Литий (от греч. lithos — камень) — химический элемент I группы периодической системы Д. И. Менделеева, порядковый номер 3, атомная масса 6,941, относится к щелочным металлам. В природе встречается два стабильных изотопа: 6 Li (7,42%) и 7 Li (92,58%).
Открыт шведским учёным Ю. А. Арведсоном в 1817 году в минерале петалите, а металлический литий был впервые получен в 1818 году английским учёным Г. Дэви.
Li — серебристо белый металл, кристаллизуется в кубической объемно-центрической решётке, а=0,35098 н. м. Ниже -195 0 С стабильная гексагональная модификация. Литий — самый лёгкий металл. Плотность 539 кг/м3 (200 С); tпл. 180,50 С; tкип. 13400 С; коэффициент теплопроводности 70,8 Вт/м. К; удельная теплоёмкость 3,31. 103 Дж/кг. К; удельное электрическое сопротивление 9,29. 10-8 Ом. м; температурный коэффициент электрического сопротивления 4,50. 10-3 К-1 ; температурный коэффициент линейного расширения 5,6. 10-5 К-1 ; твёрдость по Моосу 0,6; модуль упругости 5 ГПа; предел прочности при растяжении 116 МПа; относительное удлинение 50-70%.
Проявляет степень окисления +1. На воздухе покрывается плёнкой Li 3 N и Li2 O, при нагревании горит голубым пламенем. Известен также пероксид Li2 O2 . С водой реагирует с образованием гидроксида LiOH и водорода. Литий взаимодействует с галогенами, водородом, серой и т. д., даёт соответственно гомогениды, гидрид, сульфид и т. д. В специфических условиях могут быть получены различные фосфиды. Эти соединения и гидроксид очень реакционно способны. Растворяясь в неорганических кислотах, литий даёт соли. Литий образует многочисленные литийорганические соединения. Известны твёрдые растворы лития с некоторыми металлами (Mg, Zn, Al), а со многими другими он образует интерметаллические соединения (например, LiAg, LiHg).
Попадая в организм, литий вызывает слабость, головокружение, сонливость, потерю аппетита.
Среди распространённых в земной коре элементов, литий занимает 3,2 . 10-3 %. При дифференциации магматических расплавов, литий накапливается в наиболее поздних продуктах — пегматитах. При выветривании литий захватывается глинами, его сравнительно мало в Мировом океане. Кларк лития в океанической воде 1,5. 10-5 . Установлено 28 минералов лития, среди них наиболее распространены сподумен, петалит, лепидолит, амблигонит. Близость ионных радиусов Li, Mg, Fe позволяет литию изоморфно входить в решётки железомагнезиальных силикатов.
Ртуть и ее соединение
... металла из различных соединений и объясняет частые случаи нахождения ртути в природе в самородном состоянии. На воздухе ртуть ... ртутного термометра, опыты Паскаля по изучению атмосферного давления, ... Н. Бора, создание вакуум-насоса Ленгмюром и другое. Пары ртути ... т. е. с позиций токсикологии - науки о ядах) наиболее токсичными из металлоорганических соединений ртути являются алкилртутные соединения ...
В биосфере литий играет меньшую роль, чем натрий, калий.
Металлический литий получают электролизом расплавленной смеси хлоридов лития и калия при 400-460 0 С, с последующей очисткой от примесей вакуумной дистилляцией, ректификацией или зонной плавкой. Важнейшая область использования лития — ядерная энергетика (изготовление регулирующих стержней в системе защиты реакторов).
Жидкий 7 Li применяется в качестве теплоносителя в ядерных реакторах. В металлургии литий используют для получения на основе Mg и Al литийсодержащих сплавов; его добавление улучшает пластичность, повышает прочность, устойчивость к коррозии.
Содержание лития в кристаллических горных породах составляет 1,8·10 –3 % по массе, что косвенно отражает относительное малую распространенность элемента во Вселенной. На Земле он имеет почти такую же распространенность как галлий (1,9·10–3 %) и ниобий (2,0·10–3 %).
Промышленные месторождения минералов лития есть на всех континентах. Наиболее важным минералом является сподумен, большие месторождения которого имеются в США, Канаде, Бразилии, Аргентине, странах СНГ, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве и Конго.
Почти всю мировую добычу минералов лития контролируют три главных компании – Sons of Gwalia (Австралия), Tanco (Канада) и Bikita Minerals (Зимбабве).
Добыча минералов лития за период 1994–2000 увеличилась с 6300 до 11 900 т. в год. При этом 50% мировых мощностей по добыче сподумена, лепидолита и других литиевых минералов в последние годы простаивает. Таким образом, есть необходимые резервы для наращивания объемов выпуска литиевой продукции и дефицит лития потребителям не грозит.
Содержание лития в большинстве коммерческих руд составляет 1–3%. Оно может быть увеличено флотацией до 4–6%.
