тий (CAS-номер: 7439-93-2) — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.
1. История и происхождение названия
Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом А. Арфведсоном сначала в минерале петалите (Li,Na)[Si 4 AlO10 ], а затем в сподумене LiAl[Si2 O6 ] и в лепидолите KLi1.5 Al1.5 [Si3 AlO10 ](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.
2. Нахождение в природе
2.1. 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 [2] .
Основные минералы лития — слюда лепидолит — KLi 1,5 Al1,5 [Si3 AlO10 ] (F, OH)2 и пироксен сподумен — LiAl [Si2 O6 ]. 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.
2.2. Месторождения
Месторождения лития известны в России, Боливии, Аргентине, Мексике, Афганистане, Чили, США, Канаде, Бразилии, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве, Конго [3] .
3. 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 K2 SO4 (солевой способ), а затем выщелачивают водой. В любом случае из полученного раствора выделяют плохо растворимый карбонат лития Li2 CO3 , который затем переводят в хлорид LiCl. Электролиз расплава хлорида лития проводят в смеси с KCl или BaCl2 (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси).
Совершенствование механизма принятия решений при освоении проекта ...
... месторождений нефти и газа с использованием информационных технологий. Предмет исследования — рынок разработки нефтегазовых месторождений. Объект исследования - механизм принятия решений при разработке проекта разработки нефтегазовых месторождений. ... и эффективность геологоразведочных работ, можно ... европе наиболее крупные залежи сланцевого газа объемом ... году превышала 9/10. Затем начался второй этап ...
2LiCl = 2Li + Cl 2
В дальнейшем полученный литий очищают методом вакуумной дистилляции.
4. Физические свойства
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), которая при холодной обработке переходит в кубическую плотноупакованную решётку, где каждый атом, имеющий двойную кубооктаэдрическую координацию, окружён 12 другими. Ниже 78 К устойчивой кристаллической формой является гексагональная плотноупакованная структура, в которой каждый атом лития имеет 12 ближайших соседей, расположенных в вершинах кубооктаэдра.
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.
5. 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 Li2 CO3 . В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li2 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.
6. Изотопы лития
Природный литий состоит из двух стабильных изотопов: 6 Li (7,5 %) и 7 Li (92,5 %); в некоторых образцах лития изотопное соотношение может быть сильно нарушено вследствие природного или искусственного фракционирования изотопов. Это следует иметь в виду при точных химических опытах с использованием лития или его соединений. У лития известны 7 искусственных радиоактивных изотопов и два ядерных изомера (4 Li − 12 Li и 10m1 Li − 10m2 Li соответственно).
Наиболее устойчивый из них, 8 Li, имеет период полураспада 0,8403 с. Экзотический изотоп 3 Li (трипротон), по-видимому, не существует как связанная система.
7 Li является одним из немногих изотопов, возникших при первичном нуклеосинтезе (то есть вскоре после Большого Взрыва).
Образование элемента лития в звездах возможно по ядерной реакции «скалывания» более тяжелых элементов.
7. Применение
7.1. Термоэлектрические материалы
Сплав сульфида лития и сульфида меди — эффективный полупроводник для термоэлектропреобразователей (ЭДС около 530 мкВ/К).
7.2. Химические источники тока
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/na-temu-metall-litiy/
Из 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).
7.3. Ракетное топливо
Теоретические характеристики ракетных топлив, образованных литием с различными окислителями.
| 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 % |
| 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 O4 | 239,7 сек | 3006 °C | 0,795 | 2602 м/сек | 48 % |
| Азотная кислота | 240,2 сек | 3298 °C | 0,853 | 2688 м/сек | 42 % |
7.4. 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.
7.5. Окислители
Перхлорат лития используют в качестве окислителя.
7.6. Дефектоскопия
Сульфат лития используют в дефектоскопии.
7.7. Пиротехника
Нитрат лития используют в пиротехнике.
7.8. 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.
7.9. Электроника
Триборат лития-цезия используется как оптический материал в радиоэлектронике. Кристаллические ниобат лития LiNbO 3 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.
7.10. 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.
7.10.1. 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 ] ).
7.10.2. Легирование 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).
7.11. Ядерная энергетика
Изотопы 6 Li и 7 Li 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.
7.11.1. 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.
7.11.2. 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.
7.12. Сушка газов
Высокогигроскопичные бромид LiBr и хлорид лития LiCl применяются для осушения воздуха и других газов.
7.13. Медицина
Соли лития обладают нормотимическими и другими лечебными свойствами. Поэтому они находят применение в медицине.
7.14. Смазочные материалы
Стеарат лития («литиевое мыло») используется в качестве высокотемпературной смазки. См.: литол.
7.15. Регенерация кислорода в автономных аппаратах
Гидроксид лития LiOH, пероксид Li 2 O2 и супероксид LiO2 применяются для очистки воздуха от углекислого газа; при этом последние два соединения реагируют с выделением кислорода (например, 4LiO2 + 2CO2 → 2Li2 CO3 + 3O2 ), благодаря чему они используются в изолирующих противогазах, в патронах для очистки воздуха на подлодках, на пилотируемых космических аппаратах и т. д.
7.16. Силикатная промышленность
Литий и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия фарфоровых изделий.
7.17. Прочие области применения
Соединения лития используются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической (изготовление косметики).
8. Цены
По состоянию на конец 2007 — начало 2008 года цены на металлический литий (чистота 99 %) составляли 63-66 USD за 1 кг [4] .
9. Интересные факты
Литий — самый легкий металл. Он всплывает, например, в керосине [5] .
Примечания
Литература
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/na-temu-metall-litiy/
- Плющев В. Е., Степин Б. Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия.- М.-Л.: Химия, 1970.- 407 с
Данный реферат составлен на основе .
