Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического лития. История и происхождение названия

Патрошкина Валерия

В реферате представлены данные о строении атома лития, открытии элемента,нахождении в природе, физические и химические свойства, получение и применение лития и его соединений

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Кесовогорская средняя общеобразовательная школа

имени дважды Героя Советского Союза А.В.Алелюхина

Реферат

на тему « Литий(Li)»

Ученицы 11 класса

Патрошкиной Валерии

ПГТ. Кесова Гора 2017 г.

1. Характеристика элемента по плану

Литий ― это элемент 2 периода главной подгруппы I группы периодической системы Д. И. Менделеева, элемент IA или подгруппы щелочных металлов.
Строение атома лития можно отразить так: 3Li ― 2ē, 1ē. Атомы лития будут проявлять сильные восстановительные свойства: легко отдадут свой единственный внешний электрон и получат в результате степень окисления (с. о.) +1. Эти свойства атомов лития будут слабее выражены, чем у атомов натрия, что связано с увеличением радиусов атомов: Rат (Li)
Литий ― простое вещество, представляет собой металл, а, следовательно, имеет металлическую кристаллическую решетку и металлическую химическую связь. Заряд иона лития: не Li+1 (так указывают с. о.), а Li+. Общие физические свойства металлов, вытекающие из их кристаллического строения: электро- и теплопроводность, ковкость, пластичность, металлический блеск и т. д.
Литий образует оксид с формулой Li2O ― это солеобразующий, основной оксид. Это соединение образовано за счет ионной химической связи Li2+O2-, взаимодействуют с водой, образуя щелочь.
Гидроксид лития имеет формулу LiOH. Это основание ― щелочь. Химические свойства: взаимодействие с кислотами, кислотными оксидами и солями.
В подгруппе щелочных металлов отсутствует общая формула "Летучие водородные соединения". Эти металлы не образуют летучих водородных соединений. Соединения металлов с водородом ― бинарные соединения ионного типа с формулой M+H-.

2.История открытия.

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком А. Арфведсоном в минерале петалите; название от греч. lithos - камень. Металлический Литий впервые получен в 1818 году английским химиком Г. Дэви.

3.Нахождение в природе

Литий - типичный элемент земной коры (содержание 3,2·10 -3 % по массе), он накапливается в наиболее поздних продуктах дифференциации магмы - пегматитах. В мантии мало Лития - в ультраосновных породах всего 5·10 -5 % (в основных 1,5·10 -3 %, средних - 2·10 -3 %, кислых 4·10 -3 %). Близость ионных радиусов Li+, Fe 2+ и Mg 2+ позволяет Литию входить в решетки магнезиально-железистых силикатов - пироксенов и амфиболов. В гранитоидах он содержится в виде изоморфной примеси в слюдах. Только в пегматитах и в биосфере известно 28 самостоятельных минералов Лития (силикаты, фосфаты и другие). Все они редкие. В биосфере Литий мигрирует сравнительно слабо, роль его в живом веществе меньше, чем остальных щелочных металлов. Из вод он легко извлекается глинами, его относительно мало в Мировом океане (1,5·10 -5 %).В гранидах он содержится в виде изоморфной примеси в слюдах. Только в биосфере известно 28 минералов лития и силикаты, фасфаты и другие. Все они редкие. В биосфере литий мигрирует сравнительно слабо, роль его в живом веществе меньше, чем остальных щелочных металлов. Промышленные месторождения лития связаны как с магматическими породами (пегматиты), так и с биосферной(соленые) .

4. Получение

Соединения Лития получаются в результате гидрометаллургической переработки концентратов - продуктов обогащения литиевых руд. Основной силикатный минерал - сподумен перерабатывают по известковому, сульфатному и сернокислотному методам. В основе первого - разложение сподумена известняком при 1150- 1200 °С:

Li 2 O·Al 2 O 3 ·4SiO 2 + 8CaCO 3 = Li 2 O·Al 2 O 3 + 4(2CaO· SiO 2 ) + 8CO 2

При выщелачивании спека водой в присутствии избытка извести алюминат Лития разлагается с образованием гидрооксида Лития:

Li 2 O·Al 2 O 3 + CaOH 2 = 2LiOH + CaO·Al 2 O 3

По сульфатному методу сподумен (и другие алюмосиликаты) спекают с сульфатом калия:

Li 2 O·Al 2 O 3 ·4SiO 2 + K 2 SO 4 = Li 2 SO 4 + K 2 O·Al 2 O 3 ·4SiO 2

Сульфат Лития растворяют в воде и из его раствора содой осаждают карбонат Лития:

Li 2 SO 4 +Na 2 CO 3 =Li 2 CO 3 + Na 2 SO 4 .

По сернокислотному методу также получают сначала раствор сульфата Лития, а затем карбонат Лития; сподумен разлагают серной кислотой при 250-300 °С (реакция применима только для β-модификации сподумена):

β-Li 2 O·Al 2 O 3 ·4SiO 2 + H 2 SO 4 = Li 2 SO 4 + H 2 O·Al 2 O 3 ·4SiO 2

Метод используется для переработки руд, необогащенных сподуменом, если содержание в них Li 2 O не менее 1%. Фосфатные минералы Лития легко разлагаются кислотами, однако по более новым методам их разлагают смесью гипса и извести при 950-1050 °С с последующей водной обработкой спеков и осаждением из растворов карбоната Лития.