Для получения нужных соединений лития сподумен нагревают до ~1100 С, а затем промывают серной кислотой при 250 С и выщелачивают образовавшийся сульфат лития водой. Действием карбоната натрия или хлороводорода его переводят в карбонат или хлорид, соответственно. Другим способом хлорид может быть получен прокаливанием промытой руды с известняком (карбонатом кальция) при 1000 С с последующим выщелачиванием водой в виде гидроксида лития и действием хлороводорода. В США также широко используется добыча соединений лития из природных рассолов.
Потребление минералов лития распределяется следующим образом: 25% используют заводы по производству огнеупорных изделий, 20% идет в производство специальных сортов стекол, столько же – на изготовление керамических изделий и глазурей, 12% потребляет собственно химическая промышленность, 10% – металлургическая, 5% литиевых минералов используется в производстве стекловолокна и 8% идет на нужды других отраслей. К областям специального применения относится растущий рынок сегнетоэлектриков, таких как танталат лития, для модулирования лазерных лучей. Предполагается, что в будущем будет резко расти спрос на металл и его соли в производстве литиевых батарей, используемых в мобильных телефонах и переносных компьютерах (в 1990-х темпы роста составляли 20–30% в год).
Щелочные металлы
Литий, натрий и калий легче воды и плавают на её поверхности, реагируя с ней. Щелочные металлы встречаются в природе в форме соединений, содержащих однозарядные катионы. Многие минералы содержат в ... в таблицах. Учебное пособие. — М .: Высший химический колледж РАН, 1997. Примечания Данный реферат составлен на основе .
В то же время будет падать потребление карбоната лития в алюминиевой промышленности, где новые технологии вообще не предусматривают использование этой соли.
2. Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического лития
Литий – серебристо-белый металл, мягкий и пластичный, тверже натрия, но мягче свинца. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой.
При комнатной температуре металлический литий имеет кубическую объемноцентрированную решетку (координационное число 8), которая при холодной обработке переходит в кубическую плотноупакованную решетку, где каждый атом, имеющий двойную кубооктаэдрическую координацию, окружен 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° С, соответственно), у него самая низкая плотность при комнатной температуре среди всех металлов (0,533 г/см 3 ).
В 1818 немецкий химик Леопольд Гмелин (Gmelin Leopold) (1788–1853) установил, что соли лития окрашивают бесцветное пламя в карминово-красный цвет.
Маленькие размеры атома лития приводят к появлению особых свойств металла. Например, он смешивается с натрием только ниже 380° С и не смешивается с расплавленными калием, рубидием и цезием, в то время как другие пары щелочных металлов смешиваются друг с другом в любых соотношениях.
В целом, литий менее реакционноспособен, чем его аналоги. В то же время он намного легче других щелочных металлов реагирует с азотом, углеродом, кремнием и этим напоминает магний. Литий легко вступает в прямую реакцию с азотом с образованием нитрида Li 3 N (ни один другой щелочной металл не обладает этим свойством).
Эта реакция, хотя и медленно, идет уже при комнатной температуре, а при 250° C ход ее значительно ускоряется. При сжигании литий образует оксид Li2 O (с примесью пероксида Li2 O2 ),
С водой литий реагирует с образованием гидроксида и выделением водорода. Литий растворяется в жидком аммиаке, образуя синий раствор с металлической проводимостью. Если сравнить молярные отношения, то он почти на 50% более растворим, чем натрий (15,66 и 10,93 моль на килограмм NH 3 , соответственно).
В таком растворе литий медленно реагирует с аммиаком с выделением водорода и образованием амида LiNH2 .
Потенциал восстановления для лития (–3,045 В) на первый взгляд кажется аномальным, так как он ниже, чем у других щелочных элементов. Это связано с тем, что катиону лития, имеющему наименьший радиус, соответствует максимальная энергия гидратации, что делает образование гидратированного катиона энергетически более выгодным по сравнению с другими щелочными металлами.
В значительных количествах металлический литий первыми выделили в 1855 (независимо друг от друга) немецкий химик Роберт Бунзен и англичанин О.Матиссен. Как и Дэви, они получали литий электролизом, только электролитом в их опытах служил расплав хлорида лития. Первое промышленное производство лития было налажено в Германии в 1923. Металлический литий и сейчас получают электролизом расплавленной смеси 55% хлорида лития и 45% хлорида калия при ~450° С. Выделяющийся на аноде хлор – ценный побочный продукт.
Щелочные металлы (2)
... элемент, щелочной металл. Однако от остальных щелочных металлов литий отличает небольшой размер атома и иона; литий по свойствам напоминает также магний. Для лития ... свойства щелочные металлы В чистом виде элементы I группы – легкие, мягкие, блестящие металлы, быстро тускнеющие на ... классов органических соединений. Простое вещество литий В виде простого вещества литий – мягкий серебристо-белый металл ...
Для получения лития иногда применяют и восстановление другими элементами, образующими устойчивые оксиды:
2Li 2 O + Si = SiO2 + 4Li
Сегодня в мире производится более 1000 т лития в год.
Металлический литий был впервые использован в коммерческих целях в 1920-е в виде сплава со свинцом для изготовления подшипников. Сейчас он применяется в производстве высокопрочных легких алюминиевых сплавов для строительства самолетов. С магнием литий образует чрезвычайно легкие сплавы, используемые для изготовления бронированных пластин и элементов космических объектов. Например, сплав, содержащий 14% лития, 1% алюминия и 85% магния, имеет плотность 1,35 г см –3 .
Литий стал эффективным средством для удаления из расплавленных металлов растворенных в них газов. Небольшими добавками лития легируют чугун, бронзы, монель-металл (сплав, выплавляемый из медно-никелевых руд), а также сплавы на основе магния, алюминия, цинка, свинца и некоторых других металлов.
Мелкодисперсный элементарный литий намного ускоряет реакцию полимеризации изопрена. Расплавленный металлический литий-7, имеющий малое сечение захвата тепловых нейтронов, используется в качестве теплоносителя в ядерных реакторах.
В будущем, возможно, перспективными источниками электроэнергии станут системы из батарей Li/FeS x . Эти батареи похожи на обычные свинцовые кислотные батареи наличием твердых электродов (отрицательный из сплава Li/Si, положительный из FeSx ) и жидкого электролита (расплав LiCl/KCl при 400° С).
3. Свойства лития
В 1967 году литий — элемент Периодической системы Д. И. Менделеева, стоящий в таблице первым среди металлов, отмечал 150-летие со дня открытия. Свой юбилей металл встретил в расцвете сил: деятельность его в технике интересна и многогранна. Тем не менее специалисты считают, что элемент отнюдь не раскрыл еще полностью свои возможности, и предсказывают ему большое будущее. Но давайте совершим экскурс в прошлое столетие — заглянем в тихую лабораторию шведского химика Арфведсона. Итак: Швеция, 1817 год.
-..Вот уже который день ученый анализирует минерал петалит LiAl(Si 4 O10 ), найденный на руднике Уто близ Стокгольма. Снова и снова проверяет он результаты анализа, но каждый раз сумма всех компонентов оказывается равной 96%. Где же теряются 4%? А что, если…? Да, сомнений нет: в минерале содержится какой-то неизвестный доселе элемент. Арфведсон проводит опыт за опытом, и вот, наконец, цель достигнута: открыт новый щелочной металл. А поскольку, в отличие от своих близких «родственников» — калия и натрия, впервые обнаруженных в органических продуктах, новичок был найден в минерале, ученый решает назвать его литием («литеос» по-гречески — камень).
Вскоре Арфведсон находит элемент и в других минералах, а известный шведский химик Берцелиус обнаруживает его в минеральных водах Карлс-бада и Мариенбада. Кстати, и в наши дни широкой известностью пользуются источники курорта Виши во Франции, которые благодаря присутствию солей лития обладают высокими бальнеологическими свойствами.
Магний и его сплавы
... сам. В то же время у элемента первой группы системы Д.И.Менделеева лития, наоборот, растворимость магния достигает 5,7%. Магний в литии растворяется еще больших количествах. В указанных ... в алюминиевых сплавах, как восстановитель при магниетермическом получении металлов (титана, циркония и т.п.), в производстве высокопрочного “магниевого” чугуна со включенным графитом. Другие соединения магния - ...
В 1855 году немецкому химику Бунзену и независимо от него английскому физику Матиссену электролизом расплавленного хлорида лития удалось получить чистый литий. Он оказался мягким серебристо-белым металлом, почти вдвое легче воды. В этом отношении литий не знает конкурентов среди металлов: алюминий тяжелее его в 5 раз, железо—в 15, свинец—в 20, а осмий—в 40 раз!
Даже при комнатной температуре литий энергично реагирует с азотом и кислородом воздуха. Попробуйте оставить кусочек лития в стеклянном сосуде с притертой пробкой. Металл поглотит весь имеющийся там воздух, в сосуде возникнет вакуум и атмосферное давление так крепко «припечатает» пробку, что вам вряд ли удастся ее вытащить. Поэтому хранить литий очень не просто. Если натрий, например, можно легко упрятать в керосин или бензин, то для лития такой способ неприемлем — он тут же всплывает и загорается. Чтобы сохранить литиевые прутки, их обычно вдавливают в ванну с вазелином или парафином, которые обволакивают металл и не позволяют ему проявлять свои реакционные наклонности.
Еще более активно литий соединяется с водородом. Небольшое количество металла может связать колоссальные объемы этого газа: в 1 килограмме гидрида лития содержится 2800 литров водорода! В годы второй мировой войны таблетки гидрида лития (соединение его с водородом) служили американским летчикам портативными источниками водорода, которыми они пользовались при авариях над морем: под действием воды таблетки моментально разлагались, наполняя водородом спасательные средства — надувные лодки, жилеты, сигнальные шары-антенны.
Чрезвычайно высокая способность соединений лития поглощать влагу обусловила их широкое применение для очистки воздуха на подводных лодках, в авиационных респираторах, в системах кондиционирования воздуха.
Первые попытки промышленного использования лития относятся к началу нашего века. До этого в течение почти ста лет его применяли главным образом в медицине как антиподагрическое средство.
Во время первой мировой войны Германия испытывала крайнюю нужду в олове, весьма необходимом промышленности. Поскольку своим оловянным сырьем страна не располагала, ученым пришлось срочно искать замену этому металлу. С помощью лития проблему удалось успешно решить: сплав свинца с литием («бан-металл») оказался отличным антифрикционным материалом. С этого момента техника не расстается с литиевыми сплавами. Известны сплавы лития с алюминием, бериллием, медью, цинком, серебром и другими элементами. Особенно широкие перспективы открываются перед сплавами лития с другим металлом-легковесом — магнием, обладающим к тому же ценными конструкционными свойствами: ведь такой сплав, если в нем содержится не более 50% магния, легче воды. Уже удалось выплавить некоторые сплавы подобного состава. К сожалению, они не устойчивы — легко окисляются на воздухе. Ученые работают сейчас над созданием композиции и технологии получения сплава, которые обеспечили бы ему долговечность. На выставках уже были представлены образцы литиймагниевого сплава, не тускнеющего от времени.
Высокая реакционная способность лития, низкая температура плавления, малая плотность его соединений делают элемент прекрасным дегазатором, раскислителем и модификатором в черной и цветной металлургии.
«Медь и ее соединения»
... углерода, водорода и азота в органических соединениях [7]. Гидроксид меди (II) Cu(OH) 2 Студнеобразный синий осадок, образующийся при обработке на холоду растворов солей меди (II) щелочами. Мало растворим в воде. ...
В производстве алюминия литий успешно выступает в роли ускорителя процесса. Добавка его соединений к электролиту увеличивает производительность алюминиевого электролизера. При этом снижается необходимая температура ванны, сокращается расход электроэнергии.
Прежде электролит щелочных аккумуляторов состоял только из растворов едкого натра. При введении в него нескольких граммов гидроокиси лития LiOH срок службы аккумулятора возрастает втрое. Кроме того, значительно расширяется температурный диапазон его действия: он не разряжается даже при повышении температуры до 40°С и не замерзает при двадцатиградусных морозах. Безлитиевому электролиту эти испытания не под силу. В настоящее время литиевые батареи получили широкое распространение. Запас энергии у этих батарей в 6-7 раз больше, чем у их цинковых «предшественниц».
Некоторые органические соединения лития (стеарат, пальмиат и др.) сохраняют свои физические свойства в широком интервале температур. Это позволяет использовать их как основу для смазочных материалов, применяемых в военной технике. Смазка, в состав которой входит литий, помогает вездеходам, работающим в Антарктиде, совершать рейды в глубь континента, где морозы порой достигают — 60°С. Литиевая смазка — надежный помощник автомобилистов.
Ученые установили, что ядра изотопа лития-6 могут быть легко разрушены нейтронами. Поглощая нитрон, ядро лития становится неустойчивым и распадается в результате чего образуются два новых атома: легкого инертного газа гелия и редчайшего сверхтяжелого водорода – трития 3 6 Li + 0 1 n ® 1 3 H + 2 4 He. При очень высоких температурах атомы трития и другого изотопа водорода — дейтерия объединяются. Этот процесс сопровождается выделением колоссального количества энергии, называемой обычно термоядерной.
Особенно энергично термоядерные реакции протекают при бомбардировке нейтронами соединения изотопа лития-6 с дейтерием — дейтерида лития. Это вещество служит ядерным горючим в литиевых реакторах, которые обладают рядом преимуществ по сравнению с урановыми: литий значительно доступней и дешевле урана, при реакции не образуется радиоактивных продуктов деления, процесс легче регулируется.
Относительно высокая способность лития-6 захватывать медленные нейтроны легла в основу использования его в качестве регулятора интенсивности реакций, протекающих и в урановых реакторах. Благодаря этому свойству изотоп нашел применение также в защитных экранах против радиации, в атомных батареях с большим сроком службы. Не исключено, что в скором времени литий-6 станет работать поглотителем медленных нейтронов на атомных летательных аппаратах.
Подобно некоторым другим щелочным металлам, литий применяют как теплоноситель в ядерных установках. Здесь можно использовать его менее дефицитный изотоп—литий-7 (в природном литии на его долю приходится около 93%).
Этот изотоп, в отличие от своего более легкого «брата», не может служить сырьем для производства трития и поэтому не представляет интереса для термоядерной техники. Но с ролью теплоносителя он справляется вполне успешно. В этом ему помогают высокая теплоемкость и теплопроводность, большой температурный интервал жидкого состояния (180—1336°С), незначительная вязкость, малая плотность.
