Літій

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Запит «Li» перенаправляє сюди; див. також інші значення.
Запит «Lithium» перенаправляє сюди; див. також інші значення.
Літій (3Li)
Назва, символ, номер Літій, Li, 3
Зовнішній вигляд простої речовини дуже легкий, м'який, сріблясто-білий метал
Нарізані шматочки літію покриті нітридною плівкою
Емісійний спектр Лінійчатий спектр видимого випромінювання літію
3 ГелійЛітійБерилій
H

Li

Na
1 Водень (H) 2 Гелій (He) 3 Літій (Li) 4 Берилій (Be) 5 Бор (B) 6 Вуглець (C) 7 Азот (N) 8 Кисень (O) 9 Фтор (F) 10 Неон (Ne) 11 Натрій (Na) 12 Магній (Mg) 13 Алюміній (Al) 14 Кремній (Si) 15 Фосфор (P) 16 Сірка (S) 17 Хлор (Cl) 18 Аргон (Ar) 19 Калій (K) 20 Кальцій (Ca) 21 Скандій (Sc) 22 Титан (Ti) 23 Ванадій (V) 24 Хром (Cr) 25 Манган (Mn) 26 Залізо (Fe) 27 Кобальт (Co) 28 Нікель (Ni) 29 Мідь (Cu) 30 Цинк (Zn) 31 Галій (Ga) 32 Германій (Ge) 33 Арсен (As) 34 Селен (Se) 35 Бром (Br) 36 Криптон (Kr) 37 Рубідій (Rb) 38 Стронцій (Sr) 39 Ітрій (Y) 40 Цирконій (Zr) 41 Ніобій (Nb) 42 Молібден (Mo) 43 Технецій (Tc) 44 Рутеній (Ru) 45 Родій (Rh) 46 Паладій (Pd) 47 Срібло (Ag) 48 Кадмій (Cd) 49 Індій (In) 50 Олово (Sn) 51 Стибій (Sb) 52 Телур (Te) 53 Йод (I) 54 Ксенон (Xe) 55 Цезій (Cs) 56 Барій (Ba) 57 Лантан (La) 58 Церій (Ce) 59 Празеодим (Pr) 60 Неодим (Nd) 61 Прометій (Pm) 62 Самарій (Sm) 63 Європій (Eu) 64 Гадоліній (Gd) 65 Тербій (Tb) 66 Диспрозій (Dy) 67 Гольмій (Ho) 68 Ербій (Er) 69 Тулій (Tm) 70 Ітербій (Yb) 71 Лютецій (Lu) 72 Гафній (Hf) 73 Тантал (Ta) 74 Вольфрам (W) 75 Реній (Re) 76 Осмій (Os) 77 Іридій (Ir) 78 Платина (Pt) 79 Золото (Au) 80 Ртуть (Hg) 81 Талій (Tl) 82 Свинець (Pb) 83 Бісмут (Bi) 84 Полоній (Po) 85 Астат (At) 86 Радон (Rn) 87 Францій (Fr) 88 Радій (Ra) 89 Актиній (Ac) 90 Торій (Th) 91 Протактиній (Pa) 92 Уран (U) 93 Нептуній (Np) 94 Плутоній (Pu) 95 Америцій (Am) 96 Кюрій (Cm) 97 Берклій (Bk) 98 Каліфорній (Cf) 99 Ейнштейній (Es) 100 Фермій (Fm) 101 Менделевій (Md) 102 Нобелій (No) 103 Лоуренсій (Lr) 104 Резерфордій (Rf) 105 Дубній (Db) 106 Сіборгій (Sg) 107 Борій (Bh) 108 Гасій (Hs) 109 Мейтнерій (Mt) 110 Дармштадтій (Ds) 111 Рентгеній (Rg) 112 Коперницій (Cn) 113 Ніхоній (Nh) 114 Флеровій (Fl) 115 Московій (Mc) 116 Ліверморій (Lv) 117 Теннессин (Ts) 118 Оганесон (Og)Періодична система елементів
3Li
Кубічна_об'ємноцентрована сигонія літію
Схема електронних оболонок літію :— 2, 1
Група, період, блок група 1період 2s блок                   
Класифікація лужний метал
Властивості атома
Атомний номер 3
Атомна маса
(молярна маса)
6,941[1] (6.938–6.997)[2][3]   а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 152 пм
Рад. Ван дер Ваальса 182 пм
Електр. конфігурація

Електронні оболонки
Схема електронних оболонок літію :— 2, 1

[He] 2s1

2, 1
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 128±7 пм
Іонний радіус (+1): 76[4] пм
Електронегативність (за Полінгом): 0.98
Електродний потенц. (Li←Li1+): -3,06 В
Ступені окиснення +1
Енергія іонізації (1й e-): 520.2 кДж/моль
(2й e-): 7298.1 кДж/моль
(3й e-): 11815 кДж/моль
Термодинамічні властивості
Густина (при кіT): 0.534 г/см³
(при Tпл): 0.512 г/см³
Температ. плавлення 453.65 K (180.5°C)
Температура кипіння 1603 K (1329.85°C)
Критична точка 3220 К (2946.85°C), 67 МПа
Теплота плавлення 3 кДж/моль
Теплота випаровув. 136 кДж/моль
Моляр. теплоємність 24.86 Дж/(K·моль)
Молярний об'єм 13,1 см³/моль
Тиск насиченої пари
P (Па) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
при T (К) 797 885 995 1144 1337 1610
Кристалічна ґратка
Структура ґратки
та
Період ґратки
кубічна_об'ємноцентрована сигонія літію
кубічна об'ємноцентрована
3,490 Å
(при н. у.)
Температура Дебая 400 K (127°C)
Інші характеристики
Магнітна структура парамагнетик
Питомий опір (при 20 °C): 92.8 Ом·м
Теплопровідність 84.8 Вт/(м·К)
Теплове розширення (при 25°C): 46 мкм·м-1·К-1
Швидкість звуку (т.д., при кіT): 6000 мс
Модуль Юнга 4.9 ГПа
Модуль зсуву 4.2 ГПа
Модуль всебі. стиску 11 ГПа
Твердість Мооса 0.6
Твердість Брінелля 5 МПа
Номер CAS 7439-93-2
Найдовгоживучиші ізотопи літію
Ізт N ІП Сп ПН ФР ЕР (МеВ) ПР
6Li 3 7.5% 1+ 6Li стабільний
7Li 4 92.5% 32- 7Li стабільний

Commons-logo.svgЛітій у Вікісховищі
3
Літій
6,941
[Не]2s1

Лі́тій (хімічний символ — Li, лат. Lithium) — хімічний елемент з атомним номером 3, який належить до 1-ої групи (за старою класифікацією — головної підгрупи I групи), 2-го періоду періодичної системи хімічних елементів, та є першим представником лужних металів.

Також, лі́тій (Li) — проста речовина, яку утворює хімічний елемент літій — (за нормальних умов) дуже легкий (найлегший), м'який, сріблясто-білий, хімічно активний метал.

Вміст у земній корі — 6,5·10−3 мас.%. Природний Li складається з двох стабільних ізотопів (6, 7 (основний)). Утворює ряд сполук Li(І), переважно йонних, але зв’язок С–Li у літійорганічних сполуках ковалентний. Відомо близько 30 природних літієвих мінералів, здебільшого силікатів і фосфатів, але видобувають літій переважно зі сподумену LiAl[Si2O6], що містить 6-7,5% Li2O. Основні промислові запаси зосереджено в ропі соляних озер. Літій застосовують у термоядерних реакціях, у металургії, електротехнічній, керамічній та хімічній промисловості. Входить до складу деяких легких сплавів. Сполуки літію застосовують при виготовленні скла, емалей, а також у медицині.

Історія[ред.ред. код]

Коли Гемфрі Деві виробляв свої знамениті досліди по електролізу лужних земель, про існування літію ніхто й не підозрював. Літієва лужна земля була відкрита лише в 1817 р талановитим шведським хіміком-аналітиком, одним з учнів БерцеліусаАрфведсоном. Перед тим у 1800 році бразильський мінералог де Андрада е Сільва, здійснюючи наукову подорож по Європі, знайшов у Швеції два нових мінерали, названих ним петалітом і сподуменом, причому перший з них через кілька років був знову відкритий на острові Уте.

Арфведсон зацікавився петалітом (Li, Na)[Si4AlO10], провівши повний його аналіз, він виявив незрозумілу спочатку втрату близько 4% речовини. Повторюючи аналізи більш ретельно, він встановив, що в петаліті міститься "вогнепостійнний луг досі невідомої природи". Арфведсон продовжував проводити дослідження і виявив літієву землю, або літину, і в деяких інших мінералах (наприклад у сподумені LiAl[Si2O6] і в лепідоліті KLi1,5Al1,5[Si3AlO10](F, OH)2). Але виділити хімічний елемент в чистому вигляді йому не вдалося, він був дуже активним і отримати його було важкою справою. Дуже невелику кількість металевого літію було отримано Гемфрі Деві та Бранде в 1818 році шляхом злектролізу лугу[6]. І тільки у 1855 році Бунзен та Маттессен розробили промисловий спосіб отримання металевого літію електролізом хлориду літію.

Походження назви[ред.ред. код]

Свою назву цей метал отримав через те, що на відміну від калію і натрію цей луг уперше був виявлений у «царстві мінералів» — «каменях» (грец. λίθος — камінь). Сучасну назву було запропоновано Берцеліусом.

Поширення[ред.ред. код]

Літій — типовий елемент земної кори (вміст 3,2·10-3% по масі), він накопичується в найбільш пізніх продуктах диференціації магмипегматитах. У мантії мало літію — в ультраосновних породах всього 5·10-5% (в основних 1,5·10-3%, середніх - 2·10-3%, кислих 4·10-3%). Близькість іонних радіусів Li+, Fe2+ і Mg2+ дозволяє літію входити до ґраток магнезіально-залізистих силікатівпіроксенів і амфіболів. У гранітоїдах він міститься у вигляді ізоморфної домішки в слюдах. Тільки в пегматитах і в біосфері відомо 28 самостійних мінералів літію (силікати, фосфати та інші). Всі вони рідкісні. У біосфері літій мігрує порівняно слабо, роль його в живій речовині менше, ніж інших лужних металів. З вод він легко витягується глинами, його відносно мало в Світовому океані (1,5·10-5%). Промислові родовища літію пов'язані як з магматичними породами (пегматити, пневматоліти), так і з біосферою (солоні озера).

Геохімія[ред.ред. код]

За геохімічними властивостями літій належить до багатоіонних літофільних елементів, серед яких також калій, рубідій і цезій. Вміст літію у верхній континентальній корі становить 21 г/т, в морській воді 0,17 мг/л[7].

Основні мінерали літію — слюда лепідоліт KLi1,5Al1,5[Si3AlO10] (F, OH) 2 і піроксен сподумен — LiAl [Si2O6]. Коли літій не утворює самостійних мінералів, він ізоморфно заміщує калій у поширених породоутворюючих мінералах.

Родовища та ресурси[ред.ред. код]

Виробництво і розвідані запаси літію
(на 2011) в тонах[8]
Країна Виробництво Запаси
Аргентина Аргентина 3.200 850.000
Австралія Австралія 9.260 970.000
Бразилія Бразилія 160 64.000
Канада Канада 480 180.000
Чилі Чилі 12.600 7.500.000
КНР КНР 5.200 3.500.000
Португалія Португалія 820 10.000
Зімбабве Зімбабве 470 23.000
Земля 34.000 13.000.000

Родовища літію належать до рідкометальних гранітних інтрузій, у зв'язку з якими розвиваються літієносні пегматити або гідротермальні комплексні родовища, що містять також олово, вольфрам, вісмут та інші метали. Варто особливо відзначити специфічні породи онгоніти — граніти з магматичним топазом, високим вмістом флуору та води, і винятково високими концентраціями різних рідкісних елементів, зокрема літію.

Інший тип родовищ літію — ропа деяких сильносолоних озер.

Джерела промислового видобутку літію: рідкіснометалічні гранітні пегматити (на початку XXI ст. — бл. 25% розвіданих запасів і 55% видобутку), літійвмісна ропа соляних озер (бл. 75% запасів і 45% видобутку), нетрадиційні — гекторитові глини (у США), води нафто-газоконденсатних родовищ.

Виявлені світові ресурси літію складають близько 13 млн т. З них 760 тис. т знаходиться у США. На 2001 р. світові запаси літію, за оцінками Геологічного бюро США, становили 400 тис. т, база запасів — 9400 тис. т (без урахування Аргентини, Китаю, Португалії та країн СНД). Найбільші запаси має Чилі — 3000 тис. т (літієносна ропа), у Канаді і Австралії знаходиться відповідно 180 і 150 тис. т літію в гранітних пегматитах. Також родовища мають Болівія (Солончак Уюні — найбільше у світі[9]), Аргентина, Конго, Китай (озеро Чаб'єр-Цака), Бразилія, Сербія та ін[10][11].

Україна має значні запаси літію, пов'язані з рідкіснометалічними гранітними пегматитами протерозою. У Західному Приазов'ї розвідані родовища Крута Балка і Шевченківське. У центральній частині Українського щита, у Шполяно-Ташлицькому рудному районі — родовища Полохівське, Станкуватське, «Надія» і прояв Липнязький. Найперспективнішим вважається Полохівське літієве (петалітові руди) родовище (Кіровоградська область). У 1994 році Мінпромом України запропоновано підготувати до промислового освоєння Шевченківське родовище літієвих руд у Запорізькій області. Проведено оцінку і складено ТЕО розробки Полохівського родовища літію. Це може не тільки забезпечити потреби у літії різних галузей промисловості, але і збільшити її експортний потенціал.

Орієнтовно щорічні потреби України у карбонаті літію становлять (у перерахунку на метал) 100–200 т. Прогнозується збільшення потреб у петалітовому концентраті для виробництва спеціального скла і кераміки — на десятки тис. тонн.

Ізотопи[ред.ред. код]

Докладніше: Ізотопи літію
Схема атому літію-6 (ізотопу літію) — навколо 3-х протонів та 3-х нейтронів в центрі, рухаються 3 електрони

Природний літій складається з двох стабільних ізотопів: 6Li (7,5%) і 7Li (92,5%); у деяких зразках літію ізотопне співвідношення може бути значно порушено внаслідок природного або штучного фракціонування ізотопів. Це слід мати на увазі при точних хімічних дослідах з використанням літію або його сполук. Також відомо ще 7 штучних радіоактивних ізотопів літію і два ядерних ізомери (масові числа від 4Li до 12Li та 10m1Li − 10m2Li відповідно). Найстійкіший з них, 8Li, має період напіврозпаду 0,8403 с. Екзотичний ізотоп 3Li (трипротон), мабуть, не існує як зв'язана система.

7Li є одним з небагатьох ізотопів, що утворилися під час первинного нуклеосинтезу (тобто невдовзі після Великого Вибуху[12]), а не лише в зірках. В кількості не більше 10−9 від усіх елементів[13][14]. Деяка кількість ізотопу 6Li, як мінімум у десять тисяч разів менша, ніж 7Li, також утворено в первинному нуклеосинтезі[12]. Приблизно в десять разів більше 7Li утворилися в зоряному нуклеосинтезі.

Літій є проміжним продуктом реакції ppII, але при високих температурах активно перетворюється в два ядра гелію-4[15][16] (через 8Be).

Визначення[ред.ред. код]

Карміново-червоне забарвлення полум'я солями літію

Якісно літій виявляють по карміново-червоному забарвленню полум'я пальника летючими сполуками літію та по найбільш чітко виразних спектральних лініях літію: 670,78 і 610,36 нм. Кількісно літій визначають полум'яно-фотометричними (При вмісті літію в пробі 0,1-10%), спектрографічними і гравиметричними методами. В останньому випадку літій відокремлюють від інших лужних металів у вигляді LiCl екстракцією безводним ацетоном, після відділення LiCl переводять в Li2SO4, який прожарюють і зважують. Літій визначають також фотометрично за допомогою хіназолінів (при вмісті літію в пробі 4.10-4-6.10-2%), флуорометричено - за допомогою 5,7-дібром-8-гідроксихіноліну (межа виявлення 0,1 мкг/мл літію).[17]

Фізичні властивості[ред.ред. код]

Шматок чистого літію плаваючий на поверхні оливи

Літій - сріблясто-білий метал, м'який і пластичний, твердіше натрію, але м'якше свинцю. Його можна обробляти пресуванням і плющенням, легко витягується в дріт.

При кімнатній температурі металевий літій має кубічну об'емноцентрованную ґратку (координаційне число 8), просторова група Im3m, параметри комірки a = 0,35021 нм, Z = 2. Нижче 78 К стійкою кристалічною формою є гексагональна щільноупакована структура, в якій кожен атом літію має 12 найближчих сусідів, розташованих в вершинах кубооктаедра. Кристалічна ґратка відноситься до просторової групі P63/mmc, параметри a = 0,3111 нм, c = 0,5093 нм, Z = 2.

З усіх лужних металів літій характеризується найвищими температурами плавлення і кипіння (180,54 і 1340 ° C, відповідно), у нього найнижча густина при кімнатній температурі серед всіх металів (0,533 г/см³, майже в два рази менше густини води). Внаслідок своєї низької густини літій спливає не тільки у воді, але і, наприклад, в гасі[18].

Маленькі розміри атома літію призводять до появи особливих властивостей металу. Наприклад, він змішується з натрієм тільки при температурі нижче 380 °C і не змішується з розплавленими калієм, рубідієм і цезієм, в той час як інші пари лужних металів змішуються один з одним в будь-яких співвідношеннях.

Хімічні властивості[ред.ред. код]

Конфігурація зовнішньої електронної оболонки атома літію 2s1; у всіх відомих з'єднаннях він одновалентний.

Реагує з водою (дає LiOH + H2), галогенами, азотом, з воднем (дає гідрид LiH при 500 ºС), тільки йому серед лужних металів властиві нерозчинні карбонати й флуориди. Взаємодіє з киснем (оксид Li2O), утворення пероксидних сполук при окисненні не характерне, Li2O2 утворюються непрямо.

Літій хоча і є лужним металом, однак відносно стійкий на повітрі. Він є найменш активним лужним металом, і тому з сухим повітрям (і навіть з сухим киснем) при кімнатній температурі практично не реагує. Але все ж потихеньку окислюється з утворенням темного нальоту продуктів взаємодії:

 ;

З цієї причини літій є єдиним лужним металом, який не зберігають в гасі (до того ж густина літію настільки мала, що він буде в ньому плавати) і може нетривалий час зберігатися на повітрі. У вологому повітрі поволі реагує з азотом та іншими газами, що знаходяться в повітрі, перетворюючись на нітрид літію Li3N, гідроксид літію і карбонат Li2CO3. У кисні при нагріванні горить, перетворюючись на оксид літію Li2O (пероксид Li2O2 виходить тільки непрямим шляхом). Температура самозаймання на повітрі знаходиться в районі 300 °C. Продукти горіння подразнюють слизову оболонку носоглотки. При горінні літій та його солі забарвлюють полум'я в карміново-червоний колір, що є якісною ознакою для визначення літію, це встановив німецький хімік Леопольд Гмелін у 1818 році. Цікава особливість літію в тому, що в інтервалі температур від 100 °C до 300 °C він покривається щільною оксидною плівкою, і надалі не окислюється. На відміну від інших лужних металів, що дають стабільні надпероксиди і озоніди, надпероксид і озонід літію — нестабільні з'єднання. Оксид літію Li2O — біла тверда речовина — являє собою типовий лужний оксид. Li2O активно реагує з водою з утворенням гідроксиду літію LiOH. Цей гідроксид отримують електролізом водних розчинів LiCl:

Також в вільному стані літій спокійно, без вибуху і загоряння, реагує з водою, утворюючи LiOH і H2. LiOH - сильна основа, але вона відрізняється за властивостями від гідроксидів інших лужних металів. Гідроксид літію поступається їм у розчинності. При прожаренні гідроксид літію втрачає воду:

Велике значення в синтезі органічних і неорганічних сполук має гідрид літію LiH, який утворюється при взаємодії розплавленого літію з воднем (H):

LiOH - іонна сполука, будова кристалічної ґратки якої схожа на будову кристалічної ґратки хлориду натрію (NaCl). Гідрид літію можна використовувати як джерело водню для наповнення аеростатів і рятувального спорядження (надувних човнів і т.п.), так як при його гідролізі утворюється велика кількість водню (1 кг LiH дає 2,8 м3 H2):

Він також знаходить застосування при синтезі різних гідридів, наприклад, борогідріду літію:

Мінеральні кислоти енергійно розчиняють Li (стоїть першим у ряді напруг, його нормальний електродний потенціал Li/Li+ має найбільше негативне значення (E°298 = -3,045 B) в порівнянні зі стандартними електродними потенціалами інших металів, це обумовлено великою енергією гідратації маленького іона Li+, що значно зміщує рівновагу в бік іонізації металу). Реагує також з етиловим спиртом, і з аміаком. При контактах з галогенами літій самозаймається при звичайних умовах (з йодом — тільки при нагріванні), утворюючи галогеніди (найважливіший — хлорид літію). Подібно магнію (Mg), нагрітий літій здатний горіти в CO2:

При нагріванні з сіркою літій дає сульфід Li2S. З азотом літій повільно реагує вже при кімнатній температурі, енергійно - при 250 °С з утворенням нітриду Li2N. З фосфором літій безпосередньо не взаємодіє, але в спеціальних умовах можуть бути отримані фосфіди. Нагрівання літію з вуглецем призводить до отримання карбіду Li2C2, з кремнієм — силіцид літію. Бінарні сполуки літію — Li2О, LiH, Li3N, Li2C2, LiCl та інші, а також LiOH досить реакційноздатні; при нагріванні або плавленні вони руйнують багато металів, порцеляну, кварц та інші матеріали. Карбонат, фторид LiF, фосфат Li3PO4 та інші сполуки літію за умовами утворення і властивостями близькі до відповідних похідним магнію і кальцію. З'єднання літію — солі — як правило, безбарвні кристалічні речовини. За хімічною поведінкою солі літію трохи нагадують аналогічні з'єднання магнію (Mg) або кальцію (Ca). Погано розчиняються у воді фторид LiF, карбонат Li2CO3, фосфат Li2PO4, добре розчинний хлорат літію LiClO3 — це, мабуть, одна з найбільш добре розчинних сполук в неорганічній хімії (при 18 °C в 100 г води розчиняється 313,5 г LiClO3).

Літій утворює з'єднання з частково ковалентним зв'язком Li-C, — тобто літійорганічні сполуки. Наприклад, при реакції йодбензолу C6H5I з літієм в органічних розчинниках протікає реакція:

Гексамер н-бутиллітію — літійорганічної сполуки

Літій відіграє велику роль в органічному синтезі. Тому численні літійорганічні сполуки широко використовуються в органічному синтезі і як каталізатори.

Літій - компонент багатьох сплавів. З деякими металами (Mg, Zn, Al) він утворює тверді розчини значної концентрації, з багатьма — інтерметалідами (LiAg, LiHg, LiMg2, LiAl і баг. ін.). Останні часто вельми тверді і тугоплавкі,лише трохи змінюються на повітрі; деякі з них - напівпровідники. Вивчено ряд бінарних і потрійних систем за участю літію; відповідні їм сплави вже знайшли застосування в техніці.[19]

Отримання[ред.ред. код]

Сполуки літію виходять в результаті гідрометалургійної переробки концентратів — продуктів збагачення літієвих руд. Основний силікатний мінерал — сподумен переробляють за вапняковим (лужним), сульфатним (сольовим) та сірчанокислотним (кислотним) методами. В основі першого — розкладання сподумена вапняком при 1150—1200 °C:

При вилуговуванні суміші водою в присутності надлишку вапна алюмінат літію розкладається з утворенням гідроксиду літію:

За сульфатним методом сподумен (та інші алюмосилікати) спікають з сульфатом калію:

Сульфат літію розчиняють у воді і з його розчину содою осаджують карбонат літію:

За сірчанокислотним методом також отримують спочатку розчин сульфату літію, а потім карбонат літію; сподумен розкладають сірчаною кислотою при 250—300 °C (реакція застосовна тільки для β-модифікації сподумену):

Метод використовується для переробки руд, незбагачених сподуменом, якщо вміст у них Li2O не менше 1 %. Фосфатні мінерали літію легко розкладаються кислотами, проте за новішими методами їх розкладають сумішшю гіпсу і вапна при 950—1050 °С з подальшою водною обробкою спеків і осадженням з розчинів карбонату літію. У будь-якому випадку з отриманих розчинів виділяють погано розчинний карбонат літію Li2CO3, який потім перетворюють на хлорид LiCl.

Металевий літій отримують електролізом розплавленої суміші хлоридів літію і калію (або BaCl2) при 400—460 °С (ці солі слугують для зниження температури плавлення суміші) (вагове співвідношення компонентів 1:1):

Електролітичні ванни футеруються магнезитом, алундом, мулітом, тальком, графітом та іншими матеріалами, стійкими до розплавленого електроліту; анодом служать графітові, а катодом — залізні стрижні. Чорновий металевий літій містить механічні включення і домішки (K, Mg, Ca, Аl, Si, Fe, але головним чином Na). Включення видаляються переплавкою, домішки — рафінуванням при зниженому тиску, або методом вакуумної дистиляції. В даний час велика увага приділяється металотермічним методам отримання літію.[20]

Застосування[ред.ред. код]

Оцінка використання літію в світі в 2011 році[21]
   Кераміка і скло (29%)
   Джерела струму (27%)
   Мастильні матеріали (12%)
   Безперерв. розлив сталі (5%)
   Регенерація кисню (4%)
   Полімери (3%)
   Металургія алюмінію (2%)
   Фармацевтика (2%)
   інше (16%)

За значущістю в сучасній техніці літій — один з найважливіших рідкісних елементів.

Електроніка[ред.ред. код]

Термоелектричні матеріали[ред.ред. код]

Хімічні джерела струму[ред.ред. код]

Лазерні матеріали[ред.ред. код]

Ракетне паливо[ред.ред. код]

  • Літій та його сполуки широко застосовуються в ракетній техніці. Суміш парів літію з молекулярним воднем є ефективним робочим тілом для газофазних ядерних ракетних двигунів. Рідкий літій використовується як робоче тіло в електроракетних двигунах, зокрема — у потужних ЕРД. Літій використовується як власне ракетне паливо або як добавка до нього.
Корабельний пуск торпеди, паливом в якій слугують сполуки літію

Окисники[ред.ред. код]

  • Перхлорат і нітрат літію застосовуються як окисники.

Піротехніка[ред.ред. код]

  • Нітрат літію використовують в піротехніці для забарвлення полум'я у червоний колір.

Дефектоскопія[ред.ред. код]

Металургія[ред.ред. код]

  • У чорній та кольоровій металургії літій використовується для розкислювання та підвищення пластичності і міцності сплавів.
  • Літій іноді застосовується для відновлення методами металотермії рідкісних металів.

