Литий

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

Литий (Li)

Атомный номер

3

Внешний вид

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
Плотность

0,534 г/см³

Удельная теплоёмкость

3,489 Дж/(K·моль)

Теплопроводность

84,8 Вт/(м·K)

Температура плавления

553,69 K

Теплота плавления

2,89 кДж/моль

Температура кипения

1118,15 K

Теплота испарения

148 кДж/моль

Молярный объём

13,1 см³/моль

Кристаллическая решётка
Структура решётки

кубическая объёмноцентрированая

Период решётки

3,490 Å

Отношение c/a

n/a

Температура Дебая

400,00 K

Содержание

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 KLi1.5Al1.5[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.

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

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 галогенамииодом — 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 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 — KLi1,5Al1,5[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.

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.

Термоэлектрические материалы

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

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).

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).

Ракетное топливо

Боранат лития самый емкий источник водорода для его получения в полевых условиях (на 1 кг бораната выделяется 4,1 м³ водорода).Так же 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.

Теоритические характеристики 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°С 0,999 4642 м/сек 28%
Тетрафторгидразин 348,9 сек 5021°С 0,920 4082 м/сек 21,07%
ClF3 320,1 сек 4792°С 1,163 4275 м/сек 24%
ClF5 334 сек 4946°С 1,128 4388 м/сек 24,2%
Перхлорилфторид 262,9 сек 3594°С 0,895 3028 м/сек 41%
Окись фтора 339,8 сек 4595°С 1,097 4396 м/сек 21%
Кислород 247,1 сек 3029°С 0,688 2422 м/сек 58%
Перекись водорода 270,5 сек 2995°С 0,966 3257 м/сек 28,98%
N2O4 239,7 сек 3006°С 0,795 2602 м/сек 48%
Азотная кислота 240,2 сек 3298°С 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.

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.

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.

Металлотермия

Литий иногда применяется для восстановления методами металлотермии редких металлов.

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.

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(LiF (66%) + BeF2 (34%) носит название флайб (FLiBe)), и применяется как высокоэффективный теплоноситель и растворитель фторидов урана и тория в высокотемпературных жидкосолевых реакторах, и 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. Наиболе распространен в этом качестве карбонат лития.

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 и т. д.

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).

Прочие области применения

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

Цены

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

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.

См. также

Соединения лития

Ссылки


Периодическая система элементов
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home