Алюминий и основные его соединения
... соединения алюминия:а – боксит; б – корунд; в – рубин; г – сапфир. Основные области применения алюминия и его сплавов Алюминий ... в природе и применение Алюминий – третий по распространённости элемент после кислорода и кремния ... соединении щелочных и щелочноземельных металлов, может быть получена β – разновидность оксида алюминия. Исследованиями ... °С; в присутствии оксида лития γ–Al2 O3 превращается в ...
В последнее время серьезные права на литий начинает предъявлять ракетная техника. Много энергии необходимо затратить, чтобы преодолеть силы земного тяготения и вырваться в космические просторы. Ракета, которая вывела на орбиту корабль-спутник с первым в мире космонавтом Юрием Гагариным, имела шесть двигателей общей мощностью 20 миллионов лошадиных сил! Это мощность двадцати таких гидроэлектростанций, как Днепрогэс.
Естественно, что выбор ракетного топлива представляет собой проблему исключительной важности. Пока наиболее эффективным горючим считается керосин (да-да, добрый старый керосин!), окисляемый жидким кислородом. Теплотворность этого топлива составляет 2300 килокалорий на килограмм. (Для сравнения укажем, что при взрыве 1 килограмма нитроглицерина—одного из сильнейших взрывчатых веществ — выделяется лишь 1480 килокалорий тепла.) Отличные перспективы может иметь применение металлического горючего. Теорию и методику использования металлов в качестве топлива для ракетных двигателей впервые разработали еще несколько десятилетий назад замечательные советские ученые Ю. В. Кондратюк и Ф. А. Цандер. Одним из наиболее подходящих для этой цели металлов является литий. При сгорании 1 килограмма этого металла выделяется 10270 килокалорий! Большей теплотворностью может похвастать лишь бериллий. В США опубликованы патенты на твердое ракетное топливо, содержащее 51— 68% металлического лития.
В процессе работы ракетных двигателей литий выступает против… лития. Являясь компонентом горючего, он позволяет развивать колоссальные температуры, а обладающие высокой термостойкостью и жароупорностью литиевые керамические материалы (например, ступалит), используемые как покрытия сопел и камер сгорания, предохраняют их от разрушительного действия, лития-горючего.
В наши дни техника располагает большим количеством разнообразных синтетических материалов — полимеров, с успехом заменяющих сталь, латунь, стекло. Но у технологов подчас возникают большие трудности, когда при изготовлении некоторых изделий им необходимо соединить полимеры между собой или с другими материалами. Так, новый фторсодержащий полимер тефлон — идеальное антикоррозийное покрытие — до последнего времени не находил практического применения из-за того, что плохо склеивался с металлом.
Недавно советскими учеными была разработана оригинальная технология ядерной сварки полимеров с различными материалами. На свариваемые поверхности наносят небольшие количества соединений лития или бора, которые и служат своеобразным «ядерным клеем». При облучении этих слоев нейтронами возникают ядерные реакции, сопровождающиеся значительным выделением энергии, благодаря чему на очень короткое время (менее десятимиллиардной доли секунды) в материалах появляются микроучастки с температурой в сотни и даже тысячи градусов. Но и за эти мгновения молекулы пограничных слоев успевают перемешаться, а иногда и образовывать между собой новые химические связи — происходит ядерная сварка.
Литий большее сходен с магнием, чем со своими соседями по группе. Эта так называемая диагональная периодичность является следствием близости ионных радиусов элементов: R(Li + ) 76 пм, R(Mg2+ ) 72 пм; для сравнения R(Na+ ) 102 пм. Арфведсон первым отметил при открытии лития как нового элемента, что его гидроксид и карбонат значительно менее растворимы, чем соответствующие соединения натрия и калия, и что карбонат (подобно карбонату магния) легче разлагается при нагревании. Подобным образом, фторид лития (как и фторид магния) гораздо менее растворим в воде, чем фториды других щелочных элементов. Это связано с высокой энергией кристаллической решетки, образованной катионами и анионами малых размеров. Напротив, соли лития с большими неполяризуемыми анионами, такими как перхлорат-ион, значительно более растворимы, чем соли других щелочных элементов, вероятно, из-за высокой энергии сольватации катиона лития. По той же причинам безводные соли очень гигроскопичны.
Дефекты сварных и паяных соединений
... и форму готовых сварных швов, прочность, пластичность, коррозионную стойкость и свойства сварных соединений. Все встречающиеся типы дефектов сварных соединений можно подразделить на четыре группы: по ... представляют собой процессы создания неразъемных соединений металлических деталей. Сварные и паяные соединения необходимо рассматривать как элементы конструкций. С технологической точки зрения ...
Соли лития склонны к образованию гидратов, обычно тригидратов, например LiX·3H 2 O (X = Cl, Br, I, ClO3 , ClO4 , MnO4 , NO3 , BF4 и т.д.).
