Литий (Li) - химический элемент с порядковым номером «3» и атомной массой 6,941. встречается в природе в виде двух стабильных нуклидов: 6Li (7,6% по массе) и 7Li (92,4%). В периодической таблице Менделеева литий расположен во втором периоде, первой группе. Элемент принадлежит к щелочным металлам. В соединениях литий проявляет степень окисления +1. В виде простого вещества литий - это пластичный легкий металл серебристого цвета.

Химические и физические характеристики лития

Литий - самый легкий из металлов. Имеет плотность 0,534 г/см³. Плавится при температуре 180,5 °С, кипит при температуре 1330 °С.

Литий очень активен. Вступает в реакцию с кислородом и воздуха при нормальных условиях. По этой причине на воздухе литий быстро окисляется с образованием темного налета продуктов взаимодействия. Уравнения реакций:

4Li + O₂ = 2Li₂O;

6Li + N₂ = 2Li₃N.

Реакция лития с кислородом приводит к образованию оксида Li₂O - бесцветного кристаллического вещества, имеющего температуру плавления 1438 °С и температуру кипения - около 2600 °С. Оксид лития получается при непосредственном окислении металлического лития при температуре выше 200 °С, а также разложением гидроксида LiOH, нитрата LiNO₃, карбоната LiNO₃.

Оксид лития Li₂O легко взаимодействует с водой с образованием гидроксида, LiOH. Данная реакция сопровождается сильным разогревом; LiOH поглощает CO₂ из воздуха, образуя карбонат, Li₂­CO₃.

Введение

Литий (Li) - это самый лёгкий редкий щелочной металл. Однако от остальных щелочных металлов литий отличает небольшой размер атома и иона; литий по свойствам напоминает также магний. Обладает малой плотностью.

Литий -3й элемент периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева и представляет собой мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

Литий придает сплавам ряд ценных физико-химических свойств. Например, у сплавов алюминия с содержанием до одного процента лития повышается механическая прочность и коррозионная стойкость, введение двух процентов лития в техническую медь значительно увеличивает ее электропроводность и т.д.

Он образует многочисленные литийорганические соединения, что определяет его большую роль в органическом синтезе.

Важнейшей областью применения лития, как источника трития является атомная энергия. Кроме того, он используется в качестве теплоносителя в атомных реакторах.

Известны 7 искусственных радиоактивных изотопов лития и два ядерных изомера.

Большинство редких металлов мало распространены, а часто и рассеяны в земной коре; их извлечение из сырья и получение в чистом виде связаны с большими технологическими трудностями. В этом причины относительно позднего открытия, изучения и технического освоения редких металлов.

Общие сведения о металле

Историческая справка

Литий (Li) – 3й элемент главной подгруппы первой группы, второго периода Периодической Системы химических элементов Менделеева и относится к группе лёгких редких металлов.

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом Иоганном Арфведсоном сначала в минерале петалите (Li,Na), а затем в сподумене LiAl и в лепидолите KLi 1.5 Al 1.5 (F,OH) 2 .

Металлический литий впервые получил Гемфри Дэви в 1825 году.

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

Литий отличается от всех остальных металлов лёгкостью и наименьшей плотностью.

Физические и химические свойства лития

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 объемно-центрированную 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.

Химические свойства

Литий является щелочным металлом, однако относительно устойчив на воздухе. Литий является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) при комнатной температуре практически не реагирует. По этой причине литий является единственным щелочным металлом, который не хранят в керосине (к тому же плотность лития столь мала, что он будет в нём плавать) и может непродолжительное время храниться на воздухе.

Во влажном воздухе медленно реагирует с азотом и другими газами, находящимися в воздухе, превращаясь в нитрид Li 3 N, гидроксид LiOH и карбонат Li 2 CO 3 . В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li 2 O. Интересная особенность лития в том, что в интервале температур от 100 °C до 300 °C он покрывается плотной оксидной плёнкой, и в дальнейшем не окисляется. В отличие от остальных щелочных металлов, дающих стабильные надпероксиды и озониды, надпероксид и озонид лития - нестабильные соединения.

В 1818 немецкий химик Леопольд Гмелин установил, что литий и его соли окрашивают пламя в карминово-красный цвет, это является качественным признаком для определения лития. Температура самовоспламенения находится в районе 300 °C. Продукты горения раздражают слизистую оболочку носоглотки.

Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и H 2 . Реагирует также с этиловым спиртом (с образованием алкоголята), с водородом (при 500-700 °C) с образованием гидрида лития, с аммиаком и с галогенами (с иодом - только при нагревании). При 130 °C реагирует с серой с образованием сульфида. В вакууме при температуре выше 200 °C реагирует с углеродом (образуется ацетиленид). При 600-700 °C литий реагирует с кремнием с образованием силицида. Химически растворим в жидком аммиаке (−40 °C), образуется синий раствор.

В водном растворе литий имеет самый низкий стандартный электродный потенциал (-3,045 В) из-за малого размера и высокой степени гидратации иона лития.

Длительно литий хранят в петролейном эфире, парафине, газолине и/или минеральном масле в герметически закрытых жестяных коробках. Металлический литий вызывает ожоги при попадании на влажную кожу, слизистые оболочки и в глаза.

Биологическая роль

Литий постоянно входит в состав живых организмов, однако его биологическая роль выяснена недостаточно. Установлено, что у растений Литий повышает устойчивость к болезням, усиливает фотохимическую активность хлоропластов в листьях (томаты) и синтез никотина (табак). Способность концентрировать Литий сильнее всего выражена среди морских организмов у красных и бурых водорослей, а среди наземных растений - у представителей семейства Ranunculaceae (василистник, лютик) и семейства Solanaceae (дереза). У животных литий концентрируется главным образом в печени и легких.