Металлический Литий получают электролизом расплавленной смеси хлоридов Лития и калия при 400-460 °С (весовое соотношение компонентов 1:1). Электролизные ванны футеруются магнезитом, алундом, муллитом, тальком, графитом и других материалами, устойчивыми к расплавленному электролиту; анодом служат графитовые, а катодом - железные стержни. Черновой металлический Литий содержит механические включения и примеси (К, Mg, Ca, Аl, Si, Fe, но главным образом Na). Включения удаляются переплавкой, примеси - рафинированием при пониженном давлении. В настоящее время большое внимание уделяется металлотермическим методам получения Лития.

5.Физические свойства

Компактный Литий- серебристо-белый металл, быстро покрывающийся темно-серым налетом, состоящим из нитрида LiaN и оксида Li 2 O. При обычной температуре Литий кристаллизуется в кубической объемно-центрированной решетке, а = 3,5098 Å. Атомный радиус 1,57 Å, ионный радиус Li + 0,68 Å. Ниже -195 °С решетка Лития гексагональная плотноупакованная. Литий - самый легкий металл; плотность 0,534 г/см 3 (20 °С); t пл 180,5°С, t кип . 1317°С. Удельная теплоемкость (при 0-100 °С) 3,31·10 3 Дж/(кг·К), то есть 0,790 кал/(г·град); термический коэффициент линейного расширения 5,6·10 -5 . Удельное электрическое сопротивление (20 °С) 9,29·10 -4 ом·м (9,29 мком·см); температурный коэффициент электрического сопротивления (0-100 °С) 4,50·10 -3 . Литий парамагнитен. Металл весьма пластичен и вязок, хорошо обрабатывается прессованием и прокаткой, легко протягивается в проволоку. Твердость по Моосу 0,6 (тверже, чем Na и К), легко режется ножом. Давление истечения (15-20 °С) 17 Мн/м 2 (1,7 кгс/мм 2 ). Модуль упругости 5 Гн/м 2 (500 кгс/мм 2 ), предел прочности при растяжении 116 Мн/м 2 (11,8 кгс/мм 2 ), относительное удлинение 50-70% . Пары Лития окрашивают пламя в карминово-красный цвет.

6.Химические свойства .

Конфигурация внешней электронной оболочки атома Лития 2s 1 ; во всех известных соединениях он одновалентен. При взаимодействии с кислородом или при нагревании на воздухе (горит голубым пламенем) Литий образует оксид Li 2 О (пероксид Li 2 O 2 получается только косвенным путем). С водой реагирует менее энергично, чем другие щелочные металлы, при этом образуются гидрооксид LiOH и водород. Минеральные кислоты энергично растворяют Li (стоит первым в ряду напряжений, его нормальный электродный потенциал - 3,02 в).

Литий соединяется с галогенами (с иодом при нагревании), образуя галогениды (важнейший - хлорид лития). При нагревании с серой Литий дает сульфид Li 2 S, а с водородом - гидрид лития. С азотом Литий медленно реагирует уже при комнатной температуре, энергично - при 250 °С с образованием нитрида Li 2 N. С фосфором Литий непосредственно не взаимодействует, но в специальных условиях могут быть получены фосфиды. Нагревание Лития с углеродом приводит к получению карбида Li 2 C 2 , скремнием- силицида Лития. Бинарные соединения Литий - Li 2 О, LiH, Li 3 N, Li 2 C 2 , LiCl и другие, а также LiOH весьма реакционноспособны; при нагревании или плавлении они разрушают многие металлы, фарфор, кварц и другие материалы. Карбонат, фторид LiF, фосфат Li 3 PO 4 и другие соединения Лития по условиям образования и свойствам близки к соответствующим производным магния и кальция.

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

Литий - компонент многих сплавов. С некоторыми металлами (Mg, Zn, Al) он образует твердые растворы значительной концентрации, со многими - интерметаллиды (LiAg, LiHg, LiMg 2 , LiAl и мн. других). Последние часто весьма тверды и тугоплавки, незначительно изменяются на воздухе; некоторые из них - полупроводники. Изучено ряд бинарных и тройных систем с участием Лития; соответствующие им сплавы уже нашли применение в технике.

7.Важные соединения и применения

Литий органические соединения, соединения, содержащие связь углерод-литий. Алифатические соединения Li-бесцветные кристаллические вещества вязкие неперегонные жидкости или низкоплавкие воскообразные вещества. Ароматические соединения Li- белые или нерастворимые в углеводороде, растворимые в эфирах. LiH (гидрид лития) устойчивее гидридов других щелочных и щелочноземельных Me, служит такие для получения гидридов многих Me и в органическом синтезе- как сильный восстановитель. Важнейшая область применения Лития - ядерная энергетика. Изотоп 6 Li - единственный промышленный источник для производства трития по реакции:

6 3 Li + 1 0 n = 3 1 H + 4 2 He

Сечения захвата тепловых нейтронов (σ) изотопами Лития резко различаются: 6 Li 945, 7 Li 0,033; для естественной смеси 67 (в барнах); это важно в связи с техническим применением Лития - при изготовлении регулирующих стержней в системе защиты реакторов. Жидкий Литий (в виде изотопа 7 Li) используется в качестве теплоносителя в урановых реакторах. Расплавленный 7 LiF применяется как растворитель соединений U и Th в гомогенных реакторах. Крупнейшим потребителем соединений Лития является силикатная промышленность, в которой используют минералы Лития, LiF, Li 2 CO 3 и многие специально получаемые соединения. 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. По значимости в современной технике Литий- один из важнейших редких элементов.

8. Химологический прогноз.

Человек под знаком лития- интересная личность, индивидуальность, всегда со своей точкой зрения. Он, как немногие другие по праву нужен обществу и заслуживает со стороны других уважение.