В большинстве этих соединений литий координирует шесть молекул Н2 О, образуя цепочки из октаэдров с общими гранями. Сульфат лития, в отличие от сульфатов других щелочных элементов, не образует квасцы, так как гидратированный катион лития слишком мал, чтобы занять соответствующее место в структуре квасцов.
Оксид лития Li 2 O – единственный среди оксидов щелочных элементов, образующихся в качестве основного продукта при нагревании металла выше 200° С (на воздухе).
Его получают и прокаливанием нитрата при 600° С (в присутствии меди):
4LiNO 3 = 2Li2 O + 4NO2 + O2
Он образуется при нагревании нитрита лития выше 190° С или карбоната лития выше 700° С в токе высушенного водорода.
Оксид лития добавляют к смесям реагентов при твердофазном синтезе двойных и тройных оксидов для понижения температуры процесса. Он является компонентом рентгенопрозрачных стекол и стекол с небольшим температурным коэффициентом линейного расширения. Оксид лития добавляют в глазури и эмали. Он повышает их химическую и термическую стойкость и прочность, снижает вязкость расплавов.
Пероксид лития Li 2 O2 в промышленности получают реакцией LiOH·H2 O с пероксидом водорода с последующей дегидратацией гидропероксида острожным нагреванием при пониженном давлении. Это белое кристаллическое вещество разлагается до оксида лития при нагревании выше 195° С. Его используют в космических аппаратах для получения кислорода:
2Li 2 O2 + 2CO2 = 2Li2 CO3 +O2
Гидроксид лития LiOH плавится при 470° С, при более высокой температуре испаряется и частично диссоциирует на оксид лития и воду:
2LiOH = Li 2 O + H2 O
В парах при 820–870° С содержится 90% димера (LiOH) 2 .
Растворимость гидроксида лития в воде составляет 12,48 г на 100 г при 25° С. При выпаривании водных растворов гидроксида лития образуется моногидрат, который легко теряет воду при нагревании в инертной атмосфере или при пониженном давлении.
Гидроксид лития используется в производстве смазок на основе стеарата лития и для поглощения диоксида углерода в закрытых помещениях, например, в космических кораблях и на подводных лодках. Его преимущество по сравнению с другими щелочами – малая атомная масса. Добавка гидроксида лития к электролиту щелочных аккумуляторов примерно на одну пятую увеличивает их емкость и в 2–3 раза – срок службы.
Сварные соединения и сварные швы
... возможность механизации и автоматизации сварочного процесса возможность использования наплавки для восстановления изношенных деталей герметичность сварных соединений выше, чем клепаных или резьбовых ... рельефам. шовной контактной сварке соединение элементов выполняется внахлёстку вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывистого шва. Электронно-лучевая сварка. Сущность ...
Карбонат лития Li 2 CO3 – наиболее промышленно важное соединение лития и исходное вещество для получения большинства других его соединений. В отличие от других солей лития, Li2 CO3 является безводным. Он мало растворим в воде, причем растворимость карбоната лития понижается с повышением температуры. При 25° С она равна 1,27 г на 100 г воды, а при 75° С – 0,85 г на 100 г воды.
Термическая устойчивость карбоната лития существенно ниже, чем аналогичных соединений других щелочных элементов. Выше температуры плавления (732° С) он разлагается:
Li 2 CO3 = Li2 O + CO2
Карбонат лития используется в качестве флюса при нанесении фарфоровой эмали и в производстве специальных закаленных стекол, при этом ионы лития замещают более крупные ионы натрия. Соединение лития либо вводят в состав стеклянной шихты, либо натриевое стекло обрабатывают расплавом солей, содержащих ионы лития, чтобы вызвать обмен катионов на его поверхности.
Еще одна область применения карбоната лития – в производстве алюминия. Он на 7–10% увеличивает качество продукции за счет снижение температуры плавления электролита и увеличения силы тока. Кроме того, на 25–50% уменьшается нежелательное выделение фтора.
В 1949 было обнаружено, что небольшие (1–2 г) дозы карбоната лития при приеме через рот приводят к эффективному воздействию на маниакально-депрессивные психозы. Механизм воздействия еще не совсем понятен, однако побочные явления пока не обнаружены. Такие дозы поддерживают концентрацию лития в крови около 1 ммоль л –1 , и его действие может быть связано с влиянием лития на баланс Na/K и (или) Mg/Ca.
Нитрат лития LiNO 3 гигроскопичен и хорошо растворим в воде (45,8 масс. % при 25° С, то есть 6,64 моль л–1 ).
Из водных растворов кристаллизуется в виде тригидрата.
Нитрат лития используется в виде низкотемпературных расплавов в лабораторных термостатах. Например смесь LiNO 3 :KNO3 (1:1) плавится при 125° С. Кроме того, нитрат лития применяют в пиротехнических смесях.
Фторид лития LiF мало растворим в воде (1,33 г/л при 25° С).