Литий может оказывать следующие эффекты:

o снижает возбудимость центральной нервной системы (препараты лития применяются в психиатрии)

o регулирует транспорт натрия в нервных и мышечных клетках

o снижает количество доступного свободного норадреналина в центральной нервной системе

o увеличивает чувствительность нейронов некоторых областей мозга к действию дофамина

Наиболее важными источниками лития являются некоторые растения (томаты), рыба и морепродукты, а также печень и легкие.

Применение лития, его соединений и сплавов

Литий на протяжении века применяли в медицине как средство от подагры.

Промышленное использование лития началось с первой мировой войны, когда немецкие войска стали использовать сплав лития и свинца.

Полученная немецкая разработка оказалась отличным материалом для покрытия трущихся поверхностей. С этого момента литий получил свое законное место в металлургии. Его используют во многих промышленных сплавах.

Литий стали широко использовать при удалении газов, растворенных в расплавах металлов. Сейчас известно, что литий способен повысить прочность стали. Но его активному использованию в этом направлении мешает малая растворимость в железе.

В черной металлургии Литий, его соединения и сплавы широко применяют для раскисления, легирования и модифицирования многих марок сплавов. В цветной металлургии литием обрабатывают сплавы для получения хорошей структуры, пластичности и высокого предела прочности.

Хорошо известны алюминиевые сплавы, содержащие всего 0,1% Лития,- аэрон и склерон; помимо легкости, они обладают высокой прочностью, пластичностью, стойкостью против коррозии и очень перспективны для авиастроения. Добавка 0,04% лития к свинцово-кальциевым подшипниковым сплавам повышает их твердость и понижает трение.

Соединения лития используются для получения пластичных смазок, изготовления стекла, для придачи стеклянной массе вязкости. Стекла изготовленные по данной технологии отличаются теплостойкостью и прочностью. Они также пропускают ультрафиолет.
В связи с высокой химической активностью лития, он применяется в химической промышленности.

По значимости в современной технике литий - один из важнейших редких элементов.
Литий применяется в ядерной энергетике, как теплоноситель.

Минералы и руды

Известно более 40 минералов, в которых литий присутствует в заметных количествах (более 0,1% атомной массы). В их число входят как собственно литиевые, так и породообразующие минералы (слюды, турмалины и др.), в которых литий присутствует в виде изоморфных примесей в небольшом количестве.

Главнейшие литийсодержащие минералы, имеющие промышленное значение:

· сподумен (содержание Li 2 О 5,9-7,6%)

· петалит (3,5-4,1%)

· амблигонит (6-9%)

· эвкриптит,циннвальдит(3,0-3,5%)

· лепидолит (3,5-5,5%)

· полилитионит(5,5-8,8%)

Распределение литийсодержащих минералов подчинено закономерностям зонального строения рудных тел редкометалльных месторождений. В отдельных случаях литийсодержащие минералы образуют крупные выделения. Так, кристаллы сподумена достигают иногда длины 2-10 м.

Литиевые руды образуются в связи с постмагматическими процессами при температурах 500-700°С на глубине 3-7 км. Основной промышленно-генетический тип месторождений литиевых руд - гранитные редкометалльные пегматиты, среди которых различают; сподумен-микроклин-альбитовые и альбит-сподуменовые пегматиты (1,0-1,3% Li 2 О, запасы 100-500 тысяч т); лепидолит-сподуменовые и лепидолит-петалитовые пегматиты (0,6-1,2% Li 2 О, запасы до 100 тысяч т).

Главные пегматитовые месторождения литиевых руд; Кинг-Маунтин в США (запасы более 400 тысяч т Li2О, содержание 1-1,15%), Бёрник-Лейк в Канаде (более 200 тысяч т, 1-1,3%), Маноно-Китотоло в Заире (более 200 тысяч т, 0,6%), Бикита в Зимбабве (около 70 тысяч т, 1,4%), а также месторождения в Намибии, Мозамбике, Афганистане.

Попутно литий может получаться из редкометалльных танталоносных гранитов литий-фтористого типа (0,2-0,3% Li 2 О, запасы до 100-200 тысяч т), циннвальдитовых или лепидолитовыхгрейзенов (промышленное значение невелико).

Концентрации лития (0,05-1,0% Li 2 О) выявлены также в осадочных глинистых породах (ресурсы весьма значительны) и слюдисто-флюоритовых метасоматитах (0,3-0,5% Li 2 О, запасы 100-200 тысяч т).

Практически все месторождения литиевых руд являются комплексными и отрабатываются либо для получения лития с попутным извлечением ряда других ценных компонентов, либо литиевые минералы извлекаются в процессе обогащения комплексных руд и сами являются попутными компонентами. В литиевых рудах обычно присутствуют тантал, ниобий, бериллий, рубидий, цезий, иногда олово, вольфрам и др. Полевой шпат, кварц и слюда, постоянно встречающиеся в месторождениях литиевых руд, также могут быть предметом промышленного использования.

Добыча руд ведётся преимущественно открытым, реже подземным способом.