Металургія алюмінію[ред.ред. код]

  • Карбонат літію є найважливішою допоміжною речовиною (додається в електроліт) при виплавці алюмінію, і його споживання зростає з кожним роком пропорційно обсягу світового видобутку алюмінію (витрата карбонату літію 2,5-3,5 кг на тонну виплавленого алюмінію).
  • Введення літію в систему легування дозволяє отримати нові сплави алюмінію з високою питомою міцністю. Добавка літію знижує густину сплаву і підвищує модуль пружності. При вмісті літію до 1,8% сплав має низький опір корозії під напругою, а при 1,9% сплав не схильний до корозійного розтріскування. Збільшення вмісту літію до 2,3% сприяє зростанню ймовірності утворення рихлоти і тріщин. Механічні властивості при цьому змінюються: межі міцності і текучості зростають, а пластичні властивості знижуються.
  • Найбільш відомі системи легування Al-Mg-Li (приклад — сплав 1420, застосовується для виготовлення конструкцій літальних апаратів) і Al-Cu-Li (приклад — сплав 1460, застосовується для виготовлення ємностей для зріджених газів).

Сплави[ред.ред. код]

  • Сплави літію з магнієм, скандієм, міддю, кадмієм і алюмінієм - нові перспективні матеріали в авіації та космонавтиці (через їх легкість).
  • На основі алюмінату та силікату літію створено кераміку, що твердіє за кімнатної температури і застосовується у військовій техніці, металургії, та, в перспективі, у термоядерній енергетиці
  • Літій дуже ефективно зміцнює сплави свинцю і надає їм пластичність і стійкість проти корозії.

Силікатна промисловість[ред.ред. код]

  • Літій та його сполуки широко застосовують у силікатній промисловості для виготовлення спеціальних сортів скла і покриття порцелянових виробів.
  • Величезною міцністю володіє скло на основі літій-алюміній-силікату, зміцнюваного волокнами карбіду кремнію.

Мастильні матеріали[ред.ред. код]

Ядерна енергетика[ред.ред. код]

Ізотопи 6Li та 7Li володіють різними ядерними властивостями (перетин поглинання теплових нейтронів, продукти реакцій) і сфера їх застосування різна.

  • Гафніат літію входить до складу спеціальної емалі, призначеної для захоронення високоактивних ядерних відходів, що містять плутоній.

Літій-6[ред.ред. код]

  • Опромінюючи нуклід 6Li тепловими нейтронами, отримують радіоактивний тритій 3H (Т):

Завдяки цьому літій-6 може застосовуватися як заміна радіоактивного, нестабільного і незручного в обігу тритію як у військових (термоядерна зброя), так і в мирних (керований термоядерний синтез) цілях.

  • Дейтерид літію-6 (6LiD) застосовується як термоядерне пальне у водневих бомбах.
  • Перспективно також використання літію-6 для отримання гелію-3 (через тритій) з метою подальшого використання в дейтерій-гелієвих термоядерних реакторах.

Літій-7[ред.ред. код]

  • Застосовується в ядерних реакторах, використовуючих реакції за участю важких елементів, таких, як уран, торій або плутоній.
  • Завдяки дуже високій питомої теплоємності, рідкий літій (часто у вигляді сплаву з натрієм або цезієм-133) може слугувати ефективним теплоносієм. У ядерних реакторах із цією метою застосовують ізотоп 7Li, який, на відміну від 6Li, має низький перетин захоплення теплових нейтронів.
  • Фторид літію-7 в сплаві з фторидом берилію (66% LiF + 34% BeF2) носить назву «флайб» (FLiBe) і застосовується як високоефективний теплоносій і розчинник фторидів урану і торію у високотемпературних рідинносольових реакторах, і для виробництва тритію.
  • З'єднання літію, збагачені по ізотопу літію-7, застосовуються на реакторах PWR для підтримки водно-хімічного режиму, реакторах PWR (гідрооксид літію), а також в Демінералізатор першого контуру. Щорічна потреба США оцінюється в 200-300 кг, виробництвом володіють лише Китай і Росія[22].

Медицина[ред.ред. код]

  • Солі літію володіють нормотимічними та іншими лікувальними властивостями, тому препарати літію на їхній основі широко використовуються в терапії психічних розладів.

Різне[ред.ред. код]

  • Високогігроскопічні бромід LiBr і хлорид літію LiCl застосовують для осушення повітря та інших газів.
  • Гідроксид літію LIOH, пероксид Li2O2 і супероксид LiO2 застосовуються для очищення повітря від вуглекислого газу; при цьому останні дві сполуки реагують з виділенням кисню (наприклад, 4LiO2 + 2CO2 → 2Li2CO3 + 3O2), завдяки чому вони використовуються в протигазах, у патронах для очищення повітря на підводних човнах і т.д.
  • Сполуки літію застосовуються в текстильній промисловості (вибілювання тканин), харчовій (консервація) і фармацевтичній промисловості (виготовлення косметики).
  • Вельми перспективно використовувати літій як наповнювач поплавка батискафів — цей метал має густину, майже в два рази меншу, ніж вода (точніше, 534 кг/м³), це означає, що один кубічний метр літію може утримувати на плаву майже на 170 кг більше, ніж один кубічний метр бензину. Однак літій — лужний метал, що активно реагує з водою, тому слід забезпечити надійне розділення цих речовин, не допускаючи їх контакту[23].
  • Імід літію потенційно може використовуватися в органічному синтезі, але практичного розповсюдження не отримав.

