Свойства и применение лития и его соединений.

Литий - химический элемент первой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева, подгруппы щелочных металлов, порядковый номер 3, атомный вес 6,94. Известны два изотопа лития Li6 и Li7 с относительной распространенностью 7,3 и 92,7%; получен радиоактивный изотоп с массовым числом 8. Радиус атома 1,56, радиус иона 0,78 А.
Литий был открыт в 1817 г. шведским химиком А. Арфведсоном при анализе минерала петалита. В свободном виде был получен в 1855 г. Р. Бунзеном и О. Матиссеном путем электролиза расплавленного хлористого лития.
Литий - металл серебристо белого цвета. Его плотность 0,534 г/см3 (при 20°). Температура плавления лития 180 температура кипения 1330°, Расширение при плазлении 1,51%.
Электропроводность лития составляет около 20% от электропроводности серебра, он обладает наибольшей среди металлов удельной теплоемкостью, равной 0,941 кал (при 20-100°); твердость лития по шкале твердости 0,6; по своей пластичности он напоминает свинец. Стойкость лития несколько выше стойкости остальных щелочных металлов; он плавится, не загораясь; температура его воспламенения 220-250°. Потенциал ионизации лития 5,37 в. Электродный потенциал: в расплаве 2,1 в, в растворе 3,0 в.
Зависимость давления паров лития от температуры характеризуется следующими цифрами (мм рт. ст.): 300°-5,07*10в-20, 400° - 4,78*10в-13, 500° - 6,54*10в-9, 600 - 3,36*10в-6, 700° - 2,83*10в-4, 800 - 7,76*10в-3, 900° - 0,101; 1000о - 0,782, 1100° - 4,16, 1200° - 16,7, 1300° - 54,0, 1350° - 91,0.
На воздухе литий быстро покрывается темно-красной пленкой, состоящей из нитрида Li3N (65-75%) и окиси лития Li2O (35-25%); поэтому хранить литий необходимо в герметически закрытых сосудах или в инертной жидкости.
Литий очень энергично реагирует с водородом, азотом, окислами и сульфидами, образуя нерастворимые в металлах химические соединения; соединения эти имеют небольшой удельный вес и легко всплывают на поверхность расплавленного металла. На этом основано действие лития как раскислителя и дегазатора, для чего он применяется обычно в виде 2%-ных лигатур с металлами (в первую очередь с медью, но может применяться и с кальцием), подлежащими дегазации и раскислению. Прибавление даже очень небольших количеств лития обеспечивает полное раскиление цветных металлов, хромоникелевой стали и чугуна.
На способности лития легко соединяться с азотом основано его использование для очистки инертных газов (гелия или аргона), требующихся в производстве титана, циркония и других металлов. Металлический литий находит применение для создания защитной атмосферы в закалочных и других печах, предназначенных для термообработки деталей; вдуваемый в расплавленном виде в герметизированную закалочную печь литий активно соединяется с вредными газами печной атмосферы.
Литий применяется в качестве одного из компонентов легких сплавов. Технические литиевые сплавы обычно содержат очень небольшие добавки лития. В большинстве случаев литий образует с другими металлами интерметаллические соединения; известны, например, соединения его с магнием (LiMg2) и алюминием (AlLi и AlLi2), найденные советским химиком П.Я. Сальдау. С магнием, алюминием и цинком литий образует твердые растворы значительных концентраций. Литий входит в состав некоторых легких сплавов высокой прочности на алюминиевой основе, например склерона (4% Cu и 0,1% Li), применяемых для изготовления деталей грузовых автомашин и основных рам трамвайных и железнодорожных вагонов Сплав магния с 11,5% Li, 5% Ag и 15% Cd имеет плотность 1,6 г/см3, предел текучести 30,2 кг/мм2 и относительное удлинение 8%.
Использование лития как компонента антифрикционных сплавов основано на образовании интерметаллических соединений, обладающих большой твердостью и высокой температурой плавления: SnLi7 - 783° (15,8% Li), ZnLi2 - 520° (17,6% Li), Pb2Li7 - 726° (10,1% Li) и др. Образование интерметаллического соединения Pb2Li7 придает свинцу повышенную твердость. Добавка 0,2% лития повышает твердость свинцоволитиевого сплава более чем в три раза по сравнению с твердостью свинца.
Металлический литий применяется в качестве катализатора в производстве синтетического каучука.
Особенно важное значение приобретает литий для производства атомной энергии. Достаточно сказать, что тритий можно получить в термоядерных реакторах при бомбардировке нейтронами дейтерия или таких элементов, как бор, азот и литий.
Исходным веществом для получения трития является изотоп лития Li6 Расширяя производство лития и отделяя изотоп Li6 от изотопа Li7, можно направлять первый на производство атомной энергии, а второй - в различные отрасли народного хозяйства.
До 1914 г литий производился только для экспериментальных целей. В период с 1914 по 1942 г. мировое производство лития составляло около 2,25 т в год. В 1942 - 1946 гг. США производили до 4,5 т лития в год, а в период с 1947 по 1952 г. около 13,5 т. Потребность промышленности США в металлическом литии в 1955 г. составляла до 450 т. На одну водородную бомбу требуется около 4 т металлического лития, этим объясняется быстрый рост производства этого металла в капиталистических странах мира.
Одновременно наблюдается быстрый рост производства соединений лития, имеющих важное значение для промышленности и техники. Так, производство соединений лития в США в пересчете на Li2O характеризуется следующими цифрами (т/год): 1947 г. - 120; 1950 г. - 445; 1954 г. - 2020; 1956 г. - 6500, а на 1957 г. планировалось более 10 тыс. т.
Окись лития Li2O - белый порошок. Плотность его 2,02 г/с.м3, температура плавления 1700°. При высокой температуре окись лития разъедает поверхность платины; она не взаимодействует с водородом, углеродом и окисью углерода. При нагревании выше 1000° начинает возгоняться.
Окись лития может быть получена путем термического разложения углекислой соли лития или его гидрата окиси. Окись лития - исходный материал при вакуум-термическом получении лития.
Углекислый литий Li2CO3 белый порошок. Плотность его 2,111 г/см3, температура плавления 732°, коэффициент преломления 1,567. Упругость диссоциации (мм рт. ст.): при 610° - 1; при 723° - 4; при 810° - 15; при 888° - 32, при 965° - 63; при 1270° - 760. Карбонат лития испаряется при нагревании; он трудно растворяется в воде и на этом основано его отделение от карбонатов других щелочных металлов.
Из углекислого лития можно получить любой галогенид лития, а также металлический литий.
Гидрат окиси лития LiOH - белый порошок. Плотность его 2,54 г/см3, температура плавления 445°, температура кипения 925°. При нагревании гидрат окиси лития разлагается с образованием окиси лития и паров воды Упругость диссоциации (мм рт. ст.): при 520° - 2; при 610° -23; при 670° - 61; при 724° - 121, при 812° - 322; при 925° - 760. При высокой температуре гидрат окиси летит. Растворимость гидрата окиси лития в воде значительно меньше, чем гидратов окисей других щелочных металлов, на этом и основано его отделение.
Гидрат окиси лития - исходный материал для производства других литиевых соединений, галогенидов, углекислого лития и т. д. Добавка 50 г гидрата окиси лития на 1 л электролита щелочных аккумуляторов повышает их емкость на 20% и увеличивает вдвое срок службы. Применение гидрата окиси лития для производства литиевых солей ряда органических кислот, например стеариновой, позволяет получить специальные смазки, не замерзающие при низких температурах (-50°) и не разлагающиеся при высоких температурах (120-150°). Эти смазки применяются и в порошковой металлургии в качестве внутренней связки, позволяющей получить наибольшую плотность брикетов при пониженных давлениях. Высокая точка плавления стеарата лития позволяет использовать его в производстве винипластов.
Хлористый литий LiCl - белое кристаллическое вещество Плотность его 2,068 г/см3, температура плавления 614°, температура кипения - 1360° Упругость паров хлористого лития (мм рт. ст.): при 783°- 1, при 880° - 2, при 932° - 10; при 1045° - 40; при 1129° - 100; при 1290° - 400, при 1360° - 760.
Хлористый литий обладает высокой гигроскопичностью, но легко обезвоживается; это позволяет применять его в установках по кондиционированию воздуха и на производствах, где необходимо сохранять постоянную влажность (синтетическое и натуральное волокно, прецизионное машиностроение, полиграфия). Обезвоженный хлористый литий служит исходным сырьем для получения лития электролитическим способом.
Фтористый литий LiF - белый кристаллический порошок. Плотность его 2,295 г/см3, температура плавления 870°, температура кипения 1670° Плохо растворяется в воде.
Фтористый литий применяется в качестве добавки при электролитическом получении лития. Он нашел применение в производстве инфракрасной и ультрафиолетовой оптики; крупные прозрачные искусственные кристаллы фтористого лития служат для приготовления из них оптических систем. Фтористый и хлористый литий используются в качестве флюса при сварке алюминия и его сплавов.
Гидрид лития LiH - белое кристаллическое вещество. Плотность его 0.75 г/см3, температура плавления 680°, упругость диссоциации при 850° составляет 760 мм рт. ст. Гидрид лития образуется при взаимодействии металлического лития и водорода при повышенных температурах (450-500°), наибольшей скорости реакция достигает при 650°.
Гидрид лития - сильный восстановитель. При взаимодействии 1 кг гидрида с водой выделяется 2,8 м3 водорода. Поэтому гидрид лития используется как средство получения водорода для сигнальных и спасательных целей в морском флоте и в морской авиации, для заполнения выделяющимся при попадании в воду водородом спасательных поясов или сигнальных буйков.
Гидрид лития находит все более широкое применение при синтезе различных органических соединений, например полимеризации этилена, получении более реакционноопособных литиевых алкилов и арилов, определении ароматических нитросоединений и многих других реакциях органического синтеза.
Карбид лития Li2C2 - бесцветные или серые кристаллы. Образуется при взаимодействии лития с углеродом при температуре 650-700°; очень бурно реагирует с водой с образованием углерода и гидрата окиси лития.
Нитрид лития Li3N - очень темное, с зеленоватым оттенком вещество с металлическим блеском. Плавится при 845° и может быть переплавлен в атмосфере азота или в вакууме. Взаимодействие лития с азотом начинается при комнатной температуре и заметно возрастает с повышением температуры. При взаимодействии с водой нитрид лития выделяет аммиак.
Перекись лития Li2O2 содержит до 35% освобождаемого кислорода и поэтому может являться безбаллонным источником для получения этого газа, например в целях освежения воздуха в изолированных помещениях (при кесонных работах, в подводных лодках, самолетах и т. п.).
Все перечисленные выше соединения лития находят все большее применение в различных областях промышленности.