Обычно литиевые руды обогащаются флотационным способом или в тяжёлых суспензиях. Промышленность использует концентраты различного качества: сподуменовый (содержание Li 2 О 4,5-6%), петалитовый (2,5-3,5%), лепидолитовый (3-4%), амблигонитовый (7-8%). Переработка концентратов на большинстве заводов ведётся по сернокислотной технологии, основанной на сульфатизации серной кислотой обожжённого при температуре 1000°С сподумена (петалита). Получаемый после нейтрализации раствора карбонат лития пригоден для дальнейшего использования без дополнительной очистки. По этой схеме могут перерабатываться как концентраты, так и руды с содержанием Li 2 О более 1%. Важное преимущество схемы - отсутствие жидких сбросов.

Мировой рынок лития

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.

Чили и Аргентина производят самую большую часть мирового лития из солей озер, в совокупности примерно 46% всего производства лития (компании FMC, Rockwood и S.Q.M.). Компания Talison Lithium поставляет ~34% мирового лития и около 65% литиевого минерала сподумен. Что касается мирового спроса, то запасы лития представлены в изобилии, и действующие производители, как ожидают, планируют расширять производство для удовлетворения растущих потребностей.

Сейчас крупнейшим мировым экспортёром лития является Чили (44%), далее следуют Австралия (25%), Китай (13%) и Аргентина (11%). В то же время в Боливии находится 50% мировых запасов лития, в Чили - 25% (пустыня Атакама), а в Аргентине - около 10%.

Таблица 1.Запасы на месторождениях лития в 2012 году, тыс.тонн *

* данные US Geological Survey

Рисунок 1. Добыча лития в мире, тыс.тонн*

Таблица 2.Производство и потребление лития в мире, тонн*

* данные Roskill

Потребление лития продолжает устойчиво расти, несмотря на мировой экономический кризис, кризис задолженности в Еврозоне и замедление темпов роста в Китае.

Перезаряжающиеся литиевые батареи продолжают поддерживать этот рост на высоком уровне, чему способствует увеличение производства портативной бытовой электроники так же как и увеличение мощности батарей. Уникальные свойства лития также подкрепляют рост на других рынках, которые испытывали спад, включая производство жиров, стеклокерамику, и металлургические порошки. Потребление лития уже превзошло уровни 2008 года и составило 26,500 т в 2012 году. Спрос на литий будет расти в пределах 8% в год при базовом варианте развития событий с рынком электромобилей, становящимся все более и более важным для роста по мере приближения к 2017 году.

Перспектива новых поставок, выходящих на рынок компаний, действует как барьер для повышения цен, несмотря на возрастающий спрос.

Литий (Li) -щелочной металл. В компактном состоянии серебристо-белого цвета. Получил название от греческого lithos (камень). Открыт шведским химиком А. Арфведсоном в 1817 г. в минерале петалите (алюмосиликата лития).

Металлический литий впервые выделен английским ученым Дэви в 1818 г. электролизом оксида лития. В 1885 г. в значительных количест­вах металлический литий получен независимо друг от друга Бунзеном (Германия) и Матиссеном (Англия) путем электролиза (электролитом служил хлорид лития).

Основные минералы, содержащие литнй н имеющие промышленное зна­чение: сподумен (6-7% Li 2 0); петалит (3,5-4,9% Li 2 0); амблиго-иит (8-10 % Li 2 0). Кроме того, к литийсодержащим минералам отно­сятся литиевые слюды - цинвальдит (3,0-3,5 % Li 2 0) и лепидолит (4-6 % Li 2 0). Литий содержится также в воде минеральных источни­ков, морской и озерной воде, в каменных углях, в живых организмах н растениях.

В промышленности металлический литий получают путем электроли­за расплавленного хлорида лития или смеси расплавленных хлорида лития и хлорида калия с применением графитированного анода и сталь­ного катода. Литий высокой чистоты (99,95%), почти свободный от примесей щелочных и щелочноземельных металлов, получают электро­лизом насыщенного раствора LiCl в пиридине, разложением соединения NH 3 Li в вакууме при 50-60 °С и восстановлением окиси лития алюми­нием в вакууме (-10- 1 Па) при 950-1000 °С.

Прн транспортировке лития тару следует предохранять от ме­ханических повреждений и попадания влаги, так как литий воспламеняется от воды. На складах литий следует хранить при темпе­ратуре не выше 240 °С и относительной влажности не более 85%. В складских помещениях должны быть средства пожаротушения и от­сутствовать водяные и паровые коммуникации. Для тушения горящего лития применяют порошкообразный технический хлористый калий (влажность порошка не более 1 %), сухой графитовый порошок, инерт­ный газ (аргои).

Работникам, имеющим дело с литием, необходимо соблюдать прави­ла техники безопасности, принятые в химической промышленности для работы со щелочными металлами. Работа с литием в атмосфере возду­ха относится к категории взрыво-, пожароопасных. При горении лития образуется густой дым его конденсатов и соединений. Температура са­мовоспламенения лития на воздухе 640 °С. Температура горения 1300 "С.

Литий не летуч и не дает ингаляционного поражения. Продукты сгорания лития относятся к классу чрезвычайно опасных соединений (1-й класс опасности). Оии обладают резким раздражающим действи­ем, вызывая поражения слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, а также общетоксическим действием. Допустимая концентрация про­дуктов сгорания лития не должна превышать 0,02 мг/м 3 . Необходимо также принимать меры по защите окружающей среды (очистка сточ­ных вод и газовых выбросов от загрязнения литием).

