Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Літій



План:


Введення

Літій ( лат. Lithium ; Позначається символом Li) - елемент головної підгрупи першої групи, другого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 3. Проста речовина літій ( CAS-номер : 7439-93-2) - м'який лужної метал сріблясто-білого кольору.


1. Історія та походження назви

Літій був відкритий у 1817 шведським хіміком і мінералогом А. Арфведсоном спочатку в мінералі петаліте (Li, Na) [Si 4 AlO 10], а потім у сподумене LiAl [Si 2 O 6] і в лепідоліті KLi 1.5 Al 1.5 [Si 3 AlO 10] (F, OH) 2. Металевий літій вперше отримав Гемфрі Деві в 1825.

Свою назву літій отримав через те, що був виявлений в "камені" ( греч. λίθος - Камінь). Спочатку називався "літіон", сучасна назва було запропоновано Берцеліусом.


2. Знаходження в природі

2.1. Геохімія літію

Літій по геохімічним властивостями належить до крупноіонним літофільних елементів, в числі яких калій, рубідій і цезій. Вміст літію у верхній континентальної корі становить 21 г / т, в морській воді 0,17 мг / л [2].

Основні мінерали літію - слюда лепідоліт - KLi 1,5 Al 1,5 [Si 3 AlO 10] (F, OH) 2 і піроксен сподумен - LiAl [Si 2 O 6]. Коли літій не утворює самостійних мінералів, він ізоморфно заміщає калій в широко поширених породоутворюючих мінералах.

Родовища літію приурочені до редкометалльних гранітним інтрузіях, у зв'язку з якими розвиваються літіеносние пегматіти або гідротермальні комплексні родовища, що містять також олово, вольфрам, вісмут та інші метали. Варто особливо відзначити специфічні породи онгоніти - граніти з магматичних топазом, високим вмістом фтору і води, і виключно високими концентраціями різних рідкісних елементів, у тому числі і літію.

Інший тип родовищ літію - розсоли деяких сільносоление озер.


2.2. Родовища

Родовища літію відомі в Росії (понад 50% запасів країни зосереджено в рідкіснометальних родовищах Мурманської області), Болівії, Аргентині, Мексиці, Афганістані, Чилі, США, Канаді, Бразилії, Іспанії, Швеції, Китаї, Австралії, Зімбабве, Конго [3].

3. Отримання

В даний час для отримання металевого літію його природні мінерали або розкладають сірчаної кислотою (кислотний спосіб), або спікають з CaO або CaCO 3 (лужний спосіб), або обробляють K 2 SO 4 (сольовий спосіб), а потім витравлюють водою. У будь-якому випадку з отриманого розчину виділяють погано розчинний карбонат літію Li 2 CO 3, який потім переводять в хлорид LiCl. Електроліз розплаву хлориду літію проводять у суміші з KCl або BaCl 2 (ці солі слугують для пониження температури плавлення суміші).

2LiCl = 2Li + Cl 2

Надалі отриманий літій очищають методом вакуумної дистиляції.


4. Фізичні властивості

Літій - сріблясто-білий метал, м'який і пластичний, твердіше натрію, але м'якше свинцю. Його можна обробляти пресуванням і прокаткою.

При кімнатній температурі металевий літій має кубічну об'емноцентрірованной грати ( координаційне число 8), просторова група I m3m, параметри комірки a = 0,35021 нм, Z = 2. Нижче 78 До стійкої кристалічної формою є гексагональна щільноупакованими структура, в якій кожен атом літію має 12 найближчих сусідів, розташованих у вершинах кубооктаедра. Кристалічна решітка відноситься до просторової групи P 6 3 / mmc, параметри a = 0,3111 нс, c = 0,5093 нм, Z = 2.

З усіх лужних металів літій характеризується найвищими температурами плавлення і кипіння (180,54 і 1340 C, відповідно), у нього найнижча щільність при кімнатній температурі серед всіх металів (0,533 г / см , майже в два рази менше щільності води).

Маленькі розміри атома літію призводять до появи особливих властивостей металу. Наприклад, він змішується з натрієм тільки при температурі нижче 380 C і не змішується з розплавленими калієм, рубідій і цезієм, в той час як інші пари лужних металів змішуються один з одним у будь-яких співвідношеннях.

Карміново-червоне забарвлення полум'я солями літію

5. Хімічні властивості

Літій є лужним металом, проте відносно стійкий на повітрі. Літій є найменш активним лужним металом, з сухим повітрям (і навіть з сухим киснем) при кімнатній температурі практично не реагує. З цієї причини літій є єдиним лужним металом, який не зберігається в гасі (до того ж щільність літію настільки мала, що він буде в ньому плавати) і може нетривалий час зберігатися на повітрі.

У вологому повітрі повільно реагує з азотом, що знаходяться в повітрі, перетворюючись на нітрид Li 3 N, гідроксид LiOH і карбонат Li 2 CO 3. У кисні при нагріванні горить, перетворюючись на оксид Li 2 O. Є цікава особливість, що в інтервалі температур від 100 C до 300 C літій покривається щільною оксидною плівкою, і надалі не окислюється.

В 1818 німецький хімік Леопольд Гмелін встановив, що літій і його солі забарвлюють полум'я в карміново - червоний колір, це є якісною ознакою для визначення літію. Температура спалаху знаходиться близько 300 C. Продукти горіння дратують слизову оболонку носоглотки.

Спокійно, без вибуху і загоряння, реагує з водою, утворюючи LiOH і H 2. Реагує також з етиловим спиртом (з утворенням алкоголята), з воднем (при 500-700 C) з утворенням гідриду літію, з аміаком і з галогенамийодом - тільки при нагріванні). При 130 C реагує з сіркою з утворенням сульфіду. У вакуумі при температурі вище 200 C реагує з вуглецем (утворюється ацетіленід). При 600-700 C літій реагує з кремнієм з утворенням силіциду. Хімічно розчинний у рідкому аміаку (-40 C), утворюється синій розчин.

Літій зберігають в петролейном ефірі, парафіні, газоліну і / або мінеральному маслі в герметично закритих бляшаних коробках. Металевий літій викликає опіки при попаданні на вологу шкіру, слизові оболонки та в очі.


6. Ізотопи літію

Природний літій складається з двох стабільних ізотопів: 6 Li (7,5%) і 7 Li (92,5%); в деяких зразках літію ізотопне співвідношення може бути сильно порушене внаслідок природного або штучного фракціонування ізотