Літій - властивості хімічних елементів

Літій (лат. Lithium), Li, хімічний елемент I групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 3, атомна маса 6,941, відноситься до лужних металів. Природний Літій складається з двох стабільних ізотопів - 6 Li (7,42%) і 7 Li (92,58%). Літій був відкритий в 1817 році шведським хіміком А. Арфведсоном в мінералі петаліте; назва від грец. lithos - камінь. Металевий Літій вперше отриманий в 1818 році англійським хіміком Г. Деві.

Фізичні властивості Літія. Компактний літій сріблясто-білий метал, швидко покривається темно-сірим нальотом, що складається з нітриду LiaN і оксиду Li2 O. При звичайній температурі Літій кристалізується в кубічної об'ємно-центрованої решітці, а = 3,5098 Å. Атомний радіус 1,57 Å, Іонний радіус Li + 0,68 Å. Нижче -195 ° С решітка Літія гексагональная щільноупакована. Літій - найлегший метал; щільність 0,534 г / см 3 (20 ° С); tпл 180,5 ° С, t кип. 1317 ° С. Питома теплоємність (при 0-100 ° С) 3,31 · 10 3 Дж / (кг · К), тобто 0,790 кал / (г · град); термічний коефіцієнт лінійного розширення 5,6 · 10 -5. Питомий електричний опір (20 ° С) 9,29 · 10 -4 ом · м (9,29 мком · см); температурний коефіцієнт електричного опору (0-100 ° С) 4,50 · 10 -3. Літій парамагнитен. Метал дуже пластичний і в'язок, добре обробляється пресуванням і плющенням, легко протягується в дріт. Твердість по Моосу 0,6 (твердіше, ніж Na і К), легко ріжеться ножем. Тиск закінчення (15-20 ° С) 17 Мн / м 2 (1,7 кгс / мм 2). Модуль пружності 5 Гн / м 2 (500 кгс / мм 2), межа міцності при розтягуванні 116 Мн / м 2 (11,8 кгс / мм 2), відносне подовження 50-70%. Пари Літію забарвлюють полум'я в карміново-червоний колір.

Хімічні властивості Літія. Конфігурація зовнішньої електронної оболонки атома Літію 2s 1; у всіх відомих з'єднаннях він одновалентен. При взаємодії з киснем або при нагріванні на повітрі (горить блакитним полум'ям) Літій утворює оксид Li2 О (пероксид Li2 O2 виходить тільки непрямим шляхом). З водою реагує менш енергійно, ніж інші лужні метали, при цьому утворюються гідроксид LiOH і водень. Мінеральні кислоти енергійно розчиняють Li (стоїть першим у ряді напруг, його нормальний електродний потенціал - 3,02 в).

Літій з'єднується з галогенами (з йодом при нагріванні), утворюючи галогеніди (найважливіший - хлорид літію). При нагріванні з сіркою Літій дає сульфід Li2 S, а з воднем - гідрид літію. З азотом Літій поволі реагує вже при кімнатній температурі, енергійно - при 250 ° С з утворенням нітриду Li2 N. З фосфором Літій безпосередньо не взаємодіє, але в спеціальних умовах можуть бути отримані Фосфіди. Нагрівання Літія з вуглецем призводить до отримання карбіду Li2 C2. скремніем- силіциду Літія. Бінарні сполуки Літій - Li2 О, LiH, Li3 N, Li2 C2. LiCl і інші, а також LiOH досить реакційноздатні; при нагріванні або плавленні вони руйнують багато металів, фарфор, кварц та інші матеріали. Карбонат, фторид LiF, фосфат Li3 PO4 та інші сполуки Літія за умовами освіти і властивостями близькі до відповідних похідних магнію і кальцію.

Літій утворює численні литийорганические з'єднання, що визначає його велику роль в органічному синтезі.

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

Отримання Літія. З'єднання Літія виходять в результаті гідрометалургійної переробки концентратів - продуктів збагачення літієвих руд. Основний силікатний мінерал - сподумен переробляють по вапняному, сульфатному і сернокислотному методам. В основі першого - розкладання сподумена вапняком при 1150- 1200 ° С:

При вилуговуванні спека водою в присутності надлишку вапна алюмінат Літію розкладається з утворенням гідроксиду Літія:

За сульфатному методу сподумен (і інші алюмосилікати) спекают з сульфатом калію:

Сульфат Літія розчиняють у воді і з його розчину содою облягають карбонат Літія:

За сернокислотному методу також отримують спочатку розчин сульфату Літію, а потім карбонат Літія; сподумен розкладають сірчаною кислотою при 250-300 ° С (реакція застосовна тільки для β-модифікації сподумена):

Металевий Літій отримують електролізом розплавленої суміші хлоридів Літія і калію при 400-460 ° С (вагове співвідношення компонентів 1: 1). Електролізних ванни футеруются магнезитом, алунд, МУЛЛИТО, тальком, графітом і інших матеріалами, стійкими до розплавленого електроліту; анодом служать графітові, а катодом - залізні стрижні. Чернової металевий Літій містить механічні включення і домішки (К, Mg, Ca, Аl, Si, Fe, але головним чином Na). Включення віддаляються переплавкою, домішки - рафинированием при зниженому тиску. В даний час велика увага приділяється металотермічним методам отримання Літія.

Застосування Літія. Найважливіша область застосування Літія - ядерна енергетика. Ізотоп 6 Li - єдиний промисловий джерело для виробництва тритію по реакції:

Перетину захоплення теплових нейтронів (σ) ізотопами Літія суттєво різняться: 6 Li 945, 7 Li 0,033; для природної суміші 67 (в барнах); це важливо в зв'язку з технічним застосуванням Літія - при виготовленні регулюючих стрижнів в системі захисту реакторів. Рідкий Літій (у вигляді ізотопу 7 Li) використовується в якості теплоносія в уранових реакторах. Розплавлений 7 LiF застосовується як розчинник з'єднань U і Th в гомогенних реакторах. Найбільшим споживачем з'єднань Літія є силікатна промисловість, в якій використовують мінерали Літія, LiF, Li2 CO3 і багато хто спеціально одержувані з'єднання. У чорній металургії Літій, його з'єднання і сплави широко застосовують для розкислення, легування і модифікування багатьох марок сплавів. У кольоровій металургії літієм обробляють сплави для отримання оптимальної структури, пластичності і високої межі міцності. Добре відомі алюмінієві сплави, що містять всього 0,1% Літія, - аерон і склерон; крім легкості, вони мають високу міцність, пластичність, стійкість проти корозії і дуже перспективні для авіабудування. Добавка 0,04% Літія до свинцево-кальцієвих підшипниковий сплавів підвищує їх твердість і знижує тертя. З'єднання Літія використовуються для отримання пластичних мастил. За значущістю в сучасній техніці літій один з найважливіших рідкісних елементів.

Літій в організмі. Літій постійно входить до складу живих організмів, однак його біологічна роль з'ясована недостатньо. Встановлено, що у рослин Літій підвищує стійкість до хвороб, підсилює фотохимическую активність хлоропластів в листі (томати) і синтез нікотину (тютюн). Здатність концентрувати Літій найсильніше виражена серед морських організмів у червоних і бурих водоростей, а серед наземних рослин - у представників сімейства Ranunculaceae (василистник, жовтець) і сімейства Solanaceae (дереза). У тварин Літій концентрується головним чином в печінці і легенях.