При работе с расплавленным литием следует пользоваться маской С-40; для защиты органов дыхания в атмосфере аэрозолей лития и его соединений необходимо пользоваться респиратором типа «лепесток», органов зрения - герметичными защитными очками. В случае попада­ния расплавленного литня на кожу его удаляют сухим тампоном или тампоном, смоченным рыбьим жнром, а затем обильно обмывают пора­женное место водой и нейтрализуют 2-3 %-ным раствором борной кислоты, после чего накладывают сухую повязку. При попадании в гла­за литий немедленно удаляют ватным тампоном или хлопчатобумажной тканью, смоченной рыбьим жиром, а затем промывают глаза струей 1-2 %-иого раствора борной кислоты или чистой водой.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 3, атомная масса 6,941 а. е. м., атомный объем 13,1-Ю -6 м 3 /моль. Потенциалы ионизации атомов J (эВ): 5,39; 75,61; 122,42. Электроотрицательиость 0,97.

Из щелочных металлов Li обладает наименьшим атомным радиусом (0,157 нм), а следовательно, наибольшим ионизационным потенциалом У) = 5,39 эВ, поэтому литий химически менее активен по сравнению с другими щелочными металлами. Ионный радиус Li+ равен 0,068 нм. Благодаря малому атомному радиусу литий обладает наиболее проч­ной кристаллической решеткой по сравнению с остальными щелочными металлами. Это обусловливает наиболее высокие температуры плавле­ния и кипения лития по сравнению с его аналогами. При нормальной температуре литий имеет о.ц. к. решетку, период решетки 0,35023 им, координационное число 8, межатомное расстояние 0,30331 нм. Ниже -195 °С литий кристаллизуется в г. п. у. решетке с о=0,3111 нм и с=0,5093 им. Энергия кристаллической решетки 155,2 мкДж/кмоль.

Природный литий (эффективное поперечное сечение захвата тепло­вых нейтронов 67±2-10 -28 м 2) состоит из двух стабильных изотопов 6 Li (7,42 %) и 7 Li (92,58 %) Тяжелый изотоп 7 Li прозрачен для ней­тронов, имеет эффективное поперечное сечение захвата тепловых ней­тронов 0,033-Ю -28 м 2 ; e Li активно поглощает тепловые нейтроны; эф­фективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 912-Ю -28 м 2 . Получены искусственные радиоактивные изотопы 8 Li и 9 Li. Период по­лураспада их соответственно 0,841 и 0,168 с.

Температурный коэффициент электрического сопротивления при 273-373 К а=4,50-10 _3 К -1 . Абсолютный коэффициент т. э. д. с. при 298 К е= + 12,2 мкВ/К. Постоянная Холла при комнатной температуре R = -2-Ю -10 м 3 /Кл. Удельная магнитная восприимчивость при 298 К Х=+2,04 -Ю- 9 .

Литий парамагнитен, соединения его диамагнитны. Наибольшее зна. ченис коэффициента вторичной электронной эмиссии о mах=0,5 при ус­коряющем напряжении первичных электронов 0,085 кэВ.

Литий взаимодействует со многими органическими соединениями и их галоидными производными. Ои бурно реагирует с разбавленными минеральными кислотами, а также с соляной и азотной; с концентриро­ванной азотной кислотой он реагирует медленно. Лнтий легко сплав­ляется почти со всеми металлами, за исключением железа. При повы­шенных температурах литий энергично вступает во взаимодействие с хлором, бромом, нодом, углеродом и др. Литий горит с образова­нием оксида. В сухом воздухе не загорается. При низкой температу­ре на воздухе корродирует (тускнеет-, в отдельных местах покрывается темно-коричневым налетом). Продукты коррозии лития могут вос­пламеняться при 200 °С, поэтому хранить литий следует только в гер­метично закрытых сосудах или в инертной среде. Литий быстро окисляется в атмосфере влажного воздуха. Если влажность воздуха не превышает 80 %, то литий медленно реагирует с азотом, образуя нит­рид LiN . В более влажном воздухе образуется гидроксид LiOH .

Кроме L 1 N , известны также нитрид лития Li 3 N , имид лития LiNH 3 , амнд лития LiNH 2 , азид лития LiN 3 , нитрид лития LiN 0 2 , нитрат ли­тия LiN 0 3 . Взаимодействие лития с водой происходит без плавления и самовозгорания с образованием гидроксида LiOH и выделением во­дорода. При непосредственном взаимодействии расплавленного лития с водородом образуется гидрид LiH . С кислородом литий образует оксид Li 2 0 и пероксид Li 2 0 2 . С сухнм кислородом при низкой темпе­ратуре не реагирует. При соединении лития с углеродом образуется карбид лития Li 2 C 2 , который представляет собой бесцветное хрупкое кристаллическое вещество плотностью 1 ,65 Мг/м 3 . Другое соединение лития с углеродом - карбонат лнтия Li 2 C0 3 .

Прн взаимодействии лития с хлором образуются соединения: хло­рид лития LiCl, гипохлорид лития LiCIO, хлорит лнтия LiC10 2 , перхло­рат лития LiC10 4 и хлорат лития LiC10 3 .

Непосредственное соединение брома и литня дает бромистый литий LiBr, который выделяется в виде белых кристаллов правильной фор­мы с различным содержанием кристаллизационной воды. Другие со­единения литня с бромом - гнпобромит лития LiBrO и бромит лития LiBr0 2 - образуются при добавке брома к раствору гидроксида лития.

Литий с фтором образует фторид лития LiF, который кристалли­зуется в виде белых мелких кристаллов правильной формы.

Известны три соединения лития с иодом - йодистый лнтий Lil, иодат лития LiI0 3 и периодит лития LiI0 4 .

