Литий металл. Свойства лития. Применение лития
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.
Литий (лат. Lithium), Li, химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 3, атомная масса 6,941, относится к щелочным металлам. Природный Литий состоит из двух стабильных изотопов - 6 Li (7,42%) и 7 Li (92,58%). 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.
Распространение Лития 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 %). Промышленные месторождения Лития связаны как с магматическими породами (пегматиты, пневматолиты), так и с биосферой (соленые озера).
Физические свойства Лития. 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.
Химические свойства Лития. 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.
Получение Лития. 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.
Применение Лития. 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.
Литий в организме. Литий постоянно входит в состав живых организмов, однако его биологическая роль выяснена недостаточно. Установлено, что у растений Литий повышает устойчивость к болезням, усиливает фотохимическую активность хлоропластов в листьях (томаты) и синтез никотина (табак). Способность концентрировать Литий сильнее всего выражена среди морских организмов у красных и бурых водорослей, а среди наземных растений - у представителей семейства Ranunculaceae (василистник, лютик) и семейства Solanaceae (дереза). У животных Литий концентрируется главным образом в печени и легких.
Компании, которые специализируются на скупке металлов , охотно принимают изделия, включающие в свой состав литий. На этот металл установлены достаточно высокие цены. Давайте попробуем разобраться в том, чем обусловлена высокая стоимость лития и изделия из него. Для этого нужно углубиться в историю этого металла и изучить сферы его применения.
История металла, химические и физические свойства
Литий представляет собой мягкий щелочной металл, обладающий серебристо-белым цветом. Особенность данного металла состоит в том, что среди всех существующих он обладает самыми высокими температурами кипения и плавления. Литий всплывает в воде, поскольку он обладает очень низкой плотностью. Если другие пары щелочных металлов прекрасно поддаются смешиванию друг с другом, то сказать о литии этого нельзя. Он обладает уникальным свойством. Его нельзя смешать с рубидием, цезием, калием, только с натрием и то при температуре, которая должна быть не ниже 380 градусов по Цельсию.
Если говорить о химических свойствах металла, то следует отметить его достаточно высокую устойчивость на воздухе. Он не вступает в реакцию с воздухом. Во влажной среде может реагировать с азотом и некоторыми другими газами, однако все это происходит очень медленно.
Добыча лития
Литий - довольно редкий металл, основными минералами которого являются слюда лепидолит и пироксен сподумен. Также он входит в состав пород онгонитов. Этот металл еще добывают в месторождениях, которые расположены в сильносоленых озерах. Их называют рассолы. Самые крупные месторождения этого полезного ископаемого были обнаружены в Чили, США, Конго, Китае, Бразилии. Самое знаменитое и богатое литием месторождение находится в Боливии. Его название - Солончак Уюни.
Если верить ученым, то по их словам аномальное количество этого полезного ископаемого содержится в звездных образованиях. Такие звездные образования состоят из красного гиганта, в центре которого расположена нейтронная звезда. Это «меторождение» было обнаружено на объектах, названных в честь Ландау, Житкова и Торна.
Литий получают путем разложения его минералов серной кислотой. Эту технологию называют кислотной. Второй способ получения - спекание или обработка с последующим выщелачиванием водой.
К самым крупным поставщикам полезного ископаемого следует отнести Австралию, Аргентину и Чили. Если говорить о России, то в нашей стране добыча лития в настоящее время не ведется, так как ресурсы лития исчерпаны, а новые месторождения не обнаружены.
Области применения лития
За счет того, что литий обладает уникальными свойствами, несравнимыми со многими другими металлами, он получил широкую сферу применения. Сейчас мы рассмотрим некоторые из них:
- Производство термоэлектрических материалов. Сульфид меди и лития зарекомендовали себя в качестве одних из лучших полупроводников, предназначенных для изготовления термоэлектропреобразователей.
- Изготовление лазерных материалов. В этой области широкое распространение получил фторид лития. Его применяют для изготовления лазеров и оптики, которые отличаются высокой эффективностью.
