Литий

Ли́тий / Lithium (Li)
Атомный номер	3
Внешний вид простого вещества	Файл:Li,3.jpg Мягкий серебристо-белый металл
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	6,941 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	155 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	519,9(5,39) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[He] 2s1
Химические свойства
Ковалентный радиус	163 пм
Радиус иона	68 (+1e) пм
Электроотрицательность (по Полингу)	0,98
Электродный потенциал	-3,06В
Степени окисления	1
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	0,534 г/см³
Удельная теплоёмкость	3,489 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	84,8 Вт/(м·K)
Температура плавления	453,69 K
Теплота плавления	2,89 кДж/моль
Температура кипения	1613 K
Теплота испарения	148 кДж/моль
Молярный объём	13,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая объёмноцентрированая
Период решётки	3,490 Å
Отношение c/a	n/a
Температура Дебая	400 K

Li	3
6,941
2s1
Литий

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

История и происхождение названия

Файл:Electron shell 003 Lithium.svg

Схема атома лития

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 Хамфри 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.

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.

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), которая при холодной обработке переходит в кубическую плотноупакованную решётку, где каждый атом, имеющий двойную кубооктаэдрическую координацию, окружён 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 °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° С и не смешивается с расплавленными калием, рубидием и цезием, в то время как другие па́ры щелочных металлов смешиваются друг с другом в любых соотношениях.

Файл:FlammenfärbungLi.png

Карминово-красное окрашивание пламени солями лития

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. Есть интересная особенность, что в интервале температур от 100 °С до 300 °С литий покрывается плотной оксидной плёнкой, и в дальнейшем не окисляется.

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 возгорания находится около 300 °С. Продукты горения раздражают слизистую оболочку носоглотки.

Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и H₂ [1]. Реагирует также с этиловым спиртом, образуя алкоголят, с аммиаком и с галогенами (с иодом — только при нагревании).

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

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. У лития известны 7 искусственных радиоактивных изотопов и два ядерных изомера (⁴Li − ¹²Li и ^10m1Li − ^10m2Li соответственно). 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 (то есть вскоре после Большого Взрыва), а не в звёздах.

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, высоким содержанием фтора и воды, и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в том числе и лития.

Другой тип месторождений лития — рассолы некоторых сильносоленых озёр.

Применение

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 гидрооксида 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).

Ракетное топливо

Теоретические характеристики ракетных топлив, образованных литием с различными окислителями.

Окислитель

Окислитель	Удельная тяга (Р1, сек)	Температура сгорания °С	Плотность топлива г/см3	Прирост скорости, ΔVид,25, м/сек	Весовое содерж.горючего %
Фтор	378,3 сек	5350 °C	0,999	4642 м/сек	28 %
Тетрафторгидразин	348,9 сек	5021 °C	0,920	4082 м/сек	21,07 %
ClF3	320,1 сек	4792 °C	1,163	4275 м/сек	24 %
ClF5	334 сек	4946 °C	1,128	4388 м/сек	24,2 %
Перхлорилфторид	262,9 сек	3594 °C	0,895	3028 м/сек	41 %
Окись фтора	339,8 сек	4595 °C	1,097	4396 м/сек	21 %
Кислород	247,1 сек	3029 °C	0,688	2422 м/сек	58 %
Перекись водорода	270,5 сек	2995 °C	0,966	3257 м/сек	28,98 %
N2O4	239,7 сек	3006 °C	0,795	2602 м/сек	48 %
Азотная кислота	240,2 сек	3298 °C	0,853	2688 м/сек	42 %

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

Лития сульфат используют в дефектоскопии.

Сплавы

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 LiNbO₃ и танталат лития LiTaO₃ являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в нелинейной оптике, акустооптике и оптоэлектронике.

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. Гафнат 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 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.

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 для производства трития.

Сушка газов

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

Медицина

Соли лития обладают психотропным действием и используются в медицине при профилактике и лечении ряда психических заболеваний. Наиболее распространен в этом качестве карбонат лития. применяется в психиатрии для стабилизации настроения людей, страдающих биполярным расстройством и частыми перепадами настроения. Он эффективен в предотвращении мании депрессии и уменьшает риск суицида.Медики не раз наблюдали, что некоторые соединения лития (в соответствующих дозах, разумеется) оказывают положительное влияние на больных, страдающих маниакальной депрессией. Объясняют этот эффект двояко. С одной стороны, установлено, что литий способен регулировать активность некоторых ферментов, участвующих в переносе из межклеточной жидкости в клетки мозга ионов натрия и калия. С другой стороны, замечено, что ионы лития непосредственно воздействуют на ионный баланс клетки. А от баланса натрия и калия зависит в значительной мере состояние больного: избыток натрия в клетках характерен для депрессивных пациентов, недостаток – для страдающих маниями. Выравнивая натрий калиевый баланс, соли лития оказывают положительное влияние и на тех, и на других.

Смазочные материалы

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

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 , 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).

Цены

По состоянию на конец 2007 − начало 2008 года цены на металлический литий 99 % составляют 63 долл за 1 кг. [2]

См. также

Категория:Соединения лития

Ссылки

	Литий на Викискладе?

• Литий на Webelements
• Литий в Популярной библиотеке химических элементов
• Литий в энциклопедии «Кругосвет»
• www.worldlithium.com

Литература

• Плющев В. Е., Степин Б. Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия.- М.-Л.: Химия, 1970.- 407 с

---

Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Литий. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .

---