Метки: Литий число нейтронов в изотопе, литий металл или неметалл, литий углекислый производитель.
| 3 |
Литий
|
|
Li
6,941
|
|
| [РќРµ]2s1 | |
Ли́тий (лат. Lithium; обозначается символом Li) — элемент первой группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы первой группы), второго периода периодической системы химических элементов с атомным номером 3.
Простое вещество литий — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.
Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом �оганном Арфведсоном сначала в минерале петалите (Li,Na)[Si4AlO10], а затем в сподумене LiAl[Si2O6] и в лепидолите KLi1.5Al1.5[Si3AlO10](F,OH)2. Металлический литий впервые получил 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.
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[5].
Основные минералы лития — слюда лепидолит — KLi1,5Al1,5[Si3AlO10] (F, OH)2 и пироксен сподумен — LiAl [Si2O6]. Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в широко распространенных породообразующих минералах.
Месторождения лития приурочены к редкометалльным гранитным интрузиям, в связи с которыми развиваются литиеносные пегматиты или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты — граниты с магматическим топазом, 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 лития известны в Чили, Боливии (Солончак Уюни — крупнейшее в мире[6]), США, Аргентине, Конго, Китае (озеро Чабьер-Цака), Бразилии, Сербии, Австралии[7][8].
В России более 50 % запасов сосредоточено в редкометалльных месторождениях Мурманской области.
Природный литий состоит РёР· РґРІСѓС… стабильных изотопов: 6Li (7,5 %) Рё 7Li (92,5 %); РІ некоторых образцах лития изотопное соотношение может быть сильно нарушено вследствие РїСЂРёСЂРѕРґРЅРѕРіРѕ или искусственного фракционирования изотопов. Рто следует иметь РІ РІРёРґСѓ РїСЂРё точных химических опытах СЃ использованием лития или его соединений. РЈ лития известны 7 искусственных радиоактивных изотопов Рё РґРІР° ядерных изомера (4Li в€’ 12Li Рё 10m1Li в€’ 10m2Li соответственно). Наиболее устойчивый РёР· РЅРёС…, 8Li, имеет период полураспада 0,8403 СЃ. Ркзотический изотоп 3Li (трипротон), РїРѕ-РІРёРґРёРјРѕРјСѓ, РЅРµ существует как связанная система.
7Li является одним из немногих изотопов, возникших при первичном нуклеосинтезе (то есть в период от 1 секунды до 3 минут после Большого Взрыва[9]) в количестве не более 10−9 от всех элементов[10][11]. Некоторое количество изотопа 6Li, как минимум в десять тысяч раз меньшее, чем 7Li, также образовано в первичном нуклеосинтезе[9].
Примерно в десять раз больше 7Li образовались в звездном нуклеосинтезе. Литий является промежуточным продуктом реакции ppII, но при высоких температурах активно преобразуется в два ядра гелия-4[12][13] (через 8Be).
Р’ настоящее время для получения металлического лития его природные минералы или разлагают серной кислотой (кислотный СЃРїРѕСЃРѕР±), или спекают СЃ CaO или CaCO3 (щелочной СЃРїРѕСЃРѕР±), или обрабатывают K2SO4 (солевой СЃРїРѕСЃРѕР±), Р° затем выщелачивают РІРѕРґРѕР№. Р’ любом случае РёР· полученного раствора выделяют плохо растворимый карбонат лития Li2CO3, который затем переводят РІ хлорид LiCl. Рлектролиз расплава хлорида лития РїСЂРѕРІРѕРґСЏС‚ РІ смеси СЃ KCl или BaCl2 (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):
В дальнейшем полученный литий очищают методом вакуумной дистилляции.
Литий — серебристо-белый металл, мягкий и пластичный, твёрже натрия, но мягче свинца. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой.
При комнатной температуре металлический литий имеет кубическую объёмноцентрированную решётку (координационное число 8), пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = 0,35021 нм, Z = 2. Ниже 78 К устойчивой кристаллической формой является гексагональная плотноупакованная структура, в которой каждый атом лития имеет 12 ближайших соседей, расположенных в вершинах кубооктаэдра. Кристаллическая решетка относится к пространственной группе P 63/mmc, параметры a = 0,3111 нм, c = 0,5093 нм, Z = 2.
�з 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). Вследствие своей низкой плотности литий всплывает не только в воде, но и, например, в керосине[14].
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.
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 хранят 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 и другими газами, находящимися в воздухе, превращаясь в нитрид Li3N, гидроксид LiOH и карбонат Li2CO3. В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li2O. �нтересная особенность лития в том, что в интервале температур от 100 °C до 300 °C он покрывается плотной оксидной плёнкой, и в дальнейшем не окисляется. В отличие от остальных щелочных металлов, дающих стабильные надпероксиды и озониды, надпероксид и озонид лития — нестабильные соединения.
