Литий

Литий (Lithium; от греч.камень), Li — химический элемент 1-й группы (устаревшая классификация: элемент главной подгруппы первой группы, IA) периодической системы элементов.

Атомный номер 3, атомная масса 6,941. Серебристо-белый металл.

В соединениях проявляет степень окисления +1. Природный Литий — смесь стабильных изотопов 6Li (7,42%) и Li (92,58%).

Получены радиоактивные изотопы 8Li и 9Li с периодами полураспада соответственно 0,841 и 0,168 сек.

Открытие

Открыл (1817) швед, химик И. А. Арфведсон в минерале петалите.

Металлический металл впервые получил (1818) англ. химик и физик Г. Дэви электролизом окиси лития.

Содержание лития в земной коре 3,2 • 10^-3%.

Литий в свободном состоянии не встречается из-за большой хим. активности.

Нахождение в природе

Входит в состав многие минералов, слагающих горные породы; содержится в минералах, источниках, морской воде, озерах, почвах, каменных углях, в живых организмах и растениях.

Важнейшие минералы, содержащие литий:

1. Сподумен.
2. Петалит LiAl[Si₄O₁₀].
3. Амблигонит LiAl[РO₄](F,ОН).
4. Литиевые слюды — циннвальдит и лепидолит.

Физические химические свойства

Литий — самый легкий металл; плотность (т-ра 0° С) 0,539 г/см³ t_пл 180,54° С,t_кип, 1327° С; температурный коэфф. линейного расширения 5,6 • 10 град ; коэфф. теплопроводности (т-ра 0° С) 0,17 кал/см • сек • град; теплоемкость (т-ра 0° С) 0,79 кал\г — град.

Кристаллическая решетка объемноцентрированная кубическая с периодом а = 3,5023 А (т-ра 20° С).

При низкой т-ре наблюдаются др. модификации. Атомный радиус 1,57А,   ионный  радиус  Li⁺   равен 0,68А.

Металлический литий обладает высокой электропроводностью.

Удельное электрическое сопротивление (т-ра 0° С)  8,12 мком. Металлический литий парамагнитен, соединения его диамагнитны.

Пары металла в основном одноатомны, окрашены в ярко-красный цвет, летучие соединения, окрашивают пламя горелки в карминово-красный цвет.

Литий — мягкий металл, в холодном состоянии легко режется ножом.   Отличается  пластичностью и вязкостью,  легко  протягивается через фильеры, прокатывается в ленту.

Твердость по Моосу — 0,6 (тверже др. щелочных металлов); давление истечения (т-ра 15—20° С) 1,7 кгс/мм²]    модуль    упругости    500 кгс/мм²; предел прочности на растяжение  11,8  кгс/мм²;  относительное удлинение 50—70%.

Химические свойства

Металлический литий на воздухе покрывается темно-серым  налетом — слоем  продуктов взаимодействия с азотом, кислородом и влагой воздуха.

Состав такого слоя зависит от чистоты самого металла, состояния его поверхности, т-ры окружающей среды и влажности.

Если влажность   воздуха   не   превышает 80%, литий медленно реагирует с азотом, образуя нитрид Li₃N, и лишь частично окисляется.

В более влажном воздухе образуется в основном гидроокись LiOH. Т-ра вспышки технического Л. 200° С, а рафинированного 640° С. Л. горит с образованием окиси Li₂О.

С сухим кислородом при низкой т-ре не реагирует.

Взаимодействие литий с водой происходит более спокойно по сравнению с другими щелочными металлами — без плавления и самовозгорания с образованием гидроокиси LiOH и выделением водорода.

При    непосредственном взаимодействии расплавленного металла с водородом получается гидрид LiH.

С кислородом литий образует окись Li₂O и перекись Li₂O₂ (косвенным путем). С азотом взаимодействует при т-ре 250—460° С с образованием нитрида Li₃N.

При взаимодействии с галогенами дает галогениды LiF, LiCl, LiBr и Lil. Известно несколько халькогенидов — соединений Л. с серой, селеном и теллуром.

Нагревание лития с серой приводит к получению сульфида Li₂S — зеленовато-желтого     кристаллического вещества.

При действии элементарного селена на раствор металла в жидком аммиаке при т-ре — 33° С   выделяется   аммиакат селенида лития.