Здоровье: человек- литий может иметь серьезные заболевания,в плоть до рака,и легко заражаться от других людей болезнями, с большим инкубационным периодом. Стоек к простудам, но подвержен к стрессам и депрессиям больше, чем другие элементы.

Темперамент и характер: человек под этим знаком стремиться занять первое место, хотя впереди много сложных препятствий, он будет их преодолевать не любыми способами, а с честью и достоинством. Основная черта характера лития –большая стойкость, выносливость, выдержка и упрямость. Li- скала, противостоящая трудным ситуациям. Этот человек может быть и хладнокровным, умеющий вести сделки, но в это же время терпеливым, любящим и справедливым во всех отношениях. В спорах человек-Li всегда остаётся при своей тоске зрения, даже если он не прав и это понимает.Li проявляет себя слабее, чем другие организационных моментах, но не всегда. Он преимущественно присутствует в горячих, ярких,интересных, порой опасных ситуаций, иногда свидетелем, а иногда участником. Не все литии отличаются силой воли. Они очень доверчивы и не всегда защищены,Li легко обидеть острым высказыванием в его адрес, чем поступком. Любимый цвет: оттенки красного, голубого, зеленого и пастельные тона.

Род профессий: человек-Li может работать и в области творчества и в области «черных работ». Но и в том и в другом случае он трудолюбив, терпелив, корректив, внушает уважением относиться к начальству и другим людям. Не редко Li становится незаменимым работником.

Отношение с людьми: Литий лёгок в общении, необременённый обязательствами. Он со всеми и во всех вопросах искренен и открыт. В компанию Li приносит что то новое для других. Плохая компания для Li азот и кислород, они могут надавить и испортить Li, оставив в его жизни свой след. В союзе лития с литием может быть страстная любовь на протяжении многих лет, а в союзе с кислородом будет присутствовать привязанность и привычка больше, чем любовь, это будет стабильная пара.

Друзья Li: на 1-ом месте сера и водород

На 2-ом азот и углерод

На 3-ем фосфор

Вместе с друзьями литий может принести переустройство в монотонность жизни. Человек- литий не довольствуется малым, ведут не умеренную, а яркую, разнообразную, полную неожиданностей жизнь.

История открытия:

В 1817 г. шведский химик и минералог Август Арфведсон, анализируя природный минерал петалит, установил, что в нем содержится "огнепостоянная щелочь до сих пор неизвестной природы". Позднее он нашел аналогичные соединения в составе других минералов. Арфведсон предположил, что это соединения нового элемента и дал ему название литий (от греческого liqoz – камень).
Металлический литий был выделен в 1818 году английский химиком Гемфри Дэви электролизом расплава гидроксида лития.

Нахождение в природе и получение:

Природный литий состоит из двух стабильных изотопов - 6 Li (7,42%) и 7 Li (92,58%).
Литий - сравнительно мало распространенный элемент (массовая доля в земной коре 1,8*10 -3 %, 18 г/тонну). Кроме петалита LiAl, основными минералами лития являются слюда, лепидолит - KLi 1,5 Al 1,5 (F,OH) 2 и пироксен сподумен - LiAl.
В настоящее время для получения металлического лития его природные минералы или обрабатывают серной кислотой, или спекают с CaO или CaCO 3 , а затем выщелачивают водой. Получают растворы сульфата или гидроксида лития, из которых осаждают плохо растворимый карбонат Li 2 CO 3 , который затем переводят в хлорид LiCl. Электролизом расплава хлорида лития в смеси с хлоридом калия или бария получают металлический литий.

Физические свойства:

Простое вещество литий - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. Из всех щелочных металлов он самый твердый, высокоплавкий (Ткип=180,5 и Тпл=1340° С). Это самый легкий металл (плотность 0,533 г/см 3), он плавает не только в воде, но и в керосине. Литий и его соли окрашивают пламя в карминно-красный цвет.

Химические свойства:

Литий проявляет типичные свойства щелочных металлов, взаимодействуя с водой, кислородом, другими неметаллами. Хранить его приходится под слоем под слоем минерального масла, придавливая сверху, чтобы не всплывал.
В соответствии с положением в ПСХЭ, литий наименее активный щелочной металл. Так в реакции с кислородом он образует в основном оксид лития, а не пероксиды как другие металлы. Подобно натрию литий растворяется в жидком аммиаке, образуя синий раствор с металлической проводимостью. Растворенный литий постепенно реагирует с аммиаком: 2Li + 2NH 3 = 2LiNH 2 + H 2 .
Литий отличается повышенной активностью при взаимодействии с азотом, образуя с ним уже при обычной температуре нитрид Li 3 N.
По некоторым свойствам литий и его соединения напоминают соединения магния (диагональное сходство в таблице Менделеева).

Важнейшие соединения:

Оксид лития, Li 2 O - белое кристаллическое вещество, основный оксид, с водой образует гидроксид

Гидроксид лития - LiOH - белый порошок, обычно моногидрат, LiOH*H 2 O, сильное основание

Соли лития - бесцветные кристаллические вещества, гигроскопичны, образуют кристаллогидраты состава LiX*3H 2 O. Карбонат и фторид лития подобно аналогичным солям магния малорастворимы. Карбонат и нитрат лития при нагревании разлагаются, образуя оксид лития:
Li 2 CO 3 = Li 2 O + CO 2 ; 4LiNO 3 = 2Li 2 O + 4NO 2 + O 2

Пероксид лития - Li 2 O 2 - белое кристаллическое вещество, получают реакцией гидроксида лития с пероксидом водорода: 2LiOH + H 2 O 2 = Li 2 O 2 + 2H 2 O
Используют в космических аппаратах и подводных лодках для получения кислорода:
2Li 2 O 2 + 2CO 2 = 2Li 2 CO 3 +O 2

Гидрид лития LiH получают взаимодействием расплавленного лития с водородом. Бесцветные кристаллы, реагирует с водой и кислотами с выделением водорода. Источник водорода в полевых условиях.