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 самовоспламенения находится в районе 300 °C. Продукты горения раздражают слизистую оболочку носоглотки.
Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и H2. 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.
В водном растворе литий имеет самый низкий стандартный электродный потенциал (-3,045 В) из-за малого размера и высокой степени гидратации иона лития.
Длительно 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.
Сплав сульфида лития Рё сульфида меди — эффективный полупроводник для термоэлектропреобразователей (РДС около 530 РјРєР’/Рљ).
�з лития изготовляют аноды 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 гидроксида 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).
| Окислитель | Удельная тяга (Р1, сек) | Температура сгорания °С | Плотность топлива г/см³ | Прирост скорости, ΔVид,25, м/сек | Весовое содерж.горючего % |
|---|---|---|---|---|---|
| Фтор | 378,3 сек | 5350 °C | 0,999 | 4642 м/сек | 28 % |
| Тетрафторгидразин | 348,9 сек | 5021 °C | 0,920 | 4082 м/сек | 21,07 % |
| ClF3 | 320,1 сек | 4792 °C | 1,163 | 4275 м/сек | 24 % |
| ClF5 | 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 % |
| Пероксид водорода | 270,5 сек | 2995 °C | 0,966 | 3257 м/сек | 28,98 % |
| N2O4 | 239,7 сек | 3006 °C | 0,795 | 2602 м/сек | 48 % |
| Азотная кислота | 240,2 сек | 3298 °C | 0,853 | 2688 м/сек | 42 % |
Монокристаллы фторида лития используются для изготовления высокоэффективных (КПД 80 %) лазеров на центрах свободной окраски, и для изготовления оптики с широкой спектральной полосой пропускания.
Перхлорат лития используют в качестве окислителя.
Сульфат лития используют в дефектоскопии.
Нитрат лития используют в пиротехнике для окрашивания огней в красный цвет.
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 (из-за их легкости). 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.
Триборат лития-цезия используется как оптический материал в радиоэлектронике. Кристаллические ниобат лития LiNbO3 и танталат лития LiTaO3 являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в нелинейной оптике, акустооптике и оптоэлектронике. Литий также используется при наполнении осветительных газоразрядных металлогалогеновых ламп. Гидроксид лития добавляют в электролит щелочных аккумуляторов, для увеличения срока их службы.
В чёрной и цветной металлургии литий используется для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов. Литий иногда применяется для восстановления методами металлотермии редких металлов.
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).
Введение лития в систему легирования позволяет получить новые сплавы алюминия с высокой удельной прочностью.
Добавка лития снижает плотность сплава и повышает модуль упругости. При содержании лития до 1,8 % сплав имеет низкое сопротивление коррозии под напряжением, а при 1,9 % сплав не склонен к коррозионному растрескиванию. Увеличение содержания лития до 2,3 % способствует возрастанию вероятности образования рыхлот и трещин. Механические свойства при этом изменяются: пределы прочности и текучести возрастают, а пластические свойства снижаются.
Наиболее известны системы легирования Al-Mg-Li (пример — сплав 1420, применяемый для изготовления конструкций летательных аппаратов) и Al-Cu-Li (пример — сплав 1460, применяемый для изготовления емкостей для сжиженных газов).
�зотопы 6Li и 7Li обладают разными ядерными свойствами (сечение поглощения тепловых нейтронов, продукты реакций) и сфера их применения различна. Гафниат лития входит в состав специальной эмали, предназначенной для захоронения высокоактивных ядерных отходов, содержащих плутоний.
Применяется в термоядерной энергетике.
При облучении нуклида 6Li тепловыми нейтронами получается радиоактивный тритий 3H:
Благодаря этому литий-6 может применяться как замена радиоактивного, нестабильного и неудобного в обращении трития как в военных (термоядерное оружие), так и в мирных (управляемый термоядерный синтез) целях. В термоядерном оружии обычно применяется дейтерид лития-6 6LiD.
Перспективно также использование лития-6 для получения гелия-3 (через тритий) с целью дальнейшего использования в дейтерий-гелиевых термоядерных реакторах.
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) служит эффективным теплоносителем. Фторид лития-7 в сплаве с фторидом бериллия (66 % LiF + 34 % BeF2) носит название «флайб» (FLiBe) и применяется как высокоэффективный теплоноситель и растворитель фторидов урана и тория в высокотемпературных жидкосолевых реакторах, и для производства трития.
Соединения лития, обогащенные по изотопу лития-7, применяются на реакторах PWR для поддержания водно-химического режима, реакторах PWR (гидрооксид лития), а также в деминерализаторе первого контура. Ежегодная потребность США оценивается в 200—300 кг, производством обладают лишь Россия и Китай[16].
Высокогигроскопичные бромид LiBr и хлорид лития LiCl применяются для осушения воздуха и других газов.