- Производство пиротехники. Если бы этот металл не использовали бы в этой сфере, то, скорее всего, невозможно было бы получить красный цвет огней.
- Современная электроника. Щелочные аккумуляторы, которые в настоящее время пользуются повышенным спросом при производстве различной техники, выполняют с использованием гидроксида лития. Такое решение позволяет значительно продлить срок службы устройств. Если говорить о производстве металлогалогеновых ламп, то здесь литий используют в качестве их наполнения. Также литий хорошо себя зарекомендовал в качестве оптического материала.
- Изготовление сплавов для различных сфер производства. В авиации и космонавтике используют сплавы лития, камдия, меди, скандия. Для изготовления припоев применяют сплавы лития с золотом и серебром.
- Металлургическая отрасль. Здесь это полезное ископаемое используют в качестве вспомогательного вещества при выплавке алюминия. Этот редкоземельный металл способствует повышению показателей пластичности и прочностных характеристики различных сплавов.
- Ядерная энергетика. Этот металл получил распространение в производстве ядерных реакторов. Здесь пригодились его превосходные свойства высокой удельной теплоемкости.
- Медицина. Соли лития обладают целебными свойствами, поэтому они используются при лечении различных заболеваний.
На самом деле сферы применения лития гораздо шире. По этой причине скупка лития пользуется популярностью. Наша компания предлагает выгодные условия сотрудничества для физических и юридических лиц. У нас самые высокие цены на литий и изделия из него.
Запишем уравнения окисления лития и натрия избытком кислорода:4Li + O 2 = 2Li 2 O (1);
2Na + O 2 = Na 2 O 2 (2).
Найдем суммарное количество вещества кислорода:
n(O 2) = V(O 2) / V m ;
n(O 2) = 3,92 / 22,4 = 0,175 моль.
Пусть на окисление лития было израсходовано х моль кислорода, тогда в реакции окисления натрия участвовало (0,175 — х) моль кислорода.
Обозначим количество вещества лития как «а», а натрия - «b», тогда, согласно записанным выше уравнениям реакции:
b = 2 ×(0,175 — х) = 0,35 - 2х.
Найдем массы лития и натрия (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел — Ar(Li) = 7 а.е.м.; Ar(Na) = 23а.е.м.):
m(Li) = 4х × 7 = 28х (г);
m(Na) = (0,35 - 2х)× 23 = 8,05 — 46х (г).
Учитывая, что масса смеси лития и натрия была равна 7,6 г можно записать уравнение:
28х + (8,05 — 46х) = 7,6;
(-18)× х = -(0,45);
Следовательно, количество вещества кислорода,израсходованное на окисление лития равно 0,025 моль, а натрия - (0,175 - 0,025) = 0,15 моль.
По уравнению (1) n(O 2) :n(Li 2 O) = 1: 2, т.е.
n(Li 2 O) = 2×n(O 2) = 2×0,025 = 0,05 моль.
Согласно уравнению (2) n(O 2) :n(Na 2 O 2) = 1: 1, т.е. n(Na 2 O 2)=n(O 2)= 0,15 моль.
Запишем уравнения реакции растворения продуктов окисления лития и натрия в серной кислоте:
Li 2 O + H 2 SO 4 = Li 2 SO 4 + H 2 O (3);
2Na 2 O 2 + 2H 2 SO 4 = 2Na 2 SO 4 + 2H 2 O + O 2 (4).
Рассчитаем массу серной кислоты в растворе:
m solute (H 2 SO 4) = m solution (H 2 SO 4) ×w(H 2 SO 4) / 100%;
m solute (H 2 SO 4) = 80 × 24,5 / 100% = 19,6 г.
Количество вещества серной кислоты будет равно (молярная масса - 98 г/моль):
n (H 2 SO 4) = m (H 2 SO 4) / M (H 2 SO 4);
n (H 2 SO 4) = 19,6 / 98 = 0,2моль.
