Arfw…Wer?

Am 12. Januar 2017 feierte er seinen 225sten Geburtstag, der Chemiker Johan August Arfwedson. Geboren im Skagersholm, Schweden, als Sohn einer reichen Kaufmannsfamilie, wurde er zuhause unterrichtet und begann mit 14 Jahren ein Studium der Rechts- und Bergbauwissenschaften an der Uppsala Universität. Nach einer Begegnung mit dem schwedischen Mediziner und Chemiker Jöns Jacob Berzelius, wurde Arfwedson in seinem Labor tätig und analysierte Mineralien, wobei er das Lithium entdeckte!

Bei der Untersuchung des Minerals Petalit (LiAlSi4O10) 1817, konnte er das enthaltene Siliziumdioxid- (SiO2) und Aluminiumdioxidgehalt (Al2O3) bestimmen, wobei diese aber in der Summe nicht 100 Prozent ergaben. Das heißt also, dass noch etwas anderes enthalten sein musste. In weiteren Experimenten ergab sich, dass es sich hierbei um ein Alkalimetall handelte, das den Namen „Lithium“ (Li; Steinmetall) erhielt. Wer an dieser Stelle mehr über die Eigenschaften von Lithium wissen möchte, wird hier fündig: https://www.phywe.de/de/eigenschaften-von-lithium-natrium-und-kalium.html

Es gelang Arfwedson jedoch nicht, das Element in seiner metallischen Reinform zu isolieren. Dies gelang erstmals Sir Humphrey Davy und William Thomas Brande im Jahre 1818 mittels Elektrolyse von Lithiumoxid (Li2O). Das silbrig weiße Lithium ist das 3. Element im Periodensystem (https://www.phywe.de/de/online-periodensystem/). Es ist weich und leichter als Wasser, aber trotzdem ein Metall, das Strom leitet.

Wir nutzen es fast alle tagtäglich…So ist Lithium zum Beispiel in Akkus enthalten. Diese Lithium-Ionen-Akkus sind besonders leistungsstark und haben nur ein geringes Gewicht. Darum werden sie unter anderem für Smartphones, Laptops und E-Zigaretten verwendet.

Das Prinzip:

Der Strom erreicht die Lithium-Ionen-Zelle über elektrisch-leitfähige Schichten – Aluminium (Al) und Kupfer (Cu).

Der Akku besteht aus zwei Halbzellen: Die eine Elektrode enthält Lithium-Metalloxide in Schichtstruktur (LixMO2-Elektrode), während die andere Elektrode zumeist aus Graphit (Kohlenstoff) besteht. Es herrscht an beiden Elektronen ein chemisches Gleichgewicht, wodurch der reversible Austausch der Li+-Ionen zustande kommt, die sich dabei durch einen wasserfreien Elektrolyten (elektrisch leitfähige Substanz) bewegen.

Beim Entladen, das heißt, wenn das Gerät eingeschaltet ist, in dem der Akku verbaut ist, trennen sich die zwischen zwei Graphitschichten „eingelagerten“ Lithiumatome von ihren negativ-geladenen Elektronen (e), wodurch positiv-geladenen Lithium-Ionen (Li+) entstehen. Diese wandern jetzt aus dem „Wirtsgitter“ der Graphitelektrode durch eine Membran (Separator) in Richtung der LixMO2-Elektrode, während die Elektronen über den äußeren Stromkreis zur positiven LixMO2-Elektrode wandern, die zumeist die Übergangsmetalle Cobalt (LiCoO2), Nickel (LiNiO2) oder Mangan (LiMn2O4) enthält. Die Elektronen werden dort von den Übergangsmetallverbindungen aufgenommen. Beim Aufladen wechseln der Plus- und der Minus-Pol. Die Elektronen trennen sich vom Metall und wandern durch die Stromquelle zurück zum Graphit. Ebenso durchqueren auch die Lithium-Ionen den Separator in umgekehrter Richtung, wo die positiv-geladenen Lithium-Ionen die negativ-geladenen Elektronen wieder aufnehmen. Der Akku ist geladen!

Wussten Sie…

  • dass Lithium-Ionen-Akkus als Gefahrgut beim Versand per Luftpost gelten?
  • dass Lithium-Ionen-Akkus keinen Memory-Effekt (Kapazitätsverlust) haben und man sie deswegen vor dem erneuten Aufladen nicht völlig entladen muss? Dies würde beispielsweise bei einem Nickel-Cadmium-Akku zu einer verkürzten Lebensdauer und einer verringerten Leistung führen.
  • dass Lithiumsalze, zum Beispiel Lithiumcarbonat (Li2CO3), als Wirkstoff zur Behandlung von Depressionen, Manien oder biopolaren Störungen eingesetzt werden?

Arfwedson gründete 1819 sein eigenes Labor und beschäftigte sich mit der Analyse verschiedener Mineralien und mehrerer Uranverbindungen. Um seine wissenschaftlichen Beiträge auf dem Gebiet der Mineralogie zu würdigen, benannte der britische Wissenschaftler Henry James Brooke sogar ein neu entdecktes Mineral nach ihm („Arvedsonit“).

Johan August Arfwedson verstarb am 28. Oktober 1841 in Hedensö, Schweden.

Weiterführende Informationen finden Sie hier:

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.