리튬

리튬은 표준 상태에서 고체인 원소 중 가장 가벼우며, 밀도는 약 $0.534\text{ g/cm}^3$로 물의 절반 수준이다. 금속 중에서는 매우 무른 편에 속하여 칼로 쉽게 자를 수 있다. 갓 자른 단면은 은백색의 금속 광택을 띠지만, 공기 중의 산소 및 수분과 빠르게 반응하여 검은색이나 회색으로 변색된다.

또한 리튬은 모든 고체 원소 중에서 가장 높은 비열($3.582\text{ J/g·K}$)을 가지고 있어 열전달 매체로도 유용하다. 불꽃 반응 시에는 특유의 진홍색 빛을 내는 특징이 있다.

주기율표 1족에 속하는 알칼리 금속으로, 최외각 전자가 1개여서 반응성이 매우 크다. 물과 접촉하면 수산화 리튬($LiOH$)과 수소 가스($H_2$)를 생성하며 반응한다. 나트륨이나 칼륨에 비해서는 반응 속도가 상대적으로 완만하지만, 여전히 위험성을 내포하고 있다.

특이하게도 리튬은 표준 상태에서 질소($N_2$)와 직접 반응하여 질화 리튬($Li_3N$)을 형성하는 유일한 금속이다. 이러한 높은 반응성 때문에 순수한 리튬 금속은 공기와의 접촉을 차단하기 위해 미네랄 오일(기름) 속에 담가 보관하거나 아르곤과 같은 비활성 기체 환경에서 취급한다. 피부에 닿을 경우 부식성으로 인해 화상을 입을 수 있다.

리튬은 1817년 스웨덴의 화학자 요한 아르프베드손(Johan August Arfwedson)이 우토 섬에서 채굴된 페탈라이트(엽장석) 광물을 분석하던 중 처음으로 발견하였다. 1818년 영국의 험프리 데이비와 윌리엄 토마스 브란데가 전기 분해를 통해 소량의 순수한 리튬을 분리하는 데 성공하였다.

이후 1855년 독일의 로버트 분젠과 영국의 오거스터스 매티슨이 염화 리튬($LiCl$)을 전기 분해하여 대량의 리튬 금속을 얻을 수 있는 공정을 확립하면서 산업적 이용의 기틀이 마련되었다.

리튬은 현대 산업에서 다방면으로 활용된다.

• 배터리: 높은 전기 화학적 잠재력을 지니고 있어 리튬 이온 배터리의 음극재 및 핵심 소재로 쓰인다. 전기 자동차, 스마트폰, 노트북 등 충전식 전지가 필요한 모든 기기에 필수적이다.
• 유리 및 세라믹: 산화 리튬 형태로 첨가되어 유리의 녹는점을 낮추고 내열성을 강화하며, 세라믹의 열팽창 계수를 줄이는 데 사용된다.
• 윤활제: 스테아린산 리튬은 고온에서도 점도를 유지하는 특성이 있어 산업용 그리스(윤활제)의 주성분으로 이용된다.
• 합금: 알루미늄, 마그네슘 등과 합금하여 항공기나 우주선 제작에 필요한 가볍고 강한 소재를 만드는 데 쓰인다.
• 의학: 탄산 리튬($Li_2CO_3$) 등의 화합물은 조울증(양극성 장애) 치료를 위한 기분 조절제로 처방된다.

리튬은 지각에 약 0.006% 존재하며, 주로 스포듀민, 페탈라이트와 같은 광석이나 염호(소금 호수)의 소금물(브라인)에서 추출한다. 주요 생산국으로는 호주, 칠레, 중국, 아르헨티나 등이 꼽히며, 최근에는 볼리비아와 체코 등에서도 대규모 매장지가 확인되어 주목받고 있다.

전기 자동차 시장의 폭발적인 성장으로 인해 리튬의 수요는 급격히 증가해 왔으나, 2025년 전후로는 공급망 확대와 수요 성장세의 일시적 둔화가 맞물리며 가격이 조정되거나 안정화되는 추세를 보이기도 한다.