Определим число молей продуктов реакций (3) и (4). Согласно уравнению (3) n(Li 2 O) :n(Li 2 SO 4) = 1: 1, т.е. n(Li 2 O) = n(Li 2 SO 4) = 0,05 моль. По уравнению (4) n(Na 2 O 2) :n(Na 2 SO 4) = 2: 2, т.е. n(Na 2 O 2) =n(Na 2 SO 4) = 0,15 моль.
Найдем массы образовавшихся сульфатов (М(Li 2 SO 4) = 110 г/моль; М(Na 2 SO 4) = 142 г/моль):
m(Li 2 SO 4) = 0,05 × 110 = 5,5 (г);
m(Na 2 SO 4) = 0,15 × 142 = 21,03 (г).
Чтобы рассчитать массовые доли полученных веществ, необходимо найти массу раствора. В него входят серная кислота, оксид лития и пероксид натрия. Необходимо учесть массу кислорода, который выделяется из реакционный смеси, в ходе реакции (4). Определим массы оксида лития и пероксида натрия (М(Li 2 O) = 30 г/моль, М(Na 2 O 2) = 78 г/моль):
m(Li 2 O) = 0,05 ×30 = 1,5 (г);
m(Na 2 O 2) = 0,15 ×78 = 11,7 (г).
Согласно уравнению (4) n(O 2) :n(Na 2 O 2) = 1: 2, т.е.
n(O 2) = ½ ×n(Na 2 O 2) = ½ × 0,15 = 0,075 моль.
Тогда масса кислорода будет равна (М(O 2) = 32 г/моль):
m(O 2) = 0,075 × 32 = 2,4 (г).
Для того, чтобы найти массу итогового раствора необходимо определить осталась ли в растворе серная кислота. Согласно уравнению (3) n(Li 2 O):n(H 2 SO 4) = 1: 1, т.е. n(H 2 SO 4) = n(Li 2 O) = 0,05 моль. По уравнению (4) n(Na 2 O 2) :n(H 2 SO 4) = 2: 2, т.е. n(H 2 SO 4) = n(Na 2 O 2) = 0,15 моль.Таким образом в реакцию вступило (0,05 + 0,15) = 0,2 моль серной кислоты, т.е. она прореагировала полностью.
Рассчитаем массу раствора:
m solution = m(Li 2 SO 4) + m(Na 2 SO 4) — m(O 2);
m solution = 5,5 + 21,03 — 2,4 = 24,13 г.
Тогда, массовые доли сульфатов натрия и лития в растворе будут равны:
w(Li 2 SO 4) = m(Li 2 SO 4) /m solution × 100%;
w(Li 2 SO 4) = 5,5 /24,13× 100% = 22,79%.
w(Na 2 SO 4) = m(Na 2 SO 4) /m solution × 100%;
w(Na 2 SO 4) = 21,03 / 24,13 × 100% = 87,15%.
(первый электрон)
(по Полингу)
кубическая объёмноцентрированая
| Li | 3 |
| 6,941 | |
| 2s 1 | |
| Литий | |
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.
Применение
Термоэлектрические материалы
Сплав сульфида лития и сульфида меди — эффективный полупроводник для термоэлектропреобразователей (ЭДС около 530 мкВ/К).
Литий используют в анодах химических источников тока (аккумуляторов, например литий-хлорных аккумуляторов) и гальванических элементов с твёрдым электролитом (например, литий-хромсеребряный, литий-висмутатный, литий-окисномедный, литий-двуокисномарганцевый, литий-иодсвинцовый, литий-иодный, литий-тионилхлоридный, литий-оксидванадиевый, литий-фторомедный, литий-двуокисносерный элементы), работающих на основе неводных жидких и твёрдых электролитов (тетрагидрофуран, пропиленкарбонат, метилформиат, ацетонитрил).
Кобальтат лития и молибдат лития показали лучшие эксплуатационные свойства и энергоёмкость в качестве положительного электрода литиевых аккумуляторов.
Гидроксид лития используется как один из компонентов для приготовления электролита щелочных аккумуляторов. Добавление гидрооксида лития к электролиту тяговых железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых аккумуляторных батарей повышает их срок службы в 3 раза и ёмкость на 21 % (за счёт образования никелатов лития).
