ИСТОРИЯ

ЗАЙМЕМСЯ
ХИМИЕЙ


Название: Литий (lithium)
Порядковый номер: 3
Группа: i
Период: 2
Электронное строение: 2s1
Атомная масса: 6,941
Электроотрицательность: 0,98
Температура плавления: 180,54?С
Температура кипения: 1342?С
Плотность (г/см3): 0,534
Характерные степени окисления: +1
Цвет элемента: Серебристо-белый
Кем открыт: Йоханн Арфведсон
Год открытия: 1817
Страна открытия: Швеция
Кристалическая структура:
куб объемоцентированный

Литий (лат. lithium), li, химический элемент 1 группы периодической системы Менделеева, атомный номер 3, атомная масса 6,941, относится к щелочным металлам . Природный Л. состоит из двух стабильных изотопов — 6 li (7,42%) и 7 li (92,58%).

Л. был открыт в 1817 шведским химиком А. Арфведсоном в минерале петалите; название от греч. lithos — камень. Металлический Л. впервые получен в 1818 английским химиком Г. Дэви.

Распространение в природе. Л. — типичный элемент земной коры (содержание 3,2 ? 10 -3 % по массе), он накапливается в наиболее поздних продуктах дифференциации магмы — пегматитах. В мантии мало Л. — в ультраосновных породах всего 5 ? 10 -3 % (в основных 1,5 ? 10 -3 %, средних — 2 ? 10 -3 %, кислых 4 ? 10 -3 %). Близость ионных радиусов li + , fe 2+ и mg 2+ позволяет Л. входить в решётки 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 Л. (силикаты, фосфаты и др.). Все они редкие. В биосфере Л. 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 Л. связаны как с магматическими породами (пегматиты, пневматолиты), так и с биосферой (солёные озёра).

Физические и химические свойства. Компактный Л. — серебристо-белый металл, быстро покрывающийся тёмно-серым налётом, состоящим из нитрида li 3 n и окиси li 2 o. При обычной температуре Л. кристаллизуется в кубической объёмноцентрированной решётке, а = 3,5098å . Атомный радиус 1,57å, ионный радиус li+ 0,68å. Ниже -195°С решётка Л. гексагональная плотноупакованная. Л. — самый лёгкий металл; плотность 0,534 г/см 3 (20°С); t пл. 180,5°С, t kип. 1317°С. Удельная теплоёмкость (при 0—100°С) 3,31(103 дж/ ( кг ? К), т. е. 0,790 кал/ ( г · град ) ; термический коэффициент линейного расширения 5,6 ? 10 -5 . Удельное электрическое сопротивление (20°С) 9,29 ? 10 -8 ом · м (9,29 мком · см ) ; температурный коэффициент электрического сопротивления (0—100°С) 4,50 ? 10 -3 . Л. парамагнитен. Металл весьма пластичен и вязок, хорошо обрабатывается прессованием и прокаткой, легко протягивается в проволоку. Твёрдость по Моосу 0,6 (твёрже, 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 Л. окрашивают пламя в карминово-красный цвет.

Конфигурация внешней электронной оболочки атома Л. 2s 1 ; во всех известных соединениях он одновалентен. При взаимодействии с кислородом или при нагревании на воздухе (горит голубым пламенем) Л. образует окись li 2 o (перекись li 2 o 2 получается только косвенным путём). С водой реагирует менее энергично, чем др. щелочные металлы, при этом образуются гидроокись lioh и водород . Минеральные кислоты энергично растворяют li (стоит первым в ряду напряжений, его нормальный электродный потенциал — 3,02 в ).

Л. соединяется с галогенами (с йодом при нагревании), образуя галогениды (важнейший — лития хлорид ). При нагревании с серой Л. даёт сульфид li 2 s, а с водородом — лития гидрид . С азотом Л. медленно реагирует уже при комнатной температуре, энергично — при 250°С с образованием нитрида li 3 n. С фосфором Л. непосредственно не взаимодействует, но в специальных условиях могут быть получены фосфиды li 3 p, lip, li 2 p 2 . Нагревание Л. с углеродом приводит к получению карбида li 2 c 2 , с кремнием — силицида Л. Бинарные соединения Л. — li 2 o, lih, li 3 n, li 2 c 2 , lici и др., a также lioh весьма реакционноспособны; при нагревании или плавлении они разрушают многие металлы, фарфор, кварц и др. материалы. Карбонат, фторид lif, фосфат li 3 po 4 и др. соединения Л. по условиям образования и свойствам близки к соответствующим производным магния и кальция.