На долю этих трех распространеннейших элементов приходилось 96% веса минерала.
Теперь оставалось выяснить химическую природу веществ, составляющих оставшиеся 4%. Эти вещества, будучи отделенными от Si, Al и O 2 и растворенными в воде, придавали раствору щелочные свойства.
На этом основании Арфведсон предположил, что в минерале есть некий щелочной металл. Одна из солей этого металла растворялась в воде в шесть раз лучше, чем аналогичные соли калия и натрия . А поскольку в то время были известны лишь два щелочных металла, Арфведсон решил, что открыл новый элемент, подобный натрию и калию.
С виду минерал, в котором нашли новый элемент, был камень как камень, и потому Берцелиус предложил Арфведсону назвать новый элемент литием. Тот, видимо, не стал спорить, ибо это название сохранилось до наших дней. В большинстве европейских языков, как и в латыни, элемент № 3 называется Lithium.
На этом история элемента № 3 не заканчивается. Это очень своеобразный элемент, и не только потому, что литий - первый среди металлов по легкости и удельной теплоемкости , а также по положению в ряду напряжений металлов. Говорить о том, что история лития продолжается, можно хотя бы потому, что некоторые соединения лития, да и сам металл в последнее время приобрели исключительную важность для судеб всего мира.
Поэтому слово «история» в подзаголовках этой статьи нам кажется оправданным.