Алюминат лития — наиболее эффективный твёрдый электролит (наряду с цезий -бета-глинозёмом).
Ракетное топливо
Теоретические характеристики ракетных топлив, образованных литием с различными окислителями.
| Окислитель | Удельная тяга (Р1, сек) | Температура сгорания °С | Плотность топлива г/см 3 | Прирост скорости, ΔVид,25, м/сек | Весовое содерж.горючего % |
|---|---|---|---|---|---|
| Фтор | 378,3 сек | 5350 °C | 0,999 | 4642 м/сек | 28 % |
| Тетрафторгидразин | 348,9 сек | 5021 °C | 0,920 | 4082 м/сек | 21,07 % |
| ClF 3 | 320,1 сек | 4792 °C | 1,163 | 4275 м/сек | 24 % |
| ClF 5 | 334 сек | 4946 °C | 1,128 | 4388 м/сек | 24,2 % |
| Перхлорилфторид | 262,9 сек | 3594 °C | 0,895 | 3028 м/сек | 41 % |
| Окись фтора | 339,8 сек | 4595 °C | 1,097 | 4396 м/сек | 21 % |
| Кислород | 247,1 сек | 3029 °C | 0,688 | 2422 м/сек | 58 % |
| Перекись водорода | 270,5 сек | 2995 °C | 0,966 | 3257 м/сек | 28,98 % |
| N 2 O 4 | 239,7 сек | 3006 °C | 0,795 | 2602 м/сек | 48 % |
| Азотная кислота | 240,2 сек | 3298 °C | 0,853 | 2688 м/сек | 42 % |
Лазерные материалы
Монокристаллы фторида лития используются для изготовления высокоэффективных (КПД 80 %) лазеров на центрах свободной окраски, и для изготовления оптики с широкой спектральной полосой пропускания.
Окислители
Перхлорат лития используют в качестве окислителя.
Дефектоскопия
Лития сульфат используют в дефектоскопии.
Пиротехника
Нитрат лития используют в пиротехнике.
Сплавы
Сплавы лития с серебром и золотом, а также медью являются очень эффективными припоями. Сплавы лития с магнием , скандием , медью , кадмием и алюминием — новые перспективные материалы в авиации и космонавтике. На основе алюмината и силиката лития создана керамика, затвердевающая при комнатной температуре и используемая в военной технике, металлургии, и, в перспективе, в термоядерной энергетике. Огромной прочностью обладает стекло на основе литий-алюминий-силиката, упрочняемого волокнами карбида кремния. Литий очень эффективно упрочняет сплавы свинца и придает им пластичность и стойкость против коррозии.
Электроника
Триборат лития-цезия используется как оптический материал в радиоэлектронике. Кристаллические ниобат лития LiNbO 3 и танталат лития LiTaO 3 являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в нелинейной оптике, акустооптике и оптоэлектронике. Литий также используется при наполнении осветительных газоразрядных металлогалогеновых ламп.
Металлургия
В чёрной и цветной металлургии литий используется для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов. Литий иногда применяется для восстановления методами металлотермии редких металлов.
Металлургия алюминия
Карбонат лития является важнейшим вспомогательным веществом (добавляется в электролит) при выплавке алюминия и его потребление растет с каждым годом пропорционально объёму мировой добычи алюминия (расход карбоната лития 2,5-3,5 кг на тонну выплавляемого алюминия).
Легирование алюминия
Введение лития в систему легирования позволяет получить новые сплавы алюминия с высокой удельной прочностью.
Литий-6 (термояд)
Применяется в термоядерной энергетике.
При облучении нуклида 6 Li тепловыми нейтронами получается радиоактивный тритий 3 1 H (Т):
6 3 Li + 1 0 n = 3 1 H + 4 2 He.
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 6 LiD.
Перспективно также использование лития-6 для получения гелия-3 (через тритий) с целью дальнейшего использования в дейтерий-гелиевых термоядерных реакторах.
Литий-7 (теплоноситель)
Применяется в ядерных реакторах, использующих реакции с участием тяжёлых элементов, таких как уран , торий или плутоний .