Соединения лития с серой - сульфат лития Li 2 S0 4 и сульфид ли­тия Li 2 S. Безводный сульфат лития представляет собой мелкие белые призматические кристаллы, сульфид лития-кристаллы зеленовато, желтого цвета.

Известны соединения лития с кремнием в виде силикатов и силици­дов литий. Силикаты лития кристаллизуются в трех соединениях: орто-силикат лития Li 4 S0 4 , метасиликат лития Li 2 S0 3 и дисиликат лития Li 3 S 2 0s. Силициды лития: тетралитийсилицид Li 4 Si, трилитийсилицид Li 3 Si, дилитийсилицид Li 2 Si.

Сплавы системы литий - кремний представляют практический инте­рес как активные раскислнтели.

Соединения лития с фосфором: фосфид лития переменного состава LuPy, гипофосфит лития LiH 2 P0 2 , ортофосфат лития Li 3 P0 4 , моно-гидрофосфат лнтия Li 2 HP0 4 , дигидрофосфат лития LiH 2 P0 4 , пирофос-фат лития Li 4 P 2 0 7 , метафосфат лития LiP0 3 , гипофосфат лития Li 4 P 2 0 6 , двузамещенный LiHP0 3 и однозамещенный LiH 2 P0 3 фосфиты литня.

Соединения с селеном и теллуром: селенид Li 2 Se, представляющий собой красно-коричневое кристаллическое вещество, теллурид Li 2 Te - бесцветное кристаллическое вещество.

Имеются два соединения с мышьяком: трилитийарсенид Li 3 As - ве­щество коричневого цвета и монолитийарсенид LiAs.

Технологические свойства

Литий обладает очень высокой пластичностью и может легко дефор­мироваться при комнатной температуре прессованием, прокаткой и волочением. При этом не происходит упрочнения, так как температура рекристаллизации лития лежит ниже 20 "С. В холодном состоянии ли­тий легко режется ножом. Приращение объема при плавлении 1,5%. Давление истечения (при 15-20 °С) равно 17 МПа,

Области применения

Важнейшей областью применения лития и его соединений является ядерная энергетика (получение трития при бомбардировке изотопа 6 Li нейтронами).

Дейтерид лития используется в качестве твердого горючего в во­дородных бомбах, жидкий 7 Li - в качестве теплоносителя в ядерных реакторах. Ряд соединений лития применяют в военной технике, а также как топливо для ракет космических кораблей, управляемых снарядов подводных лодок, сверхскоростной авиации и т. д.

Широко применяются соединения лития прн получении керамики, эмали, специальных стекол, при сварке алюминиевых и магниевых спла­вов, в химической промышленности, в холодильной технике, в радио­электронике и т. д.

В металлургии литий, его соединения и литийсодержащие сплавы используют для раскисления, дегазации и десульфурации расплавов различных металлов и сплавов. Для этой цели обычно применяют 2 %-ные лигатуры с теми металлами, которые подвергаются раскисле­нию. Литиевые лигатуры (кремний - литий, алюминий - литий, маг­ний - литий, кальций - литий, железо - кремний - литий и др.) слу­жат присадками к углеродистым и специальным сталям, оказывая раскисляющее действие, повышая жидкотекучесть, механические и кор­розионные свойства сплавов.

Литий используют для повышения прочности и пластичности спла­вов, снижения их плотности, повышения коррозноиной стойкости. До­бавки лития к магнию позволяют получать сверхлегкие сплавы, плот­ность которых на 15-25 % ниже плотности стандартных магниевых сплавов. Легирование алюминия литием снижает плотность алюминие­вых сплавов иа 10-12 %.

Литий улучшает антифрикционные и механические свойства подшип­никовых сплавов, в частности в свннцовокальциевые баббиты вводят для этой цели 0,04 % Li . Литий улучшает литейные свойства чугуна. Некоторые соединения лития в последние годы находят применение в медицине.

4Li + O 2 = 2Li 2 O (1);

2Na + O 2 = Na 2 O 2 (2).

Найдем суммарное количество вещества кислорода:

n(O 2) = V(O 2) / V m ;

n(O 2) = 3,92 / 22,4 = 0,175 моль.

Пусть на окисление лития было израсходовано х моль кислорода, тогда в реакции окисления натрия участвовало (0,175 — х) моль кислорода.

Обозначим количество вещества лития как «а», а натрия - «b», тогда, согласно записанным выше уравнениям реакции:

b = 2 ×(0,175 — х) = 0,35 - 2х.

Найдем массы лития и натрия (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел — Ar(Li) = 7 а.е.м.; Ar(Na) = 23а.е.м.):

m(Li) = 4х × 7 = 28х (г);

m(Na) = (0,35 - 2х)× 23 = 8,05 — 46х (г).

Учитывая, что масса смеси лития и натрия была равна 7,6 г можно записать уравнение:

28х + (8,05 — 46х) = 7,6;

(-18)× х = -(0,45);

Следовательно, количество вещества кислорода,израсходованное на окисление лития равно 0,025 моль, а натрия - (0,175 - 0,025) = 0,15 моль.

По уравнению (1) n(O 2) :n(Li 2 O) = 1: 2, т.е.

n(Li 2 O) = 2×n(O 2) = 2×0,025 = 0,05 моль.

Согласно уравнению (2) n(O 2) :n(Na 2 O 2) = 1: 1, т.е. n(Na 2 O 2)=n(O 2)= 0,15 моль.