Его получают взаимодействием гидроксида лития или солей лития с фтороводородом, фторидом аммония, гидродифторидом аммония или их водными растворами.
Еще в прошлом веке это вещество начали применять в металлургии как компонент многих флюсов. Фторид лития обладает термолюминесцентными свойствами. Он используется в рентгеновской и -дозиметрии. Кристаллы фтористого лития, прозрачные для ультракоротких волн длиной до 100 нм, применяют в производстве оптических приборов, кроме того, фторид лития является компонентом электролитов при получении алюминия и фтора. Он входит в состав эмалей, глазурей, керамики, люминофоров и лазерных материалов.
Для атомной техники важно моноизотопное соединение пития – 7 LiF, применяемое для растворения соединений урана и тория непосредственно в реакторах.
Хлорид лития LiCl хорошо растворим в воде (84,67 г на 100 г при 25° С) и многих органических растворителях. Большое сродство к воде служит основой для широкого применения рассолов хлорида (и бромида) лития в осушителях и воздушных кондиционерах.
Хлорид лития является сырьем для получения металлического лития. Другая область применения этого соединения – в качестве флюса при пайке алюминиевых частей автомобиля. Его используют и в производстве флотационных жидкостей, как катализатор органического синтеза. Хлорид лития служит средством против обледенения самолетов. Он является твердым электролитом в химических источниках тока для имплантированных кардиостимуляторов.
Гидрид лития LiH получают взаимодействием расплавленного лития с водородом при 630–730° С в сосуде из железа, не содержащего углерод. Он образует бесцветные кристаллы с кубической решеткой типа хлорида натрия. Гидрид лития имеет плотность 0,776 г/см 3 , температуру плавления 692° С (в инертной атмосфере).
При электролизе в расплаве проводит электрический ток с выделением водорода на аноде. Под действием электромагнитного излучения в видимой, ультрафиолетовой или рентгеновской области окрашивается в голубой цвет благодаря образованию коллоидного раствора лития в гидриде лития.
Гидрид лития относительно устойчив в сухом воздухе, быстро гидролизуется парами воды. Реагирует с водой, кислотами и спиртами с выделением водорода. Из 1 кг гидрида лития можно получить 2,82 м 3 этого газа. Гидрид лития используется для получения водорода, которым наполняют метеорологические шары-зонды в полевых условиях. Кроме того, он служит восстановителем в органическом синтезе, а также для получения бороводородов, алюмогдидрида лития LiAlH4 и других гидридных соединений.
Дейтерид лития-6 применяется в термоядерном оружии. Будучи твердым веществом, он позволяет хранить дейтерий при плюсовых температурах, кроме того, второй его компонент (литий-6) – это единственный промышленный источник получения трития:
6 3 Li +1 0 n 3 1 H + 4 2 He
Стеарат лития Li(C 17 H35 COO) легко образуется из гидроксида лития и животного или другого природного жира, применяется как загуститель и желирующий агент при превращении масел в консистентные смазки. Эти многоцелевые смазки сочетают высокую устойчивость к действию воды, хорошие свойства при низких температурах (–20° С) и отличную стабильность при высоких температурах (более 150° С).
Они занимают почти половину общего рынка автомобильных смазок в США.
Комплексные соединения. Из всех щелочных элементов литий наиболее склонен к образованию комплексов, образует стабильный комплекс с ЭДТА (натриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты).
Устойчивыми являются комплексы лития с краун-эфирами.
Литиеорганические соединения термически неустойчивы, и большинство из них постепенно разлагается до гидрида лития и алкена при комнатной или более высокой температуре. Среди наиболее устойчивых соединений – бесцветные кристаллические LiСН 3 (разлагается выше 200° С) и LiС4 Н9 (разлагается в небольшой степени при выдерживании в течение нескольких дней при 100° С).
Обычно алкильные производные лития имеют тетрамерное или гексамерное строение.
Металлоорганические соединения лития (в частности, LiСН 3 и LiС4 Н9 ) являются ценными реактивами. Последние десятилетия они все более используются в промышленном и лабораторном органическом синтезе. Ежегодное производство одного только LiС4 Н9 подскочило от нескольких килограммов до 1000 т. В большом количестве он применяется как катализатор полимеризации, алкилирующий агент и предшественник металлированных органических реагентов. Многие синтезы, подобные реакциям с участием реактивов Гриньяра, имеют явные преимущества по сравнению с ними по скорости реакции, отсутствию усложняющих процесс побочных реакций или удобству работы.
В реакциях литиеорганических соединений с алкилиодидами или, что более полезно, с карбонилами металлов образуются новые связи С–С. В последнем случае продуктами являются альдегиды или кетоны. Термическое разложение LiR приводит к удалению -водородного атома с образованием олефина и LiH, этот процесс промышленно значим для получения алкенов с длинной концевой цепью. Арилпроизводные лития в неполярных растворителях дают карбоновые кислоты с диоксидом углерода и третичные спирты – с ароматическими кетонами. Литиеорганические соединения являются также ценными реагентами в синтезе других металлоорганических соединений путем обмена металл – галоген.