Вартість[ред.ред. код]

Станом на кінець 2007 - початок 2008 року ціни на металевий літій (чистота 99%) становили 63-66 $ за 1 кг.

Біологічна роль[ред.ред. код]

Літій постійно входить до складу живих організмів, проте його біологічна роль з'ясована недостатньо. Встановлено, що у рослин літій підвищує стійкість до хвороб, підсилює фотохімічну активність хлоропластів в листках (томати) і синтез нікотину (тютюн). Здатність концентрувати літій найсильніше виражена серед морських організмів у червоних і бурих водоростей, а серед наземних рослин — у представників родини жовтецевих (рутвиця, жовтець) і родини пасльонових (дереза). Переважно в організмі знаходиться в щитовидній залозі, лімфовузлах, серці, печінці, легенях, кишечнику, плазмі крові, наднирниках. В організмі середньої людини (маса 70 кг) міститься близько 0,7 мг літію. Токсична доза 90-200 мг. Літій бере участь у важливих процесах:

  • Бере участь у вуглеводному і жировому обмінах;
  • Підтримує імунну систему;
  • Попереджає виникнення алергії;
  • Знижує нервову збудливість.

Виділяється літій переважно нирками.

Запобіжні заходи[ред.ред. код]

Hazard FF.svg

Дрібні крихти металевого літію викликають хімічні опіки при потраплянні на вологу шкіру, слизові оболонки і в очі. Тому працювати з ним можна тільки в захисному одязі і окулярах. Зпалахнувший літій засипають NaCl або содою. Зберігають літій в герметично закритих жерстяних коробках під шаром пастоподібної маси з парафіну і мінеральної оливи або в тонкостінних алюмінієвих або мідних оболонках; допускається зберігання під шаром газоліну або петролейного ефіру. Відходи літію не можна викидати в сміття, для утилізації їх слід обробити етиловим спиртом:

. Утворений етилат літію потім розкладають водою до спирту та гідроксиду літію LiOH.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Conventional Atomic Weights 2013. en:Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights(англ.)
  2. Standard Atomic Weights 2013. en:Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights(англ.)
  3. Вказано діапазон значень атомної маси в зв'язку з різною поширеністю ізотопів у природі
  4. atomic and ionic radius(англ.)
  5. Природній вміст 6Li може знижуватись до 3.75%, тому відповідно вміст 7Li становитиме 96.25%
  6. Кравчук П. А. Рекорды природы. — Любешов : Эрудит, 1993. — 216 с. : ил. — ISBN 5-7707-2044-1. (рос.)(рос.)
  7. J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  8. Lithium Statistics and Information. U.S. Geological Survey. 2011. (англ.)
  9. Lithium Article Eric Burns(англ.)
  10. Lithium Resources and Production: a critical global assessment // en:CSIRO, 2010(англ.)
  11. Lithium // USGS(англ.)
  12. а б BD Fields The Primordial Lithium Problem, ‎Annual Reviews of Nuclear and Particle Science 2011 (рос.)
  13. Постнов К.А. Лекции по общей астрофизике для физиков. Архів оригіналу за 2011-08-24. ; див мал. 11.1(англ.)
  14. http://www.int.washington.edu/PHYS554/2005/vanderplas.pdf(англ.)
  15. Lecture 27: Stellar Nucleosynthesis // Університет Toledo — «The Destruction of Lithium in Young Convective Stars» slide 28(англ.)
  16. Greg Ruchti, Lithium in the Cosmos — «Lithium is Fragile» slide 10(англ.)
  17. XuMuK.ru - ЛИТИЙ - Химическая энциклопедия(рос.)
  18. Книга рекордов Гиннесса для химических веществ(рос.)
  19. Li - Литий(рос.)
  20. Литий - Свойства химических элементов(рос.)
  21. USGS (2011). Lithium (PDF). Процитовано 2012-11-03. (англ.)
  22. PWR - литиевая угроза. ATOMINFO.RU. 23.10.2013. Процитовано 2013-12-29. (рос.)
  23. М. Н. Диомидов, А. Н. Дмитриев Покорение глубин. — Ленинград : Судостроение, 1964. — С. 226-230.(рос.)

Джерела[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]