Л. образует многочисленные литийорганические соединения , что определяет его большую роль в органическом синтезе.

Л. — компонент многих сплавов. С некоторыми металлами (mg, zn, al) он образует твёрдые растворы значительной концентрации, со многими — интерметаллиды (liag, lihg, limg 2 , lial и мн. др.). Последние часто весьма тверды и тугоплавки, незначительно изменяются на воздухе; некоторые из них — полупроводники. Изучено более 30 бинарных и ряд тройных систем с участием Л.; соответствующие им сплавы уже нашли применение в технике.

Получение и применение. Соединения Л. 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 oal 2 o 3 + 4(2cao ? sio 2 ) + 8co 2 .

При выщелачивании спека водой в присутствии избытка извести алюминат Л. разлагается с образованием гидроокиси Л.:

li 2 o ? al 2 o 3 + ca(oh) 2 = 2lioh + cao ? al 2 o 3 .

По сульфатному методу сподумен (и др. 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 Л. растворяют в воде и из его раствора содой осаждают карбонат Л.:

li 2 so 4 + na 2 co 3 = li 2 co 3 + na 2 so 4 .

По сернокислотному методу также получают сначала раствор сульфата Л., а затем карбонат Л.; сподумен разлагают серной кислотой при 250—300°С (реакция применима только для b -модификации сподумена):

b -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, необогащённых сподуменом, если содержание в них li 2 o не менее 1%. Фосфатные минералы Л. 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 Л.

Металлический Л. получают электролизом расплавленной смеси хлоридов Л. и калия при 400—460°С (весовое соотношение компонентов 1:1). Электролизные ванны футеруются магнезитом, алундом, муллитом, тальком, графитом и др. материалами, устойчивыми к расплавленному электролиту; анодом служат графитовые, а катодом — железные стержни. Черновой металлический Л. содержит механические включения и примеси (К, mg, ca, al, si, fe, но главным образом na). Включения удаляются переплавкой, примеси — рафинированием при пониженном давлении. В настоящее время большое внимание уделяется металлотермическим методам получения Л.

Важнейшая область применения Л. — ядерная энергетика . Изотоп 6 li — единственный промышленный источник для производства трития..

Сечения захвата тепловых нейтронов ( s ) изотопами Л. резко различаются: 6 li 945, 7 li 0,033; для естественной смеси 67 (в барнах ); это важно в связи с техническим применением Л. — при изготовлении регулирующих стержней в системе защиты реакторов. Жидкий Л. (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 Л. является силикатная промышленность, в которой используют минералы Л., lif, li 2 co 3 и многие специально получаемые соединения. В чёрной металлургии Л., 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% Л., — аэрон и склерон; помимо лёгкости, они обладают высокой прочностью, пластичностью, стойкостью против коррозии и очень перспективны для авиастроения. Добавка 0,04% Л. к свинцово-кальциевым подшипниковым сплавам повышает их твёрдость и понижает трение. Соединения Л. используются для получения пластичных смазок . По значимости в современной технике Л. — один из важнейших редких элементов.

В. Е. Плющев.

Литий в организме. Л. постоянно входит в состав живых организмов, однако его биологическая роль выяснена недостаточно. Установлено, что у растений Л. повышает устойчивость к болезням, усиливает фотохимическую активность хлоропластов в листьях (томаты) и синтез никотина (табак). Способность концентрировать Л. 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 Л. концентрируется главным образом в печени и лёгких.

Лит.: Плющев В. Е., Степин Б. Д., Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия, М., 1970; Ландольт П., Ситтиг М., Литий, в кн.: Справочник по редким металлам, пер. с англ., М., 1965.

Скачать реферат на тему: "Литий"

Назад



(С) Дистанционный творческий конкурс-проект "Моя Веб-страница", 2005
(С) Хмелев Алексей, 2005
http://www.eidos.ru/project/all/web/index.htm