Запишем уравнения реакции растворения продуктов окисления лития и натрия в серной кислоте:

Li 2 O + H 2 SO 4 = Li 2 SO 4 + H 2 O (3);

2Na 2 O 2 + 2H 2 SO 4 = 2Na 2 SO 4 + 2H 2 O + O 2 (4).

Рассчитаем массу серной кислоты в растворе:

m solute (H 2 SO 4) = m solution (H 2 SO 4) ×w(H 2 SO 4) / 100%;

m solute (H 2 SO 4) = 80 × 24,5 / 100% = 19,6 г.

Количество вещества серной кислоты будет равно (молярная масса - 98 г/моль):

n (H 2 SO 4) = m (H 2 SO 4) / M (H 2 SO 4);

n (H 2 SO 4) = 19,6 / 98 = 0,2моль.

Определим число молей продуктов реакций (3) и (4). Согласно уравнению (3) n(Li 2 O) :n(Li 2 SO 4) = 1: 1, т.е. n(Li 2 O) = n(Li 2 SO 4) = 0,05 моль. По уравнению (4) n(Na 2 O 2) :n(Na 2 SO 4) = 2: 2, т.е. n(Na 2 O 2) =n(Na 2 SO 4) = 0,15 моль.

Найдем массы образовавшихся сульфатов (М(Li 2 SO 4) = 110 г/моль; М(Na 2 SO 4) = 142 г/моль):

m(Li 2 SO 4) = 0,05 × 110 = 5,5 (г);

m(Na 2 SO 4) = 0,15 × 142 = 21,03 (г).

Чтобы рассчитать массовые доли полученных веществ, необходимо найти массу раствора. В него входят серная кислота, оксид лития и пероксид натрия. Необходимо учесть массу кислорода, который выделяется из реакционный смеси, в ходе реакции (4). Определим массы оксида лития и пероксида натрия (М(Li 2 O) = 30 г/моль, М(Na 2 O 2) = 78 г/моль):

m(Li 2 O) = 0,05 ×30 = 1,5 (г);

m(Na 2 O 2) = 0,15 ×78 = 11,7 (г).

Согласно уравнению (4) n(O 2) :n(Na 2 O 2) = 1: 2, т.е.

n(O 2) = ½ ×n(Na 2 O 2) = ½ × 0,15 = 0,075 моль.

Тогда масса кислорода будет равна (М(O 2) = 32 г/моль):

m(O 2) = 0,075 × 32 = 2,4 (г).

Для того, чтобы найти массу итогового раствора необходимо определить осталась ли в растворе серная кислота. Согласно уравнению (3) n(Li 2 O):n(H 2 SO 4) = 1: 1, т.е. n(H 2 SO 4) = n(Li 2 O) = 0,05 моль. По уравнению (4) n(Na 2 O 2) :n(H 2 SO 4) = 2: 2, т.е. n(H 2 SO 4) = n(Na 2 O 2) = 0,15 моль.Таким образом в реакцию вступило (0,05 + 0,15) = 0,2 моль серной кислоты, т.е. она прореагировала полностью.

Рассчитаем массу раствора:

m solution = m(Li 2 SO 4) + m(Na 2 SO 4) — m(O 2);

m solution = 5,5 + 21,03 — 2,4 = 24,13 г.

Тогда, массовые доли сульфатов натрия и лития в растворе будут равны:

w(Li 2 SO 4) = m(Li 2 SO 4) /m solution × 100%;

w(Li 2 SO 4) = 5,5 /24,13× 100% = 22,79%.

w(Na 2 SO 4) = m(Na 2 SO 4) /m solution × 100%;

w(Na 2 SO 4) = 21,03 / 24,13 × 100% = 87,15%.

Ли́тий (лат. Lithium; обозначается символом Li) - элемент главной подгруппы первой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 3 и атомной массой 6,941. Химический символ Li читается так же, как и название самого элемента. Простое вещество литий - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом А. Арфведсоном сначала в минерале петалите (Li,Na). Характерное для соединений лития красное окрашивание пламени впервые наблюдал немецкий химик Х. Г. Гмелин в 1818 году. В этом же году английский химик Г. Дэви электролизом расплава гидроксида лития получил кусочек металла. Получить свободный металл в достаточных количествах удалось впервые только в 1855 году путем электролиза расплавленного хлорида лития:
2LiCl = 2Li + Cl 2
Свое название получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (греч. литос - камень). Первоначально назывался "литион". Современное название было предложено шведским химиком Берцелиусом.

Литий встречается в природе в виде двух стабильных нуклидов 6 Li (7,52 % по массе) и 7 Li (92,48 %). Литий довольно широко распространен в земной коре, его содержание в ней составляет 6,5×10 -3 % по массе. Как уже упоминалось, основные минералы, содержащие литий, - это петалит (содержит 3,5-4,9 % Li 2 О), сподумен (6-7 % Li 2 О), лепидолит (4-6 % Li 2 О) и амблигонит LiAl (8-10 % Li 2 О). В виде примеси литий содержится в ряде породообразующих минералов.
Месторождения лития приурочены к редкометалльным гранитным интрузиям, в связи с которыми развиваются литиеносные пегматиты (жильные горные породы) или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты - граниты с магматическим топазом, высоким содержанием фтора и воды, и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в том числе и лития.
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.
Другой тип месторождений лития - рассолы некоторых сильносоленых озёр.
Также литий присутствует в минерализованных водах. В морской воде содержится около 2×10 -5 % лития.