Применение:

Металлический литий - высокопрочные и сверхлегкие сплавы с магнием и алюминием для авиационной и космической техники. Легирующая добавка в металлургии (связывает азот, кремний, углерод). Теплоноситель (расплав) в ядерных реакторах.

Из лития изготовляют аноды химических источников тока и гальванических элементов с твёрдым электролитом.

Соединения: специальные стекла, глазури, эмали, керамика. Монокристаллы фторида лития используются для изготовления высокоэффективных (КПД 80 %) лазеров
LiOH как добавка в электролит щелочных аккумуляторов. Карбонат лития – добавка в расплав при производстве алюминия: снижает температуру плавления электролита, увеличивает силу тока, уменьшает нежелательное выделение фтора.

Металлоорганические соединения лития (например бутиллитий LiС 4 Н 9) - широко применяются в промышленном и лабораторном органическом синтезе и как катализаторы полимеризации.

Дейтерид лития-6: как источник дейтерия и трития в термоядерном оружии (водородная бомба).

Содержание лития в организме человека составляет около 70 мг. В течение суток в организм взрослого человека поступает около 100 мкг лития. Литий способствует высвобождению магния из клеточных «депо» и тормозит передачу нервного импульса, ингибируя проводимость нервной системы. Соли лития применяются психотропные лекарственные средства, оказывая успокаивающий эффект при лечении шизофрении и депрессии. Однако передозировка может привести к тяжелым осложнениям и летальному исходу.

Нурмаганбетов Т.
ТюмГУ, 582 группа, 2011 г.

Источники:
Литий // Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Литий (дата обращения: 23.05.2013).
Литий // Онлайн Энциклопедия Кругосвет. URL: http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/LITI.html (дата обращения: 23.05.2013).

Содержание статьи

ЛИТИЙ (Lithium) Li, химический элемент 1-й (Ia) группы Периодической системы, относится к щелочным элементам. Атомный номер 3, относительная атомная масса 6,941. Состоит из двух стабильных изотопов 6 Li (7,52%) и 7 Li (92,48%). Искусственным путем получены еще два изотопа лития: у 8 Li период полураспада равен 0,841 с, а у 9 Li 0,168 с.

Степень окисления +1.

Литий был открыт в 1817 шведским химиком и минералогом Августом Арфведсоном (Arfvedson August) (1792–1841), когда он работал в качестве ассистента в лаборатории Йёнса Якоба Берцелиуса . На основании химического анализа петалита (LiAlSi 4 O 10) Арфведсон предположил, что в этом слоистом силикатном минерале есть некий щелочной элемент. Он отметил, что его соединения похожи на соединения натрия и калия, однако карбонат и гидроксид менее растворимы в воде. Арфведсон предложил для нового элемента название литий (от греческого liqoz – камень), указывающее на его происхождение. Он показал также, что этот элемент содержится в сподумене (силикатный пироксен) LiAlSi 2 O 6 и в лепидолите (слюда), который имеет примерный состав K 2 Li 3 Al 4 Si 7 O 21 (OH,F) 3 .

В 1818 английский химик и физик Гемфри Дэви выделил металлический литий электролизом расплавленного гидроксида лития.

Распространение лития в природе и его промышленное извлечение.

Содержание лития в кристаллических горных породах составляет 1,8·10 –3 % по массе, что косвенно отражает относительное малую распространенность элемента во Вселенной. На Земле он имеет почти такую же распространенность как галлий (1,9·10 –3 %) и ниобий (2,0·10 –3 %). Промышленные месторождения минералов лития есть на всех континентах. Наиболее важным минералом является сподумен, большие месторождения которого имеются в США, Канаде, Бразилии, Аргентине, странах СНГ, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве и Конго.

Почти всю мировую добычу минералов лития контролируют три главных компании – Sons of Gwalia (Австралия), Tanco (Канада) и Bikita Minerals (Зимбабве). Добыча минералов лития за период 1994–2000 увеличилась с 6300 до 11 900 т. в год. При этом 50% мировых мощностей по добыче сподумена, лепидолита и других литиевых минералов в последние годы простаивает. Таким образом, есть необходимые резервы для наращивания объемов выпуска литиевой продукции и дефицит лития потребителям не грозит.

Для получения нужных соединений лития сподумен нагревают до ~1100° С, а затем промывают серной кислотой при 250° С и выщелачивают образовавшийся сульфат лития водой. Действием карбоната натрия или хлороводорода его переводят в карбонат или хлорид, соответственно. Другим способом хлорид может быть получен прокаливанием промытой руды с известняком (карбонатом кальция) при 1000° С с последующим выщелачиванием водой в виде гидроксида лития и действием хлороводорода. В США также широко используется добыча соединений лития из природных рассолов.

Потребление минералов лития распределяется следующим образом: 25% используют заводы по производству огнеупорных изделий, 20% идет в производство специальных сортов стекол, столько же – на изготовление керамических изделий и глазурей, 12% потребляет собственно химическая промышленность, 10% – металлургическая, 5% литиевых минералов используется в производстве стекловолокна и 8% идет на нужды других отраслей. К областям специального применения относится растущий рынок сегнетоэлектриков, таких как танталат лития, для модулирования лазерных лучей. Предполагается, что в будущем будет резко расти спрос на металл и его соли в производстве литиевых батарей, используемых в мобильных телефонах и переносных компьютерах (в 1990-х темпы роста составляли 20–30% в год). В то же время будет падать потребление карбоната лития в алюминиевой промышленности, где новые технологии вообще не предусматривают использование этой соли.

Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического лития.

Литий – серебристо-белый металл, мягкий и пластичный, тверже натрия, но мягче свинца. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой.

При комнатной температуре металлический литий имеет кубическую объемноцентрированную решетку (координационное число 8), которая при холодной обработке переходит в кубическую плотноупакованную решетку, где каждый атом, имеющий двойную кубооктаэдрическую координацию, окружен 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° С, соответственно), у него самая низкая плотность при комнатной температуре среди всех металлов (0,533 г/см 3).

В 1818 немецкий химик Леопольд Гмелин (Gmelin Leopold) (1788–1853) установил, что соли лития окрашивают бесцветное пламя в карминово-красный цвет.

Маленькие размеры атома лития приводят к появлению особых свойств металла. Например, он смешивается с натрием только ниже 380° С и не смешивается с расплавленными калием, рубидием и цезием, в то время как другие пары щелочных металлов смешиваются друг с другом в любых соотношениях.

В целом, литий менее реакционноспособен, чем его аналоги. В то же время он намного легче других щелочных металлов реагирует с азотом, углеродом, кремнием и этим напоминает магний. Литий легко вступает в прямую реакцию с азотом с образованием нитрида Li 3 N (ни один другой щелочной металл не обладает этим свойством). Эта реакция, хотя и медленно, идет уже при комнатной температуре, а при 250° C ход ее значительно ускоряется. При сжигании литий образует оксид Li 2 O (с примесью пероксида Li 2 O 2),

С водой литий реагирует с образованием гидроксида и выделением водорода. Литий растворяется в жидком аммиаке, образуя синий раствор с металлической проводимостью. Если сравнить молярные отношения, то он почти на 50% более растворим, чем натрий (15,66 и 10,93 моль на килограмм NH 3 , соответственно). В таком растворе литий медленно реагирует с аммиаком с выделением водорода и образованием амида LiNH 2 .

Потенциал восстановления для лития (–3,045 В) на первый взгляд кажется аномальным, так как он ниже, чем у других щелочных элементов. Это связано с тем, что катиону лития, имеющему наименьший радиус, соответствует максимальная энергия гидратации, что делает образование гидратированного катиона энергетически более выгодным по сравнению с другими щелочными металлами.

В значительных количествах металлический литий первыми выделили в 1855 (независимо друг от друга) немецкий химик Роберт Бунзен и англичанин О.Матиссен. Как и Дэви, они получали литий электролизом, только электролитом в их опытах служил расплав хлорида лития. Первое промышленное производство лития было налажено в Германии в 1923. Металлический литий и сейчас получают электролизом расплавленной смеси 55% хлорида лития и 45% хлорида калия при ~450° С. Выделяющийся на аноде хлор – ценный побочный продукт.

Для получения лития иногда применяют и восстановление другими элементами, образующими устойчивые оксиды:

2Li 2 O + Si = SiO 2 + 4Li

Сегодня в мире производится более 1000 т лития в год.

Металлический литий был впервые использован в коммерческих целях в 1920-е в виде сплава со свинцом для изготовления подшипников. Сейчас он применяется в производстве высокопрочных легких алюминиевых сплавов для строительства самолетов. С магнием литий образует чрезвычайно легкие сплавы, используемые для изготовления бронированных пластин и элементов космических объектов. Например, сплав, содержащий 14% лития, 1% алюминия и 85% магния, имеет плотность 1,35 г см –3 .

Литий стал эффективным средством для удаления из расплавленных металлов растворенных в них газов. Небольшими добавками лития легируют чугун, бронзы, монель-металл (сплав, выплавляемый из медно-никелевых руд), а также сплавы на основе магния, алюминия, цинка, свинца и некоторых других металлов.

Мелкодисперсный элементарный литий намного ускоряет реакцию полимеризации изопрена. Расплавленный металлический литий-7, имеющий малое сечение захвата тепловых нейтронов, используется в качестве теплоносителя в ядерных реакторах.

В будущем, возможно, перспективными источниками электроэнергии станут системы из батарей Li/FeS x . Эти батареи похожи на обычные свинцовые кислотные батареи наличием твердых электродов (отрицательный из сплава Li/Si, положительный из FeS x ) и жидкого электролита (расплав LiCl/KCl при 400° С).

Соединения лития.

Литий большее сходен с магнием, чем со своими соседями по группе. Эта так называемая диагональная периодичность является следствием близости ионных радиусов элементов: R(Li +) 76 пм, R(Mg 2+) 72 пм; для сравнения R(Na +) 102 пм. Арфведсон первым отметил при открытии лития как нового элемента, что его гидроксид и карбонат значительно менее растворимы, чем соответствующие соединения натрия и калия, и что карбонат (подобно карбонату магния) легче разлагается при нагревании. Подобным образом, фторид лития (как и фторид магния) гораздо менее растворим в воде, чем фториды других щелочных элементов. Это связано с высокой энергией кристаллической решетки, образованной катионами и анионами малых размеров. Напротив, соли лития с большими неполяризуемыми анионами, такими как перхлорат-ион, значительно более растворимы, чем соли других щелочных элементов, вероятно, из-за высокой энергии сольватации катиона лития. По той же причинам безводные соли очень гигроскопичны.

