминия и растворимый в воде сульфат лития. Его выщелачивают водой и превращают сначала в карбонат, а затем в хлорид, который идет на электролиз.
ЛИТИЙ И КРЕМНИЙ. Силицид лития — соединение, полученное еще в прошлом веке, но его формула, а следовательно, и состав до сих пор не считаются окончательно установленными. Первым получил это вещество известный французский ученый Анри Муассан. Он нагревал в вакууме до 400 — 500°С смесь лития и кремния и получал легкие (чуть тяжелее воды) голубоватые кристаллы. Согласно Муассану, формула этого соединения Li₆Si₂. Эта формула и вызывает сомнения. Абсолютно достоверного ответа на вон рос, прав Муассан или нет, не получено не только оттого, что силицид лития не нашел пока практического применения, но и потому, что это соединение сложно получать, а исследовать еще сложнее. На воздухе силицид лития быстро разлагается.

Литий в психотерапии

Медики не раз наблюдали, что некоторые соединения лития (в соответствующих дозах, разумеется) оказывают положительное влияние на больных, страдающих маниакальной депрессией. Объясняют этот эффект двояко. С одной стороны, установлено, что литий способен регулировать активность некоторых ферментов, участвующих в переносе из межклеточной жидкости в клетки мозга ионов натрия и калия. С другой стороны, замечено, что ионы лития непосредственно воздействуют на ионный баланс клетки. А от баланса натрия и калия зависит в значительной мере состояние больного: избыток натрия в клетках характерен для депрессивных пациентов, недостаток — для страдающих маниями. Выравнивая натрий-калиевый баланс, соли лития оказывают положительное влияние и на тех, и на других.
В КАРДИОСТИМУЛЯТОРЕ. В последние годы появилась серия публикаций о чрезвычайно миниатюрных электрохимических источниках тока (батареях, аккумуляторах) с различными соединениями лития. Такие батареи работают, в частности, в новых стимуляторах сердечной деятельности.
ИОДИД ЛИТИЯ — КАТАЛИЗАТОР. Как недавно установили химики иркутского Института органической химии, реакцию ацетиленовых углеводородов с некоторыми кремнийорганическими соединениями хорошо ускоряет катализатор, в состав которого, наряду с соединением платины, входит иодид лития.

Список препаратов

Через аптечную сеть реализуется множество нормотимиков, которые отличаются по главному действующему веществу. Рассмотрим некоторые препараты, список лучших из них представлен ниже.

Вальпарин

Применяют для лечения эпилепсии различного генеза, в комплексной терапии маниакально-депрессивного состояния. Таблетки пьют от двух до трех раз в сутки во время или после приема пищи. В период терапии запрещены алкогольные напитки и рекомендована диета из-за риска увеличения массы тела.

Конвулекс

Показания к применению Конвулекса: органические заболевания мозга, расстройства поведения, фебриальные судороги. Дозировка назначается индивидуально для каждого пациента. Обычно выписывают 10-15 мг на один килограмм веса в сутки с последующим увеличением. Частота приема – от двух до трех раз в день. Со стороны системы пищеварения возможны побочные явления в виде диареи, тошноты, запора.

Конвульсофин-ретард

Популярный препарат для лечения и профилактики биполярных расстройств создан на основе вальпроевой кислоты. Запрещено принимать его детям до шести лет. Средняя суточная доза для взрослого составляет 20 мг в сутки на килограмм массы тела.

Актинервал

Нормотимик применяют для профилактики приступов при синдроме алкогольной абстиненции и аффективных психозах. Частоту приема врач устанавливает индивидуально. Начальная доза для взрослых составляет от 100 до 400 мг.

Зептол

Действующим веществом является карбамазепин. Зептол принимают по 200 мг дважды в сутки с постепенным увеличением дозировки. Длительность курса устанавливает лечащий доктор. Противопоказан детям до 5 лет.

Финлепсин

Таблетки обладают антипсихотическим, противоэпилептическим и анальгезирующим действием. Применяется для купирования судорог различного происхождения, лечения психических расстройств, которые сопровождаются повышенной тревогой. Начальная и поддерживающая дозировка – от 200 до 400 мг в день.

Сероквель

Представляет собой антипсихотическое средство, которое рекомендовано при острых и хронических психозах, в том числе при шизофрении. Действующее вещество – кветиапин. Дозировка Сероквеля, как нормотимика, составляет 50 мг в сутки у взрослых и 25 мг для пожилых людей. После количество увеличивают по схеме. Точную дозировку рассчитывают, исходя из клинического эффекта и индивидуальной чувствительности пациента.

Некоторые из препаратов, входящих в этот список, без рецепта врача не отпускаются. Например, Сероквель, Конвулекс.

Тимоизолептики – нормотимики нового поколения. Они считаются более эффективными средствами. Тимоизолептики снижают риск ремиссии и дают положительный эффект за короткий срок. Они не вызывают привыкания и не приводят к развитию депрессии. К ним относятся:

Циклодол

Противопаркинсоническое средство способствует устранению двигательных нарушений. Начальная доза составляет от 0,5 до 1 мг в сутки. Со стороны ЦНС возможны побочные действия в виде головной боли, раздражительности.

Лития карбонат

Карбонат лития применяют при маниакальных эпизодах, гипомании, синдроме алкогольной зависимости и других проблемах с психикой. Не совместим препарат с этанолсодержащими напитками. В сочетании с нейролептиками и антидепрессантами может увеличиваться вес тела. Дозировку назначают, исходя из концентрации лития в крови. Обычно она составляет от 900 до 2400 мг в стуки. Дозу делят на 3-4 приема.

Ламотриджин

Противоэпилептическое средство Ламотриджин угнетает процессы высвобождения глутаминовой кислоты. Его назначают для лечения припадков при синдроме Леннокса-Гасто, в качестве профилактического препарата от депрессии, различных маний. Суточная дозировка составляет от 100 до 200 мг.