Как открыли литий

Иоганн Август Арфведсон (1792-1841) - шведский химик, первооткрыватель лития. В 1817 г., занимаясь анализом минерала петалита LiAl(Si 4 O 10), ученый обнаружил присутствие в минерале «огнепостоянной щелочи до с их пор неизвестной природы». Берцелиус предложил назвать ее литионом, поскольку это была первая щелочь, найденная в «царстве минералов». Отсюда и произошло название литий
Когда-то давным-давно, в доисторические времена, происходил синтез элементов Вселенной. Несколько позже, но тоже в неопределенно далеком прошлом шли процессы формирования нашей планеты. На этой стадии литий проник более чем в 150 минералов, из них около 30 стали собственными минералами лития. Промышленное значение приобрели только пять: сподумен LiAl, лепидолит KLi1 5 Al 15 (F, ОН) 2 , петалит - минерал, в котором литий обнаружен впервые, LiAl, амблигонит LiAl (F, ОН) и циннвальдит KLi (Fe, Mg)Al (F, ОН) 2 .
Географически промышленные запасы элемента № 3 распределились довольно равномерно: промышленные месторождения минералов лития есть на всех континентах. Важнейшие из них находятся в Канаде, США, СССР, Испании, Швеции, Бразилии, Австралии, а также в странах Южной Африки.
Слово «древняя» здесь употребляется весьма условно - речь пойдет о временах, не столь отдаленных.
Человечество знакомо с литием чуть больше полутора веков, и этот раздел нашего рассказа охватит годы с 1817 по 1920. Это время познания лития как химического индивидуума, время получения и исследования его многих соединений и не очень широкого применения некоторых из них.
Вскоре после открытия Арфведсона новым элементом заинтересовались многие химики. В 1818 г. немецкий химик Л. Гмелин установил, что соли лития окрашивают бесцветное пламя в карминовокрасный цвет. Вскоре сам Арфведсон обнаружил литий в сподумене , позже ставшем важнейшим минералом элемента № 3, и в лепидолите. В 1825 г. Йенс Якоб Берцелиус нашел литий в водах германских минеральных источников. Вскоре выяснилось, что этот элемент есть и в морской воде (710-6%).
Металлический литий впервые получил выдающийся английский ученый Хэмфри Дэви в 1818 г. Тогда и выяснилось, что литий очень легок, почти вдвое легче воды, и что он обладает ярким металлическим блеском. Но этот блеск серебристо-белого лития можно увидеть только в том случае, если металл получают в вакууме: как и все щелочные металлы, литий быстро окисляется кислородом воздуха и превращается в окись - бесцветные кристаллы кубической формы. Li 2 O легко, но менее энергично, чем окислы других щелочных металлов, соединяется с водой, превращаясь в щелочь - LiOH. И эти кристаллы бесцветны. В воде гидроокись лития растворяется хуже, чем гидроокиси калия и натрия. Как бесцветные кристаллы, выглядят и литиевые соли галогеноводородных кислот.

Иодид, бромид и хлорид лития весьма гигроскопичны, расплываются на воздухе и очень хорошо растворяются в воде. Фторид лития, в отличие от них, в воде растворяется очень слабо и практически совсем не растворяется в органических растворителях. Еще в прошлом веке это вещество начали применять в металлургии как компонент многих флюсов.
В значительных количествах металлический литий первыми получили в 1855 г. (независимо друг от друга) немецкий химик Р. Бунзен и англичанин О. Матиссен. Как и Дэви, они получали литий электролизом, только электролитом в их опытах служил расплав не гидроокиси, а хлорида лития. Этот способ до сих пор остается главным промышленным способом получения элемента № 3. Правда, теперь в электролитическую ванну помещают смесь LiCl и KCl и подбирают такие характеристики тока, чтобы на катоде осаждался только литий. Выделяющийся на аноде хлор - ценный побочный продукт.
Есть и другие способы получения металлического лития, но всерьез конкурировать с электролитическим они пока не могут.
Еще в XIX в. были получены соединения лития с почти всеми элементами периодической системы и с некоторыми органическими веществами. Но практическое применение нашли лишь немногие из них. В 1912-1913 гг. мировое производство лития и его соединений не превышало 40 - 50 т.
В 1919 г. вышла брошюра В.С. Сырокомского «Применение редких элементов в промышленности». Есть в ней, в частности, и такие строки: «Главнейшее применение литий находит в данный момент в медицине, где углекислый и салициловокислый литий служат средством для растворения мочевой кислоты, выделяющейся в организме человека при подагре и некоторых других болезнях...»

Литий в средних веках

«Средние века» истории лития - это всего три десятилетия, 20, 30, 40-е годы нашего века. В эти годы литий и его соединения пришли во многие отрасли промышленности, в первую очередь в металлургию, в органический синтез, в производство силикатов и аккумуляторов.
Литий имеет сродство к кислороду, водороду, азоту. Последнее особенно важно, так как ни один элемент не реагирует с азотом так активно, как литий. Эта реакция, хотя и медленно, идет уже при комнатной температуре, а при 250°С ход ее значительно ускоряется. Литий стал эффективным средством для удаления из расплавленных металлов растворенных в них газов. Небольшими добавками лития легируют чугун, бронзы, монель-металл*2*, а также сплавы на основе магния , алюминия , цинка , свинца и некоторых других металлов.