Соли лития склонны к образованию гидратов, обычно тригидратов, например LiX·3H 2 O (X = Cl, Br, I, ClO 3 , ClO 4 , MnO 4 , NO 3 , BF 4 и т.д.). В большинстве этих соединений литий координирует шесть молекул Н 2 О, образуя цепочки из октаэдров с общими гранями. Сульфат лития, в отличие от сульфатов других щелочных элементов, не образует квасцы, так как гидратированный катион лития слишком мал, чтобы занять соответствующее место в структуре квасцов.

Оксид лития Li 2 O – единственный среди оксидов щелочных элементов, образующихся в качестве основного продукта при нагревании металла выше 200° С (на воздухе). Его получают и прокаливанием нитрата при 600° С (в присутствии меди):

4LiNO 3 = 2Li 2 O + 4NO 2 + O 2

Он образуется при нагревании нитрита лития выше 190° С или карбоната лития выше 700° С в токе высушенного водорода.

Оксид лития добавляют к смесям реагентов при твердофазном синтезе двойных и тройных оксидов для понижения температуры процесса. Он является компонентом рентгенопрозрачных стекол и стекол с небольшим температурным коэффициентом линейного расширения. Оксид лития добавляют в глазури и эмали. Он повышает их химическую и термическую стойкость и прочность, снижает вязкость расплавов.

Пероксид лития Li 2 O 2 в промышленности получают реакцией LiOH·H 2 O с пероксидом водорода с последующей дегидратацией гидропероксида острожным нагреванием при пониженном давлении. Это белое кристаллическое вещество разлагается до оксида лития при нагревании выше 195° С. Его используют в космических аппаратах для получения кислорода:

2Li 2 O 2 + 2CO 2 = 2Li 2 CO 3 +O 2

Гидроксид лития LiOH плавится при 470° С, при более высокой температуре испаряется и частично диссоциирует на оксид лития и воду:

2LiOH = Li 2 O + H 2 O

В парах при 820–870° С содержится 90% димера (LiOH) 2 .

Растворимость гидроксида лития в воде составляет 12,48 г на 100 г при 25° С. При выпаривании водных растворов гидроксида лития образуется моногидрат, который легко теряет воду при нагревании в инертной атмосфере или при пониженном давлении.

Гидроксид лития используется в производстве смазок на основе стеарата лития и для поглощения диоксида углерода в закрытых помещениях, например, в космических кораблях и на подводных лодках. Его преимущество по сравнению с другими щелочами – малая атомная масса. Добавка гидроксида лития к электролиту щелочных аккумуляторов примерно на одну пятую увеличивает их емкость и в 2–3 раза – срок службы.

Карбонат лития Li 2 CO 3 – наиболее промышленно важное соединение лития и исходное вещество для получения большинства других его соединений. В отличие от других солей лития, Li 2 CO 3 является безводным. Он мало растворим в воде, причем растворимость карбоната лития понижается с повышением температуры. При 25° С она равна 1,27 г на 100 г воды, а при 75° С – 0,85 г на 100 г воды.

Термическая устойчивость карбоната лития существенно ниже, чем аналогичных соединений других щелочных элементов. Выше температуры плавления (732° С) он разлагается:

Li 2 CO 3 = Li 2 O + CO 2

Карбонат лития используется в качестве флюса при нанесении фарфоровой эмали и в производстве специальных закаленных стекол, при этом ионы лития замещают более крупные ионы натрия. Соединение лития либо вводят в состав стеклянной шихты, либо натриевое стекло обрабатывают расплавом солей, содержащих ионы лития, чтобы вызвать обмен катионов на его поверхности.

Еще одна область применения карбоната лития – в производстве алюминия. Он на 7–10% увеличивает качество продукции за счет снижение температуры плавления электролита и увеличения силы тока. Кроме того, на 25–50% уменьшается нежелательное выделение фтора.

В 1949 было обнаружено, что небольшие (1–2 г) дозы карбоната лития при приеме через рот приводят к эффективному воздействию на маниакально-депрессивные психозы. Механизм воздействия еще не совсем понятен, однако побочные явления пока не обнаружены. Такие дозы поддерживают концентрацию лития в крови около 1 ммоль л –1 , и его действие может быть связано с влиянием лития на баланс Na/K и (или) Mg/Ca.

Нитрат лития LiNO 3 гигроскопичен и хорошо растворим в воде (45,8 масс. % при 25° С, то есть 6,64 моль л –1). Из водных растворов кристаллизуется в виде тригидрата.

Нитрат лития используется в виде низкотемпературных расплавов в лабораторных термостатах. Например смесь LiNO 3:KNO 3 (1:1) плавится при 125° С. Кроме того, нитрат лития применяют в пиротехнических смесях.

Фторид лития LiF мало растворим в воде (1,33 г/л при 25° С). Его получают взаимодействием гидроксида лития или солей лития с фтороводородом, фторидом аммония, гидродифторидом аммония или их водными растворами.

Еще в прошлом веке это вещество начали применять в металлургии как компонент многих флюсов. Фторид лития обладает термолюминесцентными свойствами. Он используется в рентгеновской и g -дозиметрии. Кристаллы фтористого лития, прозрачные для ультракоротких волн длиной до 100 нм, применяют в производстве оптических приборов, кроме того, фторид лития является компонентом электролитов при получении алюминия и фтора. Он входит в состав эмалей, глазурей, керамики, люминофоров и лазерных материалов.

Для атомной техники важно моноизотопное соединение пития – 7 LiF, применяемое для растворения соединений урана и тория непосредственно в реакторах.

Хлорид лития LiCl хорошо растворим в воде (84,67 г на 100 г при 25° С) и многих органических растворителях. Большое сродство к воде служит основой для широкого применения рассолов хлорида (и бромида) лития в осушителях и воздушных кондиционерах.