В виде простого вещества литий - мягкий, пластичный, легкий, серебристый металл. Из металлов литий самый легкий, его плотность 0,534 г/см 3 . Температура плавления 180,5°C, температура кипения 1326°C. При температурах от –193°C до температуры плавления устойчива кубическая объемно центрированная модификация лития с параметром элементарной ячейки а = 0,350 нм. Конфигурация электронной оболочки нейтрального атома лития 1s22s1. В соединениях литий всегда проявляет степень окисления +1. Металлический радиус атома лития 0,152 нм, радиус иона Li+ 0,078 нм. Энергии последовательной ионизации атома лития 5,39 и 75,6 эВ. Электроотрицательность по Полингу 0,98 - самая большая у щелочных металлов.

Из-за небольшого радиуса и маленького ионного заряда литий по своим свойствам больше всего напоминает не другие щелочные металлы, а элемент группы IIA магний (Mg). Литий химически очень активен. Он способен взаимодействовать с кислородом (O) и азотом (N) воздуха при обычных условиях, поэтому на воздухе он быстро окисляется с образованием темного налета продуктов взаимодействия:
4Li + O 2 = 2Li 2 O,
6Li + N 2 = 2Li 3 N
При контактах с галогенами литий самовоспламеняется при обычных условиях. Подобно магнию (Mg), нагретый литий способен гореть в CO 2:
4Li + CO 2 = C + 2Li 2 O
Стандартный электродный потенциал Li/Li+ имеет наибольшее отрицательное значение (E°298 = –3,05 B) по сравнению со стандартными электродными потенциалами других металлов. Это обусловлено большой энергией гидратации маленького иона Li+, что значительно смещает равновесие в сторону ионизации металла:
Li-твердый <> Li + раствор + e–
Для слабо сольватирующих растворителей значение электродного потенциала лития соответствует его меньшей химической активности в ряду щелочных металлов.

Cоли - как правило, бесцветные кристаллические вещества. По химическому поведению соли лития несколько напоминают аналогичные соединения магния (Mg) или кальция (Ca). Плохо растворимы в воде фторид LiF, карбонат Li 2 CO 3 , фосфат Li 2 PO 4 , хорошо растворим хлорат лития LiClO 3 - это, пожалуй, одно из самых хорошо растворимых соединения в неорганической химии (при 18°C в 100 г воды растворяется 313,5 г LiClO 3).
Оксид лития Li 2 O - белое твердое вещество - представляет собой типичный щелочной оксид. Li 2 O активно реагирует с водой с образованием гидроксида лития LiOH. Этот гидроксид получают электролизом водных растворов LiCl:
2LiCl + 2H 2 O = 2LiOH + Cl 2 + H 2
LiOH - сильное основание, но оно отличается по свойствам от гидроксидов других щелочных металлов. Гидроксид лития уступает им в растворимости. При прокаливании гидроксид лития теряет воду:
2LiOH = Li 2 O + H 2 O
Большое значение в синтезе органических и неорганических соединений имеет гидрид лития LiH, который образуется при взаимодействии расплавленного лития с водородом (H):
2Li + H 2 = 2LiH
LiH - ионное соединение, строение кристаллической решетки которого похоже на строение кристаллической решетки хлорида натрия NaCl. Гидрид лития можно использовать в качестве источника водорода для наполнения аэростатов и спасательного снаряжения (надувных лодок и т.п.), так как при его гидролизе образуется большое количество водорода (1 кг LiH дает 2,8 м3 H 2):
LiH + H 2 O = LiOH + H 2
Он также находит применение при синтезе различных гидридов, например, борогидрида лития:
BCl 3 + 4LiH = Li + 3LiCl.
Литий образует соединения с частично ковалентной связью Li-C, т. е. литийорганические соединения. Например, при реакции иодбензола C 6 H 5 I с литием в органических растворителях протекает реакция:
C 6 H 5 I + 2Li = C 6 H 5 Li + LiI.
Литийорганические соединения широко используются в органическом синтезе и в качестве катализаторов.

Как упоминалось выше, впервые получить литий удалось путем электролиза расплавленного хлорида лития. 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.

Литий находит очень широкое применение в современной промышленности.
Термоэлектрические материалы - сплав сульфида лития и сульфида меди - эффективный полупроводник для термоэлектропреобразователей (ЭДС около 530 мкВ/К).
Химические источники тока - из лития изготовляют аноды химических источников тока (аккумуляторов, например литий-хлорных аккумуляторов) и гальванических элементов с твёрдым электролитом (например, литий-хромсеребряный, литий-висмутатный, литий-окисномедный, литий-двуокисномарганцевый, литий-иодсвинцовый, литий-иодный, литий-тионилхлоридный, литий-оксидванадиевый, литий-фторомедный, литий-двуокисносерный элементы), работающих на основе неводных жидких и твёрдых электролитов (тетрагидрофуран, пропиленкарбонат, метилформиат, ацетонитрил). Кобальтат лития и молибдат лития показали лучшие эксплуатационные свойства и энергоёмкость в качестве положительного электрода литиевых аккумуляторов. Гидроксид лития используется как один из компонентов для приготовления электролита щелочных аккумуляторов. Добавление гидроксида лития к электролиту тяговых железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых аккумуляторных батарей повышает их срок службы в 3 раза и ёмкость на 21 % (за счёт образования никелатов лития).
Алюминат лития - наиболее эффективный твёрдый электролит (наряду с цезий-бета-глинозёмом).
Лазерные материалы - монокристаллы фторида лития используются для изготовления высокоэффективных (КПД 80 %) лазеров на центрах свободной окраски, и для изготовления оптики с широкой спектральной полосой пропускания.
Окислители - перхлорат лития используют в качестве окислителя.
Дефектоскопия - сульфат лития используют в дефектоскопии.
Пиротехника - нитрат лития используют в пиротехнике.
Сплавы - лития с серебром и золотом, а также медью являются очень эффективными припоями. Сплавы лития с магнием, скандием, медью, кадмием и алюминием - новые перспективные материалы в авиации и космонавтике. На основе алюмината и силиката лития создана керамика, затвердевающая при комнатной температуре и используемая в военной технике, металлургии, и, в перспективе, в термоядерной энергетике. Огромной прочностью обладает стекло на основе литий-алюминий-силиката, упрочняемого волокнами карбида кремния. Литий очень эффективно упрочняет сплавы свинца и придает им пластичность и стойкость против коррозии.
Электроника - триборат лития-цезия используется как оптический материал в радиоэлектронике. Кристаллические ниобат лития LiNbO 3 и танталат лития LiTaO 3 являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в нелинейной оптике, акустооптике и оптоэлектронике. Литий также используется при наполнении осветительных газоразрядных металлогалогеновых ламп.
Металлургия - в чёрной и цветной металлургии литий используется для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов. Литий иногда применяется для восстановления методами металлотермии редких металлов.
Металлургия алюминия - карбонат лития является важнейшим вспомогательным веществом (добавляется в электролит) при выплавке алюминия, и его потребление растет с каждым годом пропорционально объёму мировой добычи алюминия (расход карбоната лития 2,5-3,5 кг на тонну выплавляемого алюминия.
Легирование алюминия - введение лития в систему легирования позволяет получить новые сплавы алюминия с высокой удельной прочностью. Добавка лития снижает плотность сплава и повышает модуль упругости. При содержании лития до 1,8 % сплав имеет низкое сопротивление коррозии под напряжением, а при 1,9 % сплав не склонен к коррозионному растрескиванию. Увеличение содержания лития до 2,3 % способствует возрастанию вероятности образования рыхлот и трещин. Механические свойства при этом изменяются: пределы прочности и текучести возрастают, а пластические свойства снижаются. Наиболее известны системы легирования Al-Mg-Li (пример - сплав 1420, применяемый для изготовления конструкций летательных аппаратов) и Al-Cu-Li (пример - сплав 1460, применяемый для изготовления емкостей для сжиженных газов).
Ядерная энергетика - Изотопы 6Li и 7Li обладают разными ядерными свойствами (сечение поглощения тепловых нейтронов, продукты реакций) и сфера их применения различна. Гафниат лития входит в состав специальной эмали, предназначенной для захоронения высокоактивных ядерных отходов, содержащих плутоний. Литий-6 (термояд) применяется в термоядерной энергетике. При облучении нуклида 6Li тепловыми нейтронами получается радиоактивный тритий 3H. 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 6LiD. Перспективно также использование лития-6 для получения гелия-3 (через тритий) с целью дальнейшего использования в дейтерий-гелиевых термоядерных реакторах.
Литий-7 (теплоноситель) - применяется в ядерных реакторах, использующих реакции с участием тяжёлых элементов, таких как уран, торий или плутоний. Благодаря очень высокой удельной теплоёмкости и низкому сечению захвата тепловых нейтронов, жидкий литий-7 (часто в виде сплава с натрием или цезием) служит эффективным теплоносителем. Фторид лития-7 в сплаве с фторидом бериллия (66 % LiF + 34 % BeF2) носит название «флайб» (FLiBe) и применяется как высокоэффективный теплоноситель и растворитель фторидов урана и тория в высокотемпературных жидкосолевых реакторах, и для производства трития.
Сушка газов - высокогигроскопичные соединения с бромом и хлором - бромид LiBr и хлорид лития LiCl - применяются для осушения воздуха и других газов.
Медицина - Соли лития обладают нормотимическими и другими лечебными свойствами. Поэтому они находят применение в медицине.
Смазочные материалы - стеарат лития («литиевое мыло или литол») используется в качестве высокотемпературной смазки.
Регенерация кислорода в автономных аппаратах - гидроксид лития LiOH, пероксид Li 2 O 2 и супероксид LiO 2 применяются для очистки воздуха от углекислого газа; при этом последние два соединения реагируют с выделением кислорода (например, 4LiO 2 + 2CO 2 → 2Li 2 CO 3 + 3O 2), благодаря чему они используются в изолирующих противогазах, в патронах для очистки воздуха на подлодках, на пилотируемых космических аппаратах и т. д.
Силикатная промышленность - литий и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия фарфоровых изделий.
Прочие области применения - Соединения лития используются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической (изготовление косметики).

Литий в незначительных количествах присутствует в живых организмах, но, по-видимому, не выполняет никаких биологических функций. Установлено его стимулирующее действие на некоторые процессы в растениях, способность повышать их устойчивость к заболеваниям.
В организме среднего человека (масса 70 кг) содержится около 0,7 мг лития. Токсическая доза 90-200 мг.

Как и другие щелочные металлы, металлический литий способен вызывать ожоги кожи и слизистых, особенно в присутствии влаги. Поэтому работать с ним можно только в защитной одежде и очках. Хранят литий в герметичной таре под слоем минерального масла. Отходы лития нельзя выбрасывать в мусор, для уничтожения их следует обработать этиловым спиртом:
2С 2 Н 5 ОН + 2Li = 2С 2 Н 5 ОLi + Н 2
Образовавшийся этилат лития затем разлагают водой до спирта и гидроксида лития LiOH.

Главная » Словарный запас » Описание лития. Где его добывают