Который при нагревании в вакууме при т-ре 150° С переходит в селенид Li₂Se — кристаллы красно-коричневого цвета.

С теллуром образует бесцветные кристаллы теллурида Li₃Te. С углеродом литий при нагревании дает карбид Li₂C₂ — бесцветные хрупкие кристаллы.

Известны соединения лития с кремнием Li₄Si, Li₃Si и  Li₂Si,   с  фосфором Li₃P, Li₂P, LiP и Li₂P₅, с мышьяком Li₃As и LiAs.

Объяснение особенности свойств и соединений лития

Радиус атома и иона лития — наименьшие в группе. Кроме того, ион лития имеет два электрона на внешнем уровне, так как у ионов остальных щелочных металлов — по восемь электронов.

Этим обусловливается некоторые особенности свойств и соединений лития.

Например, скачки в изменении свойств между литием и натрием несколько больше, чем между другими щелочными металлами.

В соединениях связи лития с другими элементами имеют менее ионный характер, что приближает его к магнию.

В отличие от солей других щелочных металлов фторид, карбонат и фосфат лития (LiF , Li₂CO₃ , Li₃PO₄ ) мало растворимы в воде и сходны в этом отношении с аналогичными солями магния.

Ион Li  может играть роль комплексообразователя:

LiBr + 4NH₃ = [Li(NH₃)₄ ]Br

Что не характерно для других щелочных металлов.

Аналогию в свойствах некоторых соединений лития и магния можно объяснить близостью величин их ионных радиусов ( соответственно 0,68 и 0,74 А ).

Получение лития

Получают из его соединений:

1. Электролизом.
2. Вакуумно-термическим восстановлением.

При электролизе   используют   эвтектическую смесь хлоридов лития и калия, плавящуюся при т-ре 361° С. Электролиз  ведут при т-ре 400— 460° С.

Получающийся металл содержит около 0,3—4% Na и К, а также небольшое количество примесей меди, железа,   кальция, кремния, алюминия,  магния и хлора.

Для получения  особо  чистого  металла применяют эвтектическую смесь хлорида и бромида лития. Электролиз в этом случае ведут в охлаждаемых водой металлических ваннах.

При вакуумно-термическом  восстановлении используют окись лития, моноалюминат Л., сподумен.

В качестве восстановителей   применяют   кремний (при наличии окиси кальция), алюминий или  ферросилиций (при наличии карбоната кальция).

Применение

Соединения и сплавы лития находят применение в технике и энергетике.

При бомбардировке нейтронами изотоп ⁶Li превращается в сверхтяжелый водород — тритий, который используют, в частности, в атомных батареях.

Жидкий металлический литий применяют как теплоноситель в ядерных реакторах, а некоторые его соединения используют в защитных экранах   этих  реакторов.

Водородные соединения лития — перспективные материалы для получения высококалорийного топлива для сверхскоростных самолетов, космических кораблей, подводных лодок и др.

Изотоп Li используется как исходный продукт для получения трития T в ядерной реакции. Изотоп Li использовался как теплоноситель в атомных реакторах.

Литий и некоторые его соединения служат топливом для ракет.

Гидроксид лития — компонент электролита для щелочных аккумуляторов, а также его использование в батареях для ПК и мобильных телефонов.

Используют литий в антифрикционных сплавах для подшипников, а также в качестве добавки к другим сплавам, улучшающей их механические свойства.

Применение в металлургии

В металлургии  литий    его  соединения и литийсодержащие сплавы используют для:

1. Раскисления.
2. Модифицирования.
3. Придания сплавам пластичности и прочности.
4. Высокой коррозионной   стойкости   (алюминиевые сплавы аэрон и склерон, содержащие около 0,1% Li).
5. Для улучшения антифрикционных св-в сплавов наряду с улучшением их мех. характеристик (свинцовокальциевые   подшипниковые сплавы, содержащие около 0,04% Li).
6. Для улучшения литейных св-в чугуна; для дегазации и десульфурации расплавов цветных металлов и их сплавов.

Стеарат лития используют в произ-ве т. н. пластичных смазок,   имеющих   высокую   т-ру плавления   (170 — 200° С)   и   одновременно  водостойких.

Фосфорные и силикатные минералы, а также его соединения (алюминат, карбонат, кобальтит, титанат, фторид и др.) находят  применение  при  произ-ве керамики и стекла.

Статья на тему литий