Установлено, что литий в принципе улучшает и свойства сталей - уменьшает размеры «зерен», повышает прочность, но трудности введения этой добавки (литий практически нерастворим в железе и к тому же он закипает при температуре 1317°С) помешали широкому внедрению лития в производство легированных сталей.
Соединения лития нужны и в силикатной промышленности. Они делают стеклянную массу более вязкой, что упрощает технологию, и, кроме того, придают стеклу большую прочность и сопротивляемость атмосферной коррозии. Такие стекла, в отличие от обычных, частично пропускают ультрафиолетовые лучи, поэтому их применяют в телевизионной технике. А в производстве оптических приборов довольно широко стали использовать кристаллы фтористого лития, прозрачные для ультракоротких волн длиной до 1000 А.
В химической промышленности стали применять металлический литий и литийорганические соединения. В частности, мелкодисперсный элементный литий намного ускоряет реакцию полимеризации изопрена, а бутиллитий - дивинила.
По химическим свойствам литий напоминает не только (и не столько) другие щелочные металлы, но и магний. Литийорганические соединения применяют там же, где и магнийорганические (в реакциях Гриньяра), но соединения элемента № 3 - более активные реагенты, чем соответствующие гриньяровские реактивы.
В годы второй мировой войны стало стратегическим материалом одно соединение лития, известное еще в прошлом веке. Речь идет о гидриде лития - бесцветных кристаллах, приобретающих при хранении голубоватую окраску.
Из всех гидридов щелочных и щелочноземельных металлов гидрид лития - самое устойчивое соединение. Однако, как и прочие гидриды, LiH бурно реагирует с водой. При этом образуются гидроокись лития и газообразный водород. Это соединение стало служить легким (оно действительно очень легкое - плотность 0,776) и портативным источником водорода - для заполнения аэростатов и спасательного снаряжения при авариях самолетов и судов в открытом море. Из килограмма гидрида лития получается 2,8 м 3 водорода...
Примерно в то же время стал быстро расти спрос еще на одно соединение элемента № 3 - его гидроокись. Как оказалось, добавка этого вещества к электролиту щелочных аккумуляторов примерно на одну пятую увеличивает их емкость и в 2 - 3 раза - срок службы.
К началу второй мировой войны производство литиевых концентратов в капиталистических странах достигло 3 тыс. т. Для такого рассеянного элемента, как литий, это много. Но эта же цифра покажется весьма скромной, если сравнить ее с данными 1978 года: более 25 000 т в пересчете на Li 2 CO 3 . Этот бурный рост объясняется прежде всего тем, что во второй половине XX века литий стал «атомным» металлом и, если можно так выразиться, разносторонне атомным.
К этому времени уже во многих странах работали ядерные реакторы или, как их тогда называли, атомные котлы. Конструкторов этих котлов по многим причинам не устраивала вода, которую приходилось применять в качестве теплоносителя.
Появились реакторы, в которых избыточное тепло отводилось расплавленными металлами, в первую очередь натрием и калием.
Но по сравнению с этими металлами у лития много преимуществ. Во-первых, он легче. Во-вторых, у него больше теплоемкость. В-третьих, меньше вязкость. В-четвертых, диапазон жидкого состояния - разница между температурами плавления и кипения - у лития значительно шире. Наконец, в-пятых, коррозионная активность лития намного меньше, чем натрия и калия.
Одних этих преимуществ было бы вполне достаточно для того, чтобы сделать литий «атомным» элементом. Но оказалось, что ему суждено стать одним из незаменимых участников реакции термоядерного синтеза.
...Пожалуй, строительство завода по разделению изотопов лития - единственный в своем роде факт из истории американского предпринимательства. Контракт на строительство этого завода заключил банкрот, и тем не менее строительство велось буквально в бешеном темпе. Банкротом был не кто иной, как Комиссия по атомной энергии. Средства, отпущенные на создание «сверхбомбы», были израсходованы полностью, но ничего реального у физиков не получалось. Было это в июле 1951 г. А о том, что при реакции соединения ядер тяжелых изотопов водорода - дейтерия и трития - должна высвободиться энергия, во много раз большая, чем при распаде ядер урана , знали намного раньше. Но на пути этого превращения лежало одно неразрешимое, казалось, противоречие.
Для того чтобы смогли слиться ядра дейтерия и трития, нужна температура порядка 50 млн. градусов. Но для того чтобы реакция пошла, нужно еще, чтобы атомы столкнулись. Вероятность такого столкновения (и последующего слияния) тем больше, чем плотнее «упакованы» атомы в веществе. Расчеты показали, что это возможно только в том случае, если вещество находится хотя бы в жидком состоянии. А изотопы водорода становятся жидкостями лишь при температурах, близких к абсолютному нулю.
Итак, с одной стороны, необходимы сверхвысокие температуры, а с другой - сверхнизкие. И это - в одном и том же веществе, в одном и том же физическом теле!
Водородная бомба стала возможной только благодаря разновидности гидрида лития - дейтериду лития-6. Это соединение тяжелого изотопа водорода - дейтерия и изотопа лития с массовым числом 6.
Дейтерид лития-6 важен по двум причинам: он - твердое вещество и позволяет хранить «сконцентрированный» дейтерий при плюсовых температурах, и, кроме того, второй его компонент - литий-6 - это сырье для получения самого дефицитного изотопа водорода - трития. Собственно, 6Li - единственный промышленный источник получения трития:
63Li + 10n -+ 31H + 42He.Нейтроны, необходимые для этой ядерной реакции, дает взрыв атомного «капсюля» водородной бомбы, он же создает условия (температуру порядка 50 млн. градусов) для реакции термоядерного синтеза.
В США идею использовать дейтерид лития-6 первым предложил доктор Э. Теллер. Но, по-видимому, советские ученые пришли к этой идее раньше: ведь не случайно первая термоядерная бомба в Советском Союзе была взорвана почти на полгода раньше, чем в США, и тем самым был положен конец американской политике ядерного и термоядерного шантажа.
Для атомной техники важно еще одно моноизотопное соединение лития - 7LiF. Ono применяется для растворения соединений урана и тория непосредственно в реакторах.
Кстати, как теплоноситель в реакторах применяется именно лптий-7, имеющий малое сечение захвата тепловых нейтронов, а не природная смесь изотопов элемента № 3.
Вот уже много лет ученые во всем мире работают над проблемой управляемого, мирного термоядерного синтеза, и рано или поздно эта проблема будет решена. Тогда «демилитаризуется» и литий. (Этот странный оборот - производное заголовка зарубежной статьи, попавшейся несколько лет назад на глаза одному из авторов этого рассказа: статья называлась «Литий милитаризуется».) Но независимо от того, как скоро это произойдет, бесспорна справедливость другого высказывания.
Оно заимствовано нами из «Краткой химической энциклопедии»:

Содержание статьи

ЛИТИЙ (Lithium) Li, химический элемент 1-й (Ia) группы Периодической системы, относится к щелочным элементам. Атомный номер 3, относительная атомная масса 6,941. Состоит из двух стабильных изотопов 6 Li (7,52%) и 7 Li (92,48%). Искусственным путем получены еще два изотопа лития: у 8 Li период полураспада равен 0,841 с, а у 9 Li 0,168 с.

Степень окисления +1.

Литий был открыт в 1817 шведским химиком и минералогом Августом Арфведсоном (Arfvedson August) (1792–1841), когда он работал в качестве ассистента в лаборатории Йёнса Якоба Берцелиуса . На основании химического анализа петалита (LiAlSi 4 O 10) Арфведсон предположил, что в этом слоистом силикатном минерале есть некий щелочной элемент. Он отметил, что его соединения похожи на соединения натрия и калия, однако карбонат и гидроксид менее растворимы в воде. Арфведсон предложил для нового элемента название литий (от греческого liqoz – камень), указывающее на его происхождение. Он показал также, что этот элемент содержится в сподумене (силикатный пироксен) LiAlSi 2 O 6 и в лепидолите (слюда), который имеет примерный состав K 2 Li 3 Al 4 Si 7 O 21 (OH,F) 3 .

В 1818 английский химик и физик Гемфри Дэви выделил металлический литий электролизом расплавленного гидроксида лития.

Распространение лития в природе и его промышленное извлечение.

Содержание лития в кристаллических горных породах составляет 1,8·10 –3 % по массе, что косвенно отражает относительное малую распространенность элемента во Вселенной. На Земле он имеет почти такую же распространенность как галлий (1,9·10 –3 %) и ниобий (2,0·10 –3 %). Промышленные месторождения минералов лития есть на всех континентах. Наиболее важным минералом является сподумен, большие месторождения которого имеются в США, Канаде, Бразилии, Аргентине, странах СНГ, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве и Конго.

Почти всю мировую добычу минералов лития контролируют три главных компании – Sons of Gwalia (Австралия), Tanco (Канада) и Bikita Minerals (Зимбабве). Добыча минералов лития за период 1994–2000 увеличилась с 6300 до 11 900 т. в год. При этом 50% мировых мощностей по добыче сподумена, лепидолита и других литиевых минералов в последние годы простаивает. Таким образом, есть необходимые резервы для наращивания объемов выпуска литиевой продукции и дефицит лития потребителям не грозит.