Хлорид лития является сырьем для получения металлического лития. Другая область применения этого соединения – в качестве флюса при пайке алюминиевых частей автомобиля. Его используют и в производстве флотационных жидкостей, как катализатор органического синтеза. Хлорид лития служит средством против обледенения самолетов. Он является твердым электролитом в химических источниках тока для имплантированных кардиостимуляторов.

Гидрид лития LiH получают взаимодействием расплавленного лития с водородом при 630–730° С в сосуде из железа, не содержащего углерод. Он образует бесцветные кристаллы с кубической решеткой типа хлорида натрия. Гидрид лития имеет плотность 0,776 г/см 3 , температуру плавления 692° С (в инертной атмосфере). При электролизе в расплаве проводит электрический ток с выделением водорода на аноде. Под действием электромагнитного излучения в видимой, ультрафиолетовой или рентгеновской области окрашивается в голубой цвет благодаря образованию коллоидного раствора лития в гидриде лития.

Гидрид лития относительно устойчив в сухом воздухе, быстро гидролизуется парами воды. Реагирует с водой, кислотами и спиртами с выделением водорода. Из 1 кг гидрида лития можно получить 2,82 м 3 этого газа. Гидрид лития используется для получения водорода, которым наполняют метеорологические шары-зонды в полевых условиях. Кроме того, он служит восстановителем в органическом синтезе, а также для получения бороводородов, алюмогдидрида лития LiAlH 4 и других гидридных соединений.

Дейтерид лития-6 применяется в термоядерном оружии. Будучи твердым веществом, он позволяет хранить дейтерий при плюсовых температурах, кроме того, второй его компонент (литий-6) – это единственный промышленный источник получения трития:

6 3 Li + 1 0 n ® 3 1 H + 4 2 He

Стеарат лития Li(C 17 H 35 COO) легко образуется из гидроксида лития и животного или другого природного жира, применяется как загуститель и желирующий агент при превращении масел в консистентные смазки. Эти многоцелевые смазки сочетают высокую устойчивость к действию воды, хорошие свойства при низких температурах (–20° С) и отличную стабильность при высоких температурах (более 150° С). Они занимают почти половину общего рынка автомобильных смазок в США.

Комплексные соединения . Из всех щелочных элементов литий наиболее склонен к образованию комплексов, образует стабильный комплекс с ЭДТА (натриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты). Устойчивыми являются комплексы лития с краун-эфирами.

Литиеорганические соединения легко получаются непосредственным взаимодействием лития с алкилгалогенидами (обычно используют хлориды) в петролейном эфире, циклогексане, бензоле или диэтиловом эфире:

2Li + RX ® LiR + LiX

Из-за высокой химической активности как реагентов, так и продуктов реакции нужно использовать инертную атмосферу, исключающую воздух и влагу. Выход продукта существенно увеличивается в присутствии 0,5–1% натрия в металлическом литии. Арильные производные лития получают из бутиллития (LiBu) и арилиодида:

LiBu + ArI ® LiAr + BuI

Наиболее удобный путь для получения винильных, аллильных и других ненасыщенных производных – реакция фениллития с тетравинилоловом:

4LiPh + Sn(CH=CH 2) 4 ® 4LiCH=CH 2 + SnPh 4

Если важнее выделить продукт реакции, чем использовать его в дальнейшем синтезе, используют реакцию между избытком лития и ртутьорганическим соединением:

2Li + HgR 2 ® 2LiR + Hg

Литиеорганические соединения термически неустойчивы, и большинство из них постепенно разлагается до гидрида лития и алкена при комнатной или более высокой температуре. Среди наиболее устойчивых соединений – бесцветные кристаллические LiСН 3 (разлагается выше 200° С) и LiС 4 Н 9 (разлагается в небольшой степени при выдерживании в течение нескольких дней при 100° С). Обычно алкильные производные лития имеют тетрамерное или гексамерное строение.

Металлоорганические соединения лития (в частности, LiСН 3 и LiС 4 Н 9) являются ценными реактивами. Последние десятилетия они все более используются в промышленном и лабораторном органическом синтезе. Ежегодное производство одного только LiС 4 Н 9 подскочило от нескольких килограммов до 1000 т. В большом количестве он применяется как катализатор полимеризации, алкилирующий агент и предшественник металлированных органических реагентов. Многие синтезы, подобные реакциям с участием реактивов Гриньяра, имеют явные преимущества по сравнению с ними по скорости реакции, отсутствию усложняющих процесс побочных реакций или удобству работы.

В реакциях литиеорганических соединений с алкилиодидами или, что более полезно, с карбонилами металлов образуются новые связи С–С. В последнем случае продуктами являются альдегиды или кетоны. Термическое разложение LiR приводит к удалению b -водородного атома с образованием олефина и LiH, этот процесс промышленно значим для получения алкенов с длинной концевой цепью. Арилпроизводные лития в неполярных растворителях дают карбоновые кислоты с диоксидом углерода и третичные спирты – с ароматическими кетонами. Литиеорганические соединения являются также ценными реагентами в синтезе других металлоорганических соединений путем обмена металл – галоген.

Наиболее ионными из металлоорганических соединений лития являются карбиды, образующиеся при взаимодействии лития с алкинами в жидком аммиаке. Самая крупная область промышленного применения LiHC 2 – производство витамина А. Он влияет на этинилирование метилвинилкетона, приводящего к образованию ключевого промежуточного карбинольного соединения.