Благодаря очень высокой удельной теплоёмкости и низкому сечению захвата тепловых нейтронов, жидкий литий-7 (часто в виде сплава с натрием или цезием-133) служит эффективным теплоносителем. Фторид лития-7 в сплаве с фторидом бериллия (66 % LiF + 34 % BeF 2) носит название «флайб» (FLiBe) и применяется как высокоэффективный теплоноситель и растворитель фторидов урана и тория в высокотемпературных жидкосолевых реакторах, и для производства трития.
Сушка газов
Высокогигроскопичные бромид LiBr и хлорид лития LiCl применяются для осушения воздуха и других газов.
Медицина
Соли лития обладают психотропным действием и используются в медицине при профилактике и лечении ряда психических заболеваний. Наиболее распространен в этом качестве карбонат лития. применяется в психиатрии для стабилизации настроения людей, страдающих биполярным расстройством и частыми перепадами настроения. Он эффективен в предотвращении мании депрессии и уменьшает риск суицида.Медики не раз наблюдали, что некоторые соединения лития (в соответствующих дозах, разумеется) оказывают положительное влияние на больных, страдающих маниакальной депрессией. Объясняют этот эффект двояко. С одной стороны, установлено, что литий способен регулировать активность некоторых ферментов, участвующих в переносе из межклеточной жидкости в клетки мозга ионов натрия и калия. С другой стороны, замечено, что ионы лития непосредственно воздействуют на ионный баланс клетки. А от баланса натрия и калия зависит в значительной мере состояние больного: избыток натрия в клетках характерен для депрессивных пациентов, недостаток - для страдающих маниями. Выравнивая натрий калиевый баланс, соли лития оказывают положительное влияние и на тех, и на других.
Смазочные материалы
Стеарат лития — литиевое мыло используется в качестве высокотемпературной смазки.
Регенерация кислорода в автономных аппаратах
Гидроксид лития LiOH, пероксид Li 2 O 2 и супероксид LiO 2 применяются для очистки воздуха от углекислого газа; при этом последние два соединения реагируют с выделением кислорода (например, 4LiO 2 + 2CO 2 → 2Li 2 CO 3 + 3O 2), благодаря чему они используются в изолирующих противогазах, в патронах для очистки воздуха на подлодках, на пилотируемых космических аппаратах и т. д.
Силикатная промышленность
Литий и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия фарфоровых изделий.
Прочие области применения
Соединения лития используются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической (изготовление различной косметики).
Дополнительные данные
Соединения лития
Литий, Lithium, Li (3)
Когда Дави производил свои знаменитые опыты по электролизу щелочных земель, о существовании лития никто и не подозревал. Литиевая щелочная земля была открыта лишь в 1817 г. талантливым химиком-аналитиком, одним из учеников Берцелиуса Арфведсоном. В 1800 г. бразильский минералог де Андрада е Сильва, совершая научное путешествие по Европе, нашел в Швеции два новых минерала, названных им петалитом и сподуменом, причем первый из них через несколько лет был вновь открыт на острове Уте. Арфведсон заинтересовался петалитом, произвел полный его анализ и обнаружил необъяснимую вначале потерю около 4% вещества. Повторяя анализы более тщательно, он установил, что в петалите содержится «огнепостоянная щелочь до сих пор неизвестной природы». Берцелиус предложил назвать ее литионом (Lithion), поскольку эта щелочь в отличие от кали и натра впервые была найдена в «царстве минералов» (камней); название зто произведено от греч.- камень.
Позднее Арфведсон обнаружил литиевую землю,или литину, и в некоторых других минералах, однако его попытки выделить свободный металл не увенчались успехом. Очень небольшое количество металлического лития было получено Дэви и Бранде путем злектролиза щелочи. В 1855 г. Бунзен и Маттессен разработали промышленный способ получения металлического лития злектролизом хлорида лития. В русской химической литературе начала XIX в. встречаются названия: литион, литин (Двигубский, 1826) и литий (Гесс); литиевую землю (щелочь) называли иногда литина.