Для получения нужных соединений лития сподумен нагревают до ~1100° С, а затем промывают серной кислотой при 250° С и выщелачивают образовавшийся сульфат лития водой. Действием карбоната натрия или хлороводорода его переводят в карбонат или хлорид, соответственно. Другим способом хлорид может быть получен прокаливанием промытой руды с известняком (карбонатом кальция) при 1000° С с последующим выщелачиванием водой в виде гидроксида лития и действием хлороводорода. В США также широко используется добыча соединений лития из природных рассолов.

Потребление минералов лития распределяется следующим образом: 25% используют заводы по производству огнеупорных изделий, 20% идет в производство специальных сортов стекол, столько же – на изготовление керамических изделий и глазурей, 12% потребляет собственно химическая промышленность, 10% – металлургическая, 5% литиевых минералов используется в производстве стекловолокна и 8% идет на нужды других отраслей. К областям специального применения относится растущий рынок сегнетоэлектриков, таких как танталат лития, для модулирования лазерных лучей. Предполагается, что в будущем будет резко расти спрос на металл и его соли в производстве литиевых батарей, используемых в мобильных телефонах и переносных компьютерах (в 1990-х темпы роста составляли 20–30% в год). В то же время будет падать потребление карбоната лития в алюминиевой промышленности, где новые технологии вообще не предусматривают использование этой соли.

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/см 3).

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 Li 3 N (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 Li 2 O (с примесью пероксида Li 2 O 2),

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 NH 3 , соответственно). В таком растворе литий медленно реагирует с аммиаком с выделением водорода и образованием амида LiNH 2 .

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:

2Li 2 O + Si = SiO 2 + 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).

Соединения лития.

Литий большее сходен с магнием, чем со своими соседями по группе. Эта так называемая диагональная периодичность является следствием близости ионных радиусов элементов: R(Li +) 76 пм, R(Mg 2+) 72 пм; для сравнения R(Na +) 102 пм. Арфведсон первым отметил при открытии лития как нового элемента, что его гидроксид и карбонат значительно менее растворимы, чем соответствующие соединения натрия и калия, и что карбонат (подобно карбонату магния) легче разлагается при нагревании. Подобным образом, фторид лития (как и фторид магния) гораздо менее растворим в воде, чем фториды других щелочных элементов. Это связано с высокой энергией кристаллической решетки, образованной катионами и анионами малых размеров. Напротив, соли лития с большими неполяризуемыми анионами, такими как перхлорат-ион, значительно более растворимы, чем соли других щелочных элементов, вероятно, из-за высокой энергии сольватации катиона лития. По той же причинам безводные соли очень гигроскопичны.

Соли лития склонны к образованию гидратов, обычно тригидратов, например LiX·3H 2 O (X = Cl, Br, I, ClO 3 , ClO 4 , MnO 4 , NO 3 , BF 4 и т.д.). В большинстве этих соединений литий координирует шесть молекул Н 2 О, образуя цепочки из октаэдров с общими гранями. Сульфат лития, в отличие от сульфатов других щелочных элементов, не образует квасцы, так как гидратированный катион лития слишком мал, чтобы занять соответствующее место в структуре квасцов.

Оксид лития Li 2 O – единственный среди оксидов щелочных элементов, образующихся в качестве основного продукта при нагревании металла выше 200° С (на воздухе). Его получают и прокаливанием нитрата при 600° С (в присутствии меди):

4LiNO 3 = 2Li 2 O + 4NO 2 + O 2

Он образуется при нагревании нитрита лития выше 190° С или карбоната лития выше 700° С в токе высушенного водорода.

Оксид лития добавляют к смесям реагентов при твердофазном синтезе двойных и тройных оксидов для понижения температуры процесса. Он является компонентом рентгенопрозрачных стекол и стекол с небольшим температурным коэффициентом линейного расширения. Оксид лития добавляют в глазури и эмали. Он повышает их химическую и термическую стойкость и прочность, снижает вязкость расплавов.

Пероксид лития Li 2 O 2 в промышленности получают реакцией LiOH·H 2 O с пероксидом водорода с последующей дегидратацией гидропероксида острожным нагреванием при пониженном давлении. Это белое кристаллическое вещество разлагается до оксида лития при нагревании выше 195° С. Его используют в космических аппаратах для получения кислорода:

2Li 2 O 2 + 2CO 2 = 2Li 2 CO 3 +O 2

Гидроксид лития LiOH плавится при 470° С, при более высокой температуре испаряется и частично диссоциирует на оксид лития и воду:

2LiOH = Li 2 O + H 2 O

В парах при 820–870° С содержится 90% димера (LiOH) 2 .

Растворимость гидроксида лития в воде составляет 12,48 г на 100 г при 25° С. При выпаривании водных растворов гидроксида лития образуется моногидрат, который легко теряет воду при нагревании в инертной атмосфере или при пониженном давлении.

Гидроксид лития используется в производстве смазок на основе стеарата лития и для поглощения диоксида углерода в закрытых помещениях, например, в космических кораблях и на подводных лодках. Его преимущество по сравнению с другими щелочами – малая атомная масса. Добавка гидроксида лития к электролиту щелочных аккумуляторов примерно на одну пятую увеличивает их емкость и в 2–3 раза – срок службы.

Карбонат лития Li 2 CO 3 – наиболее промышленно важное соединение лития и исходное вещество для получения большинства других его соединений. В отличие от других солей лития, Li 2 CO 3 является безводным. Он мало растворим в воде, причем растворимость карбоната лития понижается с повышением температуры. При 25° С она равна 1,27 г на 100 г воды, а при 75° С – 0,85 г на 100 г воды.

Термическая устойчивость карбоната лития существенно ниже, чем аналогичных соединений других щелочных элементов. Выше температуры плавления (732° С) он разлагается:

Li 2 CO 3 = Li 2 O + CO 2

Карбонат лития используется в качестве флюса при нанесении фарфоровой эмали и в производстве специальных закаленных стекол, при этом ионы лития замещают более крупные ионы натрия. Соединение лития либо вводят в состав стеклянной шихты, либо натриевое стекло обрабатывают расплавом солей, содержащих ионы лития, чтобы вызвать обмен катионов на его поверхности.

Еще одна область применения карбоната лития – в производстве алюминия. Он на 7–10% увеличивает качество продукции за счет снижение температуры плавления электролита и увеличения силы тока. Кроме того, на 25–50% уменьшается нежелательное выделение фтора.

В 1949 было обнаружено, что небольшие (1–2 г) дозы карбоната лития при приеме через рот приводят к эффективному воздействию на маниакально-депрессивные психозы. Механизм воздействия еще не совсем понятен, однако побочные явления пока не обнаружены. Такие дозы поддерживают концентрацию лития в крови около 1 ммоль л –1 , и его действие может быть связано с влиянием лития на баланс Na/K и (или) Mg/Ca.

Нитрат лития LiNO 3 гигроскопичен и хорошо растворим в воде (45,8 масс. % при 25° С, то есть 6,64 моль л –1). Из водных растворов кристаллизуется в виде тригидрата.