Елена Савинкина

Ли́тий (лат. Lithium; обозначается символом Li) - элемент главной подгруппы первой группы, второго периода периодической системы химических элементов таблицы Менделеева , с атомным номером 3. Простое вещество литий (CAS-номер: 7439-93-2) - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

История и происхождение названия

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом А. 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.

Нахождение в природе

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, в морской воде 0,17 мг/л.
Основные минералы лития - слюда лепидолит - KLi 1.5 Al 1.5 (F, OH) 2 и пироксен сподумен - LiAl . 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. Месторождения Месторождения лития известны в России (более 50% запасов страны сосредоточено в редкометальных месторождениях Мурманской области), Боливии, Аргентине, Мексике, Афганистане, Чили, США, Канаде, Бразилии, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве, Конго.

Получение

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). 2LiCl = 2Li + Cl 2 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.
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 хранится 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, находящимся 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. Есть интересная особенность, что в интервале температур от 100 °C до 300 °C 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 °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.
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.

Был открыт в 1817 году. Сделал это открытие шведский ученый Иоганн Аугуст Арфведсон, когда он исследовал разные минералы. Элемент этот находился в петалите, сподумене и лепидолите. Немного позднее, в 1818 году, Гемфри Деви получил металлический литий.

Литий и его соединения являются незаменимыми химическими элементами в жизни человека. Литий используется во многих промышленных сферах:

• в производстве химических источников тока;
• в пиротехнике: нитрат лития придает огню красный цвет;

литий часто используется как металл для сплавов - с ним получаются легкие, но в тоже время прочные припои;

также литий используют в радиоэлектронике и ядерной энергетике;

в медицине широко применяют соли лития.

Вообще, в небольших количествах литий необходим для здоровья человека и поддерживает функционирование жизненно важных органов, таких как сердце, печень и легкие.

И это далеко не все сферы, где применяется этот металл и его соединения.

Физические свойства лития

Литий представляет собой щелочной металл серебристо-белого цвета. Он пластичен и легко поддается обработке: кубик металлического лития можно разрезать ножом.

Примечательно, что литий является единственным металлом из этой группы, который кипит и плавится при довольно высоких температурах: 1340 и 180,54 °С соответственно. Но также примечательно, что, по сравнению с «щелочными соседями», у лития самая низкая (она в два раза меньше плотности воды). Из-за этого свойства литий не тонет даже в керосине.

Химические свойства

Литий относится к щелочной группе металлов, однако он устойчиво ведет себя на воздухе и практически не взаимодействует с кислородом, даже с сухим. Из-за необычных свойств лития - в отличие от других щелочных металлов - его не хранят в керосиновой жидкости. Кроме того, из-за малой плотности он держался бы на плаву. Хранить литий стоит в парафине, петролейном эфире, газолине или минеральном масле в герметичной жестяной упаковке.

Во влажном воздухе литий может вступать в медленные реакции с азотом и другими , которые входят в состав воздуха. При этом образуется: Li₃N, LiOH и Li₂­CO₃ - нитрид, гидроксид и карбонат соответственно.

Другие химические свойства лития

При нагревании с кислородом литий сгорает с образованием оксида лития Li₂O.

Литий и его соли окрашивают пламя в карминно-красный цвет.

Такая качественная реакция на литий была установлена Леопольдом Гмелином в 1818 году.

При температурах от 100 до 300 °С на поверхности лития образуется плотная оксидная пленка, которая защищает металл от дальнейшего окисления. Литий легко реагирует с галогенами (кроме йода).

С водой литий реагирует спокойно: реакция не сопровождается возгоранием или взрывом.

Литий взаимодействует со спиртами, образуя алкоголяты.

При нагревании реагирует с серой, кремнием, йодом, водородом с образованием сульфида, силицида, йодида и гидрида лития.

Реакция лития с водой

Реакция проходит довольно спокойно. Если литий - как и все щелочные металлы - опустить в воду, начнет образовываться щелочь и выделяться водород, а металл будет плавать на поверхности и буквально таять на глазах. Реакция растворения лития в воде сопровождается характерным шипением.

Щелочь, образующаяся в растворе, - гидроксид лития LiOH. Он представляет собой кристаллы белого цвета и является довольно сильным основанием:

2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂

Реакция лития и серной кислоты

Если добавить небольшую пластинку лития в концентрированную серную кислоту, получится сульфат лития, сероводород и вода.

Внимание! Не пытайтесь повторить этот опыт самостоятельно! вы найдете безопасные , которые можно проводить дома.

Сама по себе реакция опасна, особенно в домашних условиях, поскольку литий моментально загорается ярким пламенем:

8Li + 5H₂­SO₄ → 4Li₂­SO₄ + Н₂S + 4H₂O

С разбавленной серной кислотой литий взаимодействует с образованием сульфата лития и водорода.

2Li + H₂­SO₄ → Li₂­SO₄ + Н₂

Реакция лития с азотной кислотой

Если опустить кусочек лития в разбавленную азотную кислоту, образуется нитрат лития, нитрат аммония и вода:

8Li + 10H­NO₃ → 8Li­NO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O

С концентрированной азотной кислотой литий реагирует иначе. Продуктами реакции будут нитрат лития, вода и диоксид азота:

Li + 2H­NO₃ → LiNO₃ +NO₂ + H₂O

Реакция с соляной кислотой

С соляной кислотой литий реагирует как и другие металлы - образуется хлорид лития и выделяется водород:

2Li + 2HCl = 2Li­Cl + H₂

Стоить отметить, что реакция лития и других щелочных металлов с идет неоднозначно, поскольку в растворах кислот содержится вода, с которой литий активно взаимодействует с образованием гидроксида лития, который вступает в реакцию с кислотами с образованием соли и воды.