Наиболее ионными из металлоорганических соединений лития являются карбиды, образующиеся при взаимодействии лития с алкинами в жидком аммиаке. Самая крупная область промышленного применения LiHC 2 – производство витамина А. Он влияет на этинилирование метилвинилкетона, приводящего к образованию ключевого промежуточного карбинольного соединения.
Заключение
Литий был открыт в 1817 шведским химиком и минералогом Августом Арфведсоном (Arfvedson August) (1792–1841), когда он работал в качестве ассистента в лаборатории Йёнса Якоба Берцелиуса. На основании химического анализа петалита (LiAlSi 4 O10 ) Арфведсон предположил, что в этом слоистом силикатном минерале есть некий щелочной элемент. Он отметил, что его соединения похожи на соединения натрия и калия, однако карбонат и гидроксид менее растворимы в воде. Арфведсон предложил для нового элемента название литий (от греческого — камень), указывающее на его происхождение. Он показал также, что этот элемент содержится в сподумене (силикатный пироксен) LiAlSi2 O6 и в лепидолите (слюда), который имеет примерный состав K2 Li3 Al4 Si7 O21 (OH,F)3 .
Литий — элемент I группы периодической системы Менделеева, самый легкий из металлоа Природный литий содержит смесь двух изотопов 6Li (7,52 %) и 7Li (92,48 %).
Изотопы лития резко отличаются по значению поперечного сечения захвата тепловых нейтронов.
Компактный литий — серебристо-белый мягкий металл. В химическом отношении литий менее активен, чем другие щелочные металлы. Это объясняется малым радиусом иона и высоким потенциалом ионизации.
Вместе с тем, литий — самый электроотрицательный элемент в водной среде. Эта аномалия объясняется высокой энергией гидратации иона лития. В расплавленных средах, где отсутствует гидратация, потенциал выделения лития выше, чем других щелочных металлов, что согласуется с величинами ионизационных потенциалов.
В сухом воздухе при обычной температуре литий медленно реагирует с кислородом и азотом, покрываясь пленкой, содержащей оксид и нитрид лития. Реагирование ускоряется в присутствии влаги. В кислороде (~200 °С) литий горит голубым пламенем, образуя оксид. Литий энергично разлагает воду с выделением водорода и образованием раствора щелочи. С водородом при 500-600 °С литий образует гидрид LiH, а с азотом выше 250 °С — нитрид Li3N. Фтор, хлор и бром реагируют с литием на холоду, йод — при нагревании. Сера, углерод и кремний при нагревании взаимодействуют с литием с образованием соответственно сульфида Li2C, карбида Li2C2 и силицида Li6Si2. Углекислый газ активно реагирует с литием, образуя карбонат лития.
Большинство металлов и сплавов корродирует в жидком литии. Никель и сплавы никеля с хромом удовлетворительно стойки в жидком литии до 225 °С. Наиболее устойчивы против действия лития до 1000 °С ниобий, тантал и молибден. Кварц, стекло и фарфор быстро растворяются в литии при 200 °С.
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/na-temu-metall-litiy/
1. Анализ минерального сырья. Под общей редакцией Ю. Н. Книпович и Ю. В. Морачевского. Госхимтеоретиздат. Л., 1956.
2. Бетехтин А. Г. Курс минералогии. Госгеолтехиздат, 1956.
3. Боровик-Романова Т. Ф. Спектрально-аналитическое определение щелочных и щелочноземельных элементов (в водах, растениях, почвах и породах).
АН СССР, 1956.
4. Геологический словарь, тт. I и II, Госгеолтехиздат, 1955.
5. Гинзбург А. И. Некоторые особенности геохимии лития. Тр. минералогического музея АН СССР., вып. 8. 1956.
6. Иванов Д. Н. Применение пламенного фотометра для определения некоторых элементов в растворах. Тезисы докладов на Совещании по спектро-фотометрическим и колориметрическим методам анализа 15—17 декабря 1955 г. АН СССР, 1955.
7. Коган Б. И. Литиевая промышленность в капиталистических странах. Цветные металлы № 6, 1955.
8. Королев В. В. Методы спектрального анализа пород на редкие элементы, В книге «Современные методы анализа редких элементов». АН СССР. М., 1956.
9. Попилов Л.Я. Полирование. Справочная книга по отделочным операциям в машиностроении. — Л., 2000.
10. Популярная библиотека химических элементов. — М., Наука, 2007.
Алесковский В. Б. и др. Концентрирование и определение микроэлементов при гидрохимических поисках рудных месторождений. Вып. I. Лаборатория микроэлементов и веществ высокой степени чистоты Ленинградского технологического института им. Ленсовета, Л. 1957, 48 стр.
11. Greenwood N.N., Earnshaw A. Chemistry of the Elements, Oxford, Butterworth, 2001.