Нитрат лития используется в виде низкотемпературных расплавов в лабораторных термостатах. Например смесь LiNO 3:KNO 3 (1:1) плавится при 125° С. Кроме того, нитрат лития применяют в пиротехнических смесях.

Фторид лития LiF мало растворим в воде (1,33 г/л при 25° С). Его получают взаимодействием гидроксида лития или солей лития с фтороводородом, фторидом аммония, гидродифторидом аммония или их водными растворами.

Еще в прошлом веке это вещество начали применять в металлургии как компонент многих флюсов. Фторид лития обладает термолюминесцентными свойствами. Он используется в рентгеновской и g -дозиметрии. Кристаллы фтористого лития, прозрачные для ультракоротких волн длиной до 100 нм, применяют в производстве оптических приборов, кроме того, фторид лития является компонентом электролитов при получении алюминия и фтора. Он входит в состав эмалей, глазурей, керамики, люминофоров и лазерных материалов.

Для атомной техники важно моноизотопное соединение пития – 7 LiF, применяемое для растворения соединений урана и тория непосредственно в реакторах.

Хлорид лития LiCl хорошо растворим в воде (84,67 г на 100 г при 25° С) и многих органических растворителях. Большое сродство к воде служит основой для широкого применения рассолов хлорида (и бромида) лития в осушителях и воздушных кондиционерах.

Хлорид лития является сырьем для получения металлического лития. Другая область применения этого соединения – в качестве флюса при пайке алюминиевых частей автомобиля. Его используют и в производстве флотационных жидкостей, как катализатор органического синтеза. Хлорид лития служит средством против обледенения самолетов. Он является твердым электролитом в химических источниках тока для имплантированных кардиостимуляторов.

Гидрид лития LiH получают взаимодействием расплавленного лития с водородом при 630–730° С в сосуде из железа, не содержащего углерод. Он образует бесцветные кристаллы с кубической решеткой типа хлорида натрия. Гидрид лития имеет плотность 0,776 г/см 3 , температуру плавления 692° С (в инертной атмосфере). При электролизе в расплаве проводит электрический ток с выделением водорода на аноде. Под действием электромагнитного излучения в видимой, ультрафиолетовой или рентгеновской области окрашивается в голубой цвет благодаря образованию коллоидного раствора лития в гидриде лития.

Гидрид лития относительно устойчив в сухом воздухе, быстро гидролизуется парами воды. Реагирует с водой, кислотами и спиртами с выделением водорода. Из 1 кг гидрида лития можно получить 2,82 м 3 этого газа. Гидрид лития используется для получения водорода, которым наполняют метеорологические шары-зонды в полевых условиях. Кроме того, он служит восстановителем в органическом синтезе, а также для получения бороводородов, алюмогдидрида лития LiAlH 4 и других гидридных соединений.

Дейтерид лития-6 применяется в термоядерном оружии. Будучи твердым веществом, он позволяет хранить дейтерий при плюсовых температурах, кроме того, второй его компонент (литий-6) – это единственный промышленный источник получения трития:

6 3 Li + 1 0 n ® 3 1 H + 4 2 He

Стеарат лития Li(C 17 H 35 COO) легко образуется из гидроксида лития и животного или другого природного жира, применяется как загуститель и желирующий агент при превращении масел в консистентные смазки. Эти многоцелевые смазки сочетают высокую устойчивость к действию воды, хорошие свойства при низких температурах (–20° С) и отличную стабильность при высоких температурах (более 150° С). Они занимают почти половину общего рынка автомобильных смазок в США.

Комплексные соединения . Из всех щелочных элементов литий наиболее склонен к образованию комплексов, образует стабильный комплекс с ЭДТА (натриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты). Устойчивыми являются комплексы лития с краун-эфирами.

Литиеорганические соединения легко получаются непосредственным взаимодействием лития с алкилгалогенидами (обычно используют хлориды) в петролейном эфире, циклогексане, бензоле или диэтиловом эфире:

2Li + RX ® LiR + LiX

Из-за высокой химической активности как реагентов, так и продуктов реакции нужно использовать инертную атмосферу, исключающую воздух и влагу. Выход продукта существенно увеличивается в присутствии 0,5–1% натрия в металлическом литии. Арильные производные лития получают из бутиллития (LiBu) и арилиодида:

LiBu + ArI ® LiAr + BuI

Наиболее удобный путь для получения винильных, аллильных и других ненасыщенных производных – реакция фениллития с тетравинилоловом:

4LiPh + Sn(CH=CH 2) 4 ® 4LiCH=CH 2 + SnPh 4

Если важнее выделить продукт реакции, чем использовать его в дальнейшем синтезе, используют реакцию между избытком лития и ртутьорганическим соединением:

2Li + HgR 2 ® 2LiR + Hg

Литиеорганические соединения термически неустойчивы, и большинство из них постепенно разлагается до гидрида лития и алкена при комнатной или более высокой температуре. Среди наиболее устойчивых соединений – бесцветные кристаллические LiСН 3 (разлагается выше 200° С) и LiС 4 Н 9 (разлагается в небольшой степени при выдерживании в течение нескольких дней при 100° С). Обычно алкильные производные лития имеют тетрамерное или гексамерное строение.

Металлоорганические соединения лития (в частности, LiСН 3 и LiС 4 Н 9) являются ценными реактивами. Последние десятилетия они все более используются в промышленном и лабораторном органическом синтезе. Ежегодное производство одного только LiС 4 Н 9 подскочило от нескольких килограммов до 1000 т. В большом количестве он применяется как катализатор полимеризации, алкилирующий агент и предшественник металлированных органических реагентов. Многие синтезы, подобные реакциям с участием реактивов Гриньяра, имеют явные преимущества по сравнению с ними по скорости реакции, отсутствию усложняющих процесс побочных реакций или удобству работы.

В реакциях литиеорганических соединений с алкилиодидами или, что более полезно, с карбонилами металлов образуются новые связи С–С. В последнем случае продуктами являются альдегиды или кетоны. Термическое разложение LiR приводит к удалению b -водородного атома с образованием олефина и LiH, этот процесс промышленно значим для получения алкенов с длинной концевой цепью. Арилпроизводные лития в неполярных растворителях дают карбоновые кислоты с диоксидом углерода и третичные спирты – с ароматическими кетонами. Литиеорганические соединения являются также ценными реагентами в синтезе других металлоорганических соединений путем обмена металл – галоген.

Наиболее ионными из металлоорганических соединений лития являются карбиды, образующиеся при взаимодействии лития с алкинами в жидком аммиаке. Самая крупная область промышленного применения LiHC 2 – производство витамина А. Он влияет на этинилирование метилвинилкетона, приводящего к образованию ключевого промежуточного карбинольного соединения.