Соли лития обладают нормотимическими и другими лечебными свойствами. Поэтому они находят применение в медицине.
Стеарат лития («литиевое мыло») используется в качестве высокотемпературной смазки. См.: литол.
Гидроксид лития LiOH, пероксид Li2O2 применяются для очистки воздуха от углекислого газа; при этом последнее соединение реагирует с выделением кислорода (например, 2Li2O2 + 2CO2 → 2Li2CO3 + O2), благодаря чему используется в изолирующих противогазах, в патронах для очистки воздуха на подлодках, на пилотируемых космических аппаратах и т. д.
Литий и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия фарфоровых изделий.
Соединения лития используются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической (изготовление косметики).
Весьма перспективно использовать литий в качестве наполнителя поплавка батискафов — этот металл имеет плотность, почти в два раза меньшую, чем вода (точнее, 534 кг/м³), это значит, что один кубический метр лития может удерживать на плаву почти на 170 кг больше, чем один кубический метр бензина. Однако литий — щелочной металл, активно реагирующий с водой, следует каким-то образом надёжно разделить эти вещества, не допустить их контакта[17].
Литий в небольших количествах необходим организму человека (порядка 100 мкг/день для взрослых). Преимущественно в организме находится в щитовидной железе, лимфоузлах, сердце, печени, легких, кишечнике, плазме крови, надпочечниках.
Литий принимает участие в важных процессах:
Препараты лития широко используются в терапии психических расстройств.
Выделяется литий преимущественно почками.
По состоянию на конец 2007 — начало 2008 года цены на металлический литий (чистота 99 %) составляли 63—66 $ за 1 кг.
| литий в Викисловаре? | |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||||||||||||||||||||||||||
| 1 | H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||||||||||||||
| 5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||||||||||||||
| 6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | ||||||||||||
| 7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Uut | Fl | Uup | Lv | Uus | Uuo | ||||||||||||
| 8 | Uue | Ubn | Ubu | Ubb | Ubt | Ubq | Ubp | Ubh | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Рлектрохимический СЂСЏРґ активности металлов | |
|---|---|
| Соединения лития | |
|---|---|
|
РђР·РёРґ лития (LiN3) • Алюминат лития (LiAlO2) • Алюмогидрид лития (LiAlH4) • РђРјРёРґ лития (LiNH2) • Ацетат лития (CH3COOLi) • Ацетиленид лития (Li2C2) • Бензиллитий (LiРЎH2РЎ6H5) • Бензоат лития (C6H5COOLi) • Бромат лития (LiBrO3) • Бромид лития (LiBr) • Гексафторфосфат лития (LiPF6) • Гидрид лития (LiH) • Гидрокарбонат лития (LiHCO3) • Гидроксид лития (LiOH) • Гидроортофосфат лития (Li2HPO4) • Гидросульфат лития (LiHSO4) • Гидросульфид лития (LiHS) • Гидрофторид лития (LiHF2) • Дигидроортофосфат лития (LiH2PO4) • Дисульфит лития (Li2S2O5) • Дихромат лития (Li2Cr2O7) • Р�РјРёРґ лития (Li2NH) • Р�одат лития (LiIO3) • Р�РѕРґРёРґ лития (LiI) • Карбид лития (Li2РЎ2) • Карбонат лития (Li2CO3) • Метагерманат лития (Li2GeO3) • Метасиликат лития (Li2SiO3) • Метафосфат лития (LiPO3) • Метиллитий (LiРЎH3) • Нитрат лития (LiNO3) • Нитрид лития (Li3N) • Нитрит лития (LiNO2) • Оксалат лития (Li2C2O4) • РћРєСЃРёРґ лития (Li2O) • Ортофосфат лития (Li3PO4) • Пербромат лития (LiBrO4) • Пероксид лития (Li2O2) • Пероксомоносульфат лития (Li2SO5) • Персульфат лития (Li2S2O8) • Перхлорат лития (LiClO4) • Силицид лития (Li6Si2) • Сорбат лития (C6H7LiO2) • Сульфат лития (Li2SO4) • Сульфид лития (Li2S) • Сульфит лития (Li2SO3) • Тетрагидридоалюминат лития (Li[AlH4]) • Тетрагидридоборат лития (Li[BH4]) • Тиоцианат лития (LiSCN) • Фениллитий (LiРЎ6H5) • Формиат лития (HCOOLi) • Фталимид лития • Фторид лития (LiF) • Хлорат лития (LiClO3) • Хлорид лития (LiCl) • Хромат лития (Li2CrO4) • Цианат лития (LiOCN) • Цианид лития (LiCN) • Цианоаурат лития (Li[Au(CN)2]) • Цитрат лития (Li3C6H5O7) • Ртиллитий (LiРЎ2H5) • |
|
||||||||||||
Tags: Литий число нейтронов в изотопе, литий металл или неметалл, литий углекислый производитель.
