Литий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Ли́тий — химический элемент с атомным номером 3 в периодической системе, обозначается символом Li (лат. Lithium), мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

[править] История и происхождение названия

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом А. Арфведсоном сначала в минерале петалите (Li,Na)[Si₄AlO₁₀], а затем в сподумене LiAl[Si₂O₆] и в лепидолите KLi_1.5Al_1.5[Si₃AlO₁₀](F,OH)₂. Металлический литий впервые получил Хемфри Дэви в 1825 году.

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

[править] Получение

В настоящее время для получения металлического лития его природные минералы или разлагают серной кислотой (кислотный способ), или спекают с CaO или CaCO₃ (щелочной способ), или обрабатывают K₂SO₄ (солевой способ), а затем выщелачивают водой. В любом случае из полученного раствора выделяют плохо растворимый карбонат лития Li₂CO₃, который затем переводят в хлорид LiCl. Электролиз расплава хлорида лития проводят в смеси с KCl или BaCl₂ (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси). В дальнейшем полученный литий очищают методом вакуумной дистилляции.

[править] Физические свойства

Представляет собой серебристо-белый металл (плотность 0,53 г/см³, плавает в воде и керосине), мягкий (режется ножом), ковкий и тягучий, температура плавления 186 °С.

[править] Химические свойства

Щелочной металл, неустойчив на воздухе. Литий 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, это является качественным признаком для определения лития.

Спокойно, без взрыва и загорания, реагирует с водой, образуя LiOH и H₂. Реагирует также с этиловым спиртом, образуя алкоголят, с аммиаком и с галогенами (с иодом — 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.

[править] 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 г/т.

Основные минералы лития — слюда лепидолит — KLi_1,5Al_1,5[Si₃AlO₁₀] (F, OH)₂ и пироксен сподумен — LiAl [Si₂O₆]. Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в широко распространенных породообразующих минералах.

Месторождения лития приурочены к редкометалльным гранитным интрузиям, в связи с которыми развиваются литиеносные пегматиты или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты — граниты с магматическим топазом, выскоим содержанием фтора и воды, и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в том числе и лития.

Другой тип месторождений лития — рассолы некоторых сильносоленых озёр.

[править] Применение

Литий по праву можно назвать важнейшим элементом современной цивилизации и развития технологий. В прошлом и позапрошлом веках критериями развития индустриальной и экономической мощи государств были показатели производства важнейших кислот и металлов, воды и энергоносителей. В 21-м веке Литий прочно и надолго вошел в список таких показателей. Сегодня литий имеет исключительно важное экономическое и стратегическое значение в развитых индустриальных странах, а говоря простым языком: Литий — это дополнительные десятки и сотни миллиардов долларов или рублей в бюджет любой страны, использующей литий.

[править] Термоэлектрические материалы

Сплав сульфида лития и сульфида меди — эффективный полупроводник для термоэлектропреобразователей (ЭДС около 530мкВ/градус К).

[править] Химические источники тока

Из лития изготовляют аноды химических источников тока (аккумуляторов, например литий-хлорных аккумуляторов), и гальванических элементов с твердым электролитом, резервных, и других (например литий-хромсеребряный элемент, литий-висмутатный элемент,литий-окисномедный элемент, литий-двуокисномарганцевый элемент, литий-йодсвинцовый элемент, литий-йодный элемент, литий-тионилхлоридный элемент, литий-оксидванадиевый элемент, литий-фторомедный элемент, литий-двуокисносерный элемент), работающих на основе неводных жидких и твердых электролитов (тетрагидрофуран, пропиленкарбонат, метилформиат, ацетонитрил).

Кобальтат лития, и молибдат лития показали лучшие эксплуатационные свойства и энергоемкость в качестве положительного электрода литиевых аккумуляторов. Гидроксид лития используется как один из компонентов для приготовления электролита щелочных аккумуляторов.

Кроме того, добавление гидрооксида лития к электролиту тяговых железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых аккумуляторных батарей повышает их срок службы в 3 раза и емкость на 21 % (за счет образования никелатов лития). Алюминат лития — наиболее эффективный твердый электролит (наряду с цезий-бета-глиноземом).

[править] 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).

[править] Ракетное топливо

Боранат лития — самый емкий источник водорода для его получения в полевых условиях (на 1 кг бораната выделяется 4,1 м³ водорода). Также он применяется в качестве ракетного топлива. 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 сильноточных ЭРД. Литий используется так же в качестве ракетного топлива или добавки к нему. Перхлорат лития применяется как окислитель ракетного топлива. Нитрат лития используется как окислитель ракетного топлива. Сам по себе металлический литий так же используется в качестве мощного ракетного горючего в комбинации с различными окислителями.

[править] 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.

[править] Сплавы

Сплавы лития с серебром и золотом, а так же 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.

[править] Электроника

Триборат лития-цезия используется как оптический материал в радиоэлектронике. Кристаллические ниобат лития LiNbO₃ и танталат лития LiTaO₃ являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в нелинейной оптике, акустооптике и оптоэлектронике.

[править] Металлотермия

Литий иногда применяется для восстановления методами металлотермии редких металлов.

[править] Ядерная энергетика

Изотопы ⁶Li и ⁷Li обладают разными ядерными свойствами (сечение поглощения тепловых нейтронов, продукты реакций) и сфера их применения различна. Гафнат лития входит в сосав специальной эмали предназначенной для захоронения высокоактивных ядерных отходов содержащих плутоний.

[править] Литий-6 (термояд)

Применяется в термоядерной энергетике.

При облучении нуклида ⁶Li тепловыми нейтронами получается радиоактивный тритий ³₁H (Т):

⁶₃Li + ¹₀n = ³₁H + ⁴₂He.

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.

[править] 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-133) 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 производства трития.

[править] Сушка газов

Высокогигроскопичные бромид LiBr и хлорид лития LiCl применяются для осушения воздуха и других газов.

[править] Медицина

Соли лития обладают психотропным действием и используются в медицине при профилактике и лечении ряда психических заболеваний. Наиболе распространен в этом качестве карбонат лития.

[править] Смазочные материалы

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

[править] Регенерация кислорода в автономных аппаратах

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 изолирующих противогазах, в патронах для очистки воздуха на подлодках и т. д.

[править] Силикатная промышленность

Литий и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия фарфоровых изделий, в черной и цветной металлургии (для раскисления, повышения пластичности и прочности сплавов).

[править] Прочие области применения

Соединения лития используются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической (изготовление косметики).

[править] Цены

В 2006 году цены на металлический литий 99 % составили в среднем 70 долл за 1 кг.^{[Источник?]}

[править] Изотопы лития

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

⁷Li является одним из немногих изотопов, возникших при первичном нуклеосинтезе (т. е. вскоре после Большого Взрыва), а не в звёздах.

[править] См. также

Категория:Соединения лития

[править] Ссылки

На Викискладе есть страница по теме
Литий

• Литий на Webelements
• Литий в Популярной библиотеке химических элементов