Елена Савинкина

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком Арфведсоном при анализе минерала петалита. Своё название литий получил от греческого “литос”-камень, так как в отличие от щелочных металлов калия и натрия, был обнаружен в каменной породе.

Металлический литий в очень малом количестве был получен в 1818 году, а в 1885 году металлический литий был получен в значительном количестве путём электролиза.

Литий – металл серебристо-белого цвета с жёлтым оттенком , мягок и пластичен как свинец — куётся, прокатывается и протягивается без нагревания.

Литий | 3 | — сайт

Литий — очень лёгкий металл , в два раза легче воды, он плавает в воде и даже в керосине. Очень активно реагирует с водой с бурным выделением водорода, вытесняемым литием из воды. На воздухе окисляется и покрывается белой плёнкой окиси, поэтому хранят его в вакууме или в масле. Обладает высокой теплоёмкостью и теплопроводностью, в жидком виде находится при температурах от 180 до 1327ОС.

Литий расплавляется в воздухе без заметного окисления, а при температуре выше 220ОС — загорается. В сухом воздухе, литий хорошо сохраняется, во влажном — быстро окисляется. Серый налёт при окислении лития — образовавшийся нитрид. Сухой кислород не действует на литий до температуры 200ОС. Сгорая на воздухе, при температуре выше 200ОС, литий образует оксид Li2O. При температуре500-800ОС Li образует с водородом гидрид — LiH.

В земной коре его в 800 раз меньше чем щелочных металлов калия и натрия. Минералами содержащих литий являются сподумен и лепидолит, в которых содержится от 1 до 3% оксида лития. Кристаллы сподумена достигают массы в несколько тонн. Иногда литий концентрируется в больших количествах в солёных озёрах, в водах нефтяных месторождений, в подземных горячих водах, в районе действующих вулканов. Мировые подтверждённые запасы оксида лития превышают 9 миллионов тонн, а вместе с минерализированными водами — до 30 миллионов тонн.

ПОЛУЧЕНИЕ.

Из минералов сподумена и лепидолита, литий переводится в растворимую хлористую соль (нагревание с мелом и хлористым аммонием), или в сернокислую соль (нагревание с K2SO4), которые, затем, извлекаются с водой.

Полученную соль очищают, переводя её последовательно в LiOH, Li2CO3, а затем в LiCl. Хлористый литий подвергают электролизу в расплаве, со значительным удельным расходом электроэнергии — 50 — 60 тысяч кВтч на тонну лития.

Литий рафинируется переплавкой в масле и отмывкой в бензине. Для более высокой очистки применяется процесс гидрирования лития при температурах 700-800ОС, при которых летит калий, а гидрид лития разлагается при температуре 1000ОС, в вакууме, на чистый литий и водород.

ПРИМЕНЕНИЕ.

В настоящее время литий очень широко применяется в различных отраслях промышленности.

Металлургия. Литий является компонентом многих сплавов. В чёрной металлургии литий применяется для раскисления и легирования сплавов. В цветной металлургии литий применяется как раскислитель и дегазатор при плавке меди и её сплавов, как легирующая присадка в сплавах со свинцом и лёгкими металлами. Небольшие добавки (до 0,005%) значительно быстрее и полнее обеспечивают раскисление цветных металлов, хромоникелевой стали и чугуна. Химически активный литий реагирует с кислородом, азотом и серой растворёнными в меди, связывает их и дегазирует медь. Добавки лития к алюминию и магнию повышают их прочность и делают более стойкими к действию кислот и щелочей. В парах лития осуществляется сварка алюминия. Парами лития создают защитную атмосферу в печах для нагревания некоторых металлов, так как литий, реагирует с водяными парами, кислородом и азотом.

Применение карбоната лития в виде окатышей в алюминиевой промышленности повышает выход годного металла и уменьшает выделение фтора при производстве алюминия.
Хранение и транспортировка водорода. Гидрид лития, выделяющий под действием воды большое количество водорода (3м3/кг), является удобным материалом для хранения и транспортировки связанного водорода.
Аккумуляторы. Гидроокись лития применяется в качестве щёлочи в аккумуляторах. Добавка едкого лития в щелочные аккумуляторы значительно повышает их электроёмкость.
Вакуумная техника. Металлический литий применяется в вакуумных приборах для получения вакуума. В закрытом сосуде литий поглощает азот и кислород, создавая в нём вакуум. Таким же образом производят очистку аргона и неона от азота, при изготовлении электрических ламп.

Термоядерные процессы. Изотоп литий-6 используется для производства трития и применение лития в термоядерных процессах становится всё более значительным. В перспективе, литий как сырьё для производства трития, может стать значительной частью исходного горючего для термоядерных реакторов. Изотоп литий-6 применяется в атомных реакторах, как составная часть материалов защитных экранов против радиации.

Очистка воздуха. Хлористый и бромистый литий, а также гидроокись лития хорошо поглощают углекислоту, аммиак, дым и влагу. Кондиционирование воздуха в замкнутых помещениях (подводные лодки, космические корабли) осуществляется с применением соединений лития.

Производство стекла и керамики. Соединения лития заменяют свинец при производстве стёкол для кинескопов электронно-лучевых приборов. В производстве стела присадка соединений лития позволяет получать стекло с большой проницаемостью для ультрафиолетовых лучей и малым тепловым расширением. Литий применяется при производстве фарфора, фаянса, термостойкой керамики, огнеупорных и диэлектрических материалов, глазурей и эмалей.

Ракетно-космическая техника. Нитратные и перхлоратные соединения лития применяются в качестве окислителей твёрдого ракетного топлива, добавляются к жидкому топливу реактивных двигателей. Жаропрочные соединения лития используются для покрытия сопел и камер сгорания ракетных двигателей.
Медицина. Соединения лития(углекислый литий, силициловокислый литий) применяются для растворения мочевой кислоты при лечении подагры.

Температура кипения Теплота плавления

2,89 кДж/моль

Теплота испарения

148 кДж/моль

Молярная теплоёмкость Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки

кубическая объёмноцентрированая

Параметры решётки Температура Дебая Прочие характеристики Теплопроводность

(300 K) 84,8 Вт/(м·К)

3

[Не]2s 1

Своё название литий получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (греч. λίθος - камень). Первоначально назывался «литион», современное название было предложено Берцелиусом .

Нахождение в природе

Геохимия лития

Литий по геохимическим свойствам относится к крупноионным литофильным элементам, в числе которых калий , рубидий и цезий . Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 / , в морской воде 0,17 мг/л .

Месторождения

Месторождения лития известны в России (более 50 % запасов страны сосредоточено в редкометальных месторождениях Мурманской области), Боливии (Солончак Уюни - крупнейшее в мире ), Аргентине, Мексике, Афганистане , Чили , США , Канаде, Бразилии, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве , Конго .

