Литий

Литий

Химический элемент

Очень легкий, мягкий металл серебристо-белого цвета

Символ, номер

Li, 3

Атомная масса

6,938 а.е.м.

Электронная конфигурация

[He] 2s¹

Электроотрицательность

0,98 по шкале Поллинга

Степени окисления

+1

Плотность

0,534 г/см³

Температура плавления

453,69 K

Температура кипения

1613 K

Молярная теплоёмкость

 Дж/(K·моль)

Структура кристаллической решетки

кубическая объёмноцентрированая

Теплопроводность

(300 K) 84,8 Вт/(м·К)

Литий — самый легкий металл на Земле // Thoisoi [4:16]

Литий — химический элемент, мягкий, легкий металл серебристо-белого цвета. Относится к щелочным металлам. Химически активный. Содержание в земной коре — 6,5·10⁻³ мас.%. Известно около 30 природных литиевых минералов, в основном — это силикаты и фосфаты, но добывают литий преимущественно из сподумена, содержащего 6-7,5 % Li₂O. Основные промышленные запасы сосредоточены в рапе соляных озер. Литий применяют в термоядерных реакциях, в металлургии, электротехнической, керамической и химической промышленности. Входит в состав некоторых легких сплавов. Соединения лития применяют при изготовлении стекла, эмалей, а также в медицине.

История

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом И. Арфведсоном сначала в минерале петалит, а затем — в сподумена и в лепидолите Металлический литий впервые получил путем электролиза Хэмфри Дэви в 1818 году.

Свое название этот металл получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (греч. λίθος — камень). Современное название было предложено Берцелиусом.

Химические свойства

Карминово-красное окрашивание пламени солями лития

Литий — щелочной металл, неустойчивый на воздухе. Он является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) при комнатной температуре практически не реагирует.

Во влажном воздухе медленно окисляется, превращаясь в нитрид Li₃N, гидроксид LiOH и карбонат Li₂CO₃. В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li₂O.

Литий и его соли окрашивают пламя в карминово—красный цвет, что является качественным признаком для определения лития.

Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и водород. Реагирует также с этиловым спиртом, с аммиаком и с галогенами (с йодом — только при нагревании).

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

Геохимия

По геохимическими свойствами литий относится к литофильным элементам, среди которых есть также калий, рубидий и цезий. Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 г / т.

Основные минералы лития — слюда лепидолит и пироксен сподумена. Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в распространенных породообразующих минералах.

Месторождения лития относятся к ридкометальних гранитных интрузий, в связи с которыми развиваются литиеносни пегматиты 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 частности лития.

Другой тип месторождений лития — рапа некоторых сильносоленых озер.

Изотопы

Природный литий состоит из двух стабильных изотопов: ⁶Li (7,5 %) и ⁷Li (92,5 %); в некоторых образцах лития изотопное соотношение может быть значительно нарушено вследствие природного фракционирования изотопов. Известно 7 искусственных радиоактивных изотопов лития (от ⁴Li до ¹²Li). Самый стойкий из них, ⁸Li, имеет период полураспада 0,8403 с. Экзотический изотоп ³Li (трипротон), видимо, не существует как связанная система.

⁷Li является одним из немногих изотопов, образовавшихся во время первичного нуклеосинтеза (то есть вскоре после Большого Взрыва), а не только в звездах.

Ресурсы лития

Выявленные мировые ресурсы лития составляют около 13 млн т. Из них 760 тыс. т находится в США. На 2001 мировые запасы лития, по оценкам Геологического бюро США, составляли 400 тыс. Т, база запасов — 9400 тыс. т (без учета Аргентины, КНР, Португалии и стран СНГ). Наибольшие запасы имеет Чили — 3000 тыс. т, в Канаде и Австралии находится соответственно 180 и 150 тыс. т лития в гранитных пегматитах.

Применение

Из чего на самом деле делают литий-ионные аккумуляторы? // Thoisoi [19:48]

• Из лития изготовляют аноды химических источников тока (аккумуляторов), работающих на основе твердых электролитов.
• Благодаря очень высокой удельной теплоемкости, жидкий литий (часто в виде сплава с натрием или цезием-133) может служить эффективным теплоносителем. В ядерных реакторах с этой целью применяют изотоп 7 Li, который, в отличие от 6 Li, имеет низкий сечение захвата тепловых нейтронов.
• Облучая нуклид 6 Li тепловыми нейтронами, получают радиоактивный тритий.
• Дейтерид лития-6 применяется как термоядерное горючее в водородных бомбах.
• Литий и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия фарфора, в черной и цветной металлургии (для раскисления, повышения пластичности и прочности сплавов), для получения пластичных смазок.
• Соединения лития применяются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической промышленности (изготовление косметики).
• Соли лития применяют в медицине как антидепрессанты.
• Карбонат лития Li₂CO₃ применяется в производстве алюминия.
• Високогигроскопичный бромид LiBr и хлорид лития LiCl применяют для осушения воздуха и других газов.
• Гидроксид лития используется как один из компонентов для приготовления электролита щелочных аккумуляторов.
• Сплавы лития с магнием, скандием, медью, кадмием и алюминием — новые перспективные материалы в авиации и космонавтике. На основе алюмината и силиката лития создан керамику твердеет при комнатной температуре и применяется в военной технике, металлургии, и, в перспективе, в термоядерной энергетике. Огромную прочность имеет стекло на основе литий-алюминий-силиката, усиленное волокнами карбида кремния. Литий очень эффективно укрепляет сплавы свинца и придает им пластичности и стойкости против коррозии.
• Алюминат лития — эффективный твердый электролит (вместе с цезий-бета-глиноземом).
• Стеарат лития («литиевое мыло») применяется как высокотемпературная смазка.
• Кристаллические ниобат лития LiNbO₃ и танталат лития LiTaO₃ являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в нелинейной оптике и оптоэлектронике.
• Гидроксид лития LIOH, пероксид Li₂O2 и супероксид LiO₂ применяются для очистки воздуха от углекислого газа; при этом последние два соединения реагируют с выделением кислорода (например, 4LiO₂ + 2CO₂ → 2Li₂CO₃ + 3O₂), благодаря чему они используются в противогазах, в патронах для очистки воздуха на подводных лодках т.д. Кроме того, добавление гидроксида лития в электролита тяговых железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых аккумуляторных батарей повышает их срок службы в три раза и емкость на 21 % (за счет образования никелатив лития).
• Литий и его соединения широко применяются в ракетной технике. Смесь паров лития с молекулярным водородом является эффективным рабочим телом для газофазных ядерных ракетных двигателей. Жидкий литий используется в качестве рабочего тела в электроракетных двигателях, в частности — в мощных ЭРД. Литий используется как собственно ракетное топливо или как добавка к нему. Перхлорат и нитрат лития применяются как окислители ракетного топлива.

Литература

• Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
• Малая горная энциклопедия. В 3-х т. / Под ред. В. С. Белецкого. — Донецк: Донбасс, 2004. — ISBN 966-7804-14-3