Получение

В настоящее время для получения металлического лития его природные минералы или разлагают серной кислотой (кислотный способ), или спекают с CaO или CaCO 3 (щелочной способ), или обрабатывают K 2 SO 4 (солевой способ), а затем выщелачивают водой. В любом случае из полученного раствора выделяют плохо растворимый карбонат лития Li 2 CO 3 , который затем переводят в хлорид LiCl . Электролиз расплава хлорида лития проводят в смеси с KCl или BaCl 2 (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):

В дальнейшем полученный литий очищают методом вакуумной дистилляции .

Физические свойства

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

При комнатной температуре металлический литий имеет кубическую объёмноцентрированную решётку (координационное число 8), пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = 0,35021 нм, Z = 2. Ниже 78 К устойчивой кристаллической формой является гексагональная плотноупакованная структура, в которой каждый атом лития имеет 12 ближайших соседей, расположенных в вершинах кубооктаэдра. Кристаллическая решетка относится к пространственной группе P 6 3 /mmc, параметры a = 0,3111 нм, c = 0,5093 нм, Z = 2.

Из всех щелочных металлов литий характеризуется самыми высокими температурами плавления и кипения (180,54 и 1340 °C, соответственно), у него самая низкая плотность при комнатной температуре среди всех металлов (0,533 г/см³, почти в два раза меньше плотности воды).

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

Карминово-красное окрашивание пламени солями лития

Химические свойства

Изотопы лития

Природный литий состоит из двух стабильных изотопов: 6 Li (7,5 %) и 7 Li (92,5 %); в некоторых образцах лития изотопное соотношение может быть сильно нарушено вследствие природного или искусственного фракционирования изотопов. Это следует иметь в виду при точных химических опытах с использованием лития или его соединений. У лития известны 7 искусственных радиоактивных изотопов и два ядерных изомера (4 Li − 12 Li и 10m1 Li − 10m2 Li соответственно). Наиболее устойчивый из них, 8 Li, имеет период полураспада 0,8403 с. Экзотический изотоп 3 Li (трипротон), по-видимому, не существует как связанная система.

7 Li является одним из немногих изотопов, возникших при первичном нуклеосинтезе (то есть вскоре после Большого Взрыва). Образование элемента лития в звездах возможно по ядерной реакции «скалывания» более тяжелых элементов.

Применение

Термоэлектрические материалы

Кобальтат лития и молибдат лития показали лучшие эксплуатационные свойства и энергоёмкость в качестве положительного электрода литиевых аккумуляторов .

Легирование алюминия

Введение лития в систему легирования позволяет получить новые сплавы алюминия с высокой удельной прочностью.

Литий-6 (термояд)

Применяется в термоядерной энергетике.

При облучении нуклида 6 Li тепловыми нейтронами получается радиоактивный тритий 3 H:

Благодаря этому литий-6 может применяться как замена радиоактивного, нестабильного и неудобного в обращении трития как в военных (термоядерное оружие), так и в мирных (управляемый термоядерный синтез) целях. В термоядерном оружии обычно применяется дейтерид лития-6 6 LiD.

Перспективно также использование лития-6 для получения гелия-3 (через тритий) с целью дальнейшего использования в дейтерий-гелиевых термоядерных реакторах.

Литий-7 (теплоноситель)

Сушка газов

Смазочные материалы

Стеарат лития («литиевое мыло») используется в качестве высокотемпературной смазки. См.: литол .

Регенерация кислорода в автономных аппаратах

Цены

Литий - самый легкий металл. Он всплывает, например, в керосине .

Примечания

См. также

Ссылки

Литература

Плющев В. Е., Степин Б. Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия.- М.-Л.: Химия, 1970.- 407 с
Кутолин С. А. и др. ПРЕПАРАТИВНАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ СОЕДИНЕНИЙ НИОБИЯ, ТАНТАЛА ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ
С. А. Кутолин, А. И. Вулих. Метаниобаты, метатанталаты щелочных металлов.- Сб. Методы получения химических реактивов и препаратов. М.:ИРЕА,1967.-вып.16.-с.17.-23;с.50-51. Chem.Abstr.,v.68, 83878v,1968

Соединения лития

Азид лития (LiN 3) Алюминат лития (LiAlO 2) Алюмогидрид лития (LiAlH 4) Амид лития (LiNH 2) Ацетат лития (CH 3 COOLi) Ацетиленид лития (Li 2 C 2) Бензиллитий (LiСH 2 С 6 H 5) Бензоат лития (C 6 H 5 COOLi) Бромат лития (LiBrO 3) Бромид лития (LiBr) Гексафторфосфат лития (LiPF 6) Гидрид лития (LiH) Гидрокарбонат лития (LiHCO 3) Гидроксид лития (LiOH) Гидроортофосфат лития (Li 2 HPO 4) Гидросульфат лития (LiHSO 4) Гидросульфид лития (LiHS) Гидрофторид лития (LiHF 2) Дигидроортофосфат лития (LiH 2 PO 4) Дисульфит лития (Li 2 S 2 O 5) Дихромат лития (Li 2 Cr 2 O 7) Имид лития (Li 2 NH) Иодат лития (LiIO 3) Иодид лития (LiI) Карбид лития (Li 2 С 2) Карбонат лития (Li 2 CO 3) Метагерманат лития (Li 2 GeO 3) Метасиликат лития (Li 2 SiO 3) Метафосфат лития (LiPO 3) Метиллитий (LiСH 3) Нитрат лития (LiNO 3) Нитрид лития (Li 3 N) Нитрит лития (LiNO 2) Оксалат лития (Li 2 C 2 O 4) Оксид лития (Li 2 O) Ортофосфат лития (Li 3 PO 4) Пербромат лития (LiBrO 4) Пероксид лития (Li 2 O 2) Пероксомоносульфат лития (Li 2 SO 5) Персульфат лития (Li 2 S 2 O 8) Перхлорат лития (LiClO 4) Силицид лития (Li 6 Si 2) Сорбат лития (C 6 H 7 LiO 2) Сульфат лития (Li 2 SO 4) Сульфид лития (Li 2 S) Сульфит лития (Li 2 SO 3) Тетрагидридоалюминат лития (Li) Тетрагидридоборат лития (Li) Тиоцианат лития (LiSCN) Фениллитий (LiС 6 H 5) Формиат лития (HCOOLi) Фталимид лития Фторид лития (LiF) Хлорат лития (LiClO 3) Хлорид лития (LiCl) Хромат лития (Li 2 CrO 4) Цианат лития (LiOCN) Цианид лития (LiCN) Цианоаурат лития (Li Этиллитий (LiС 2 H 5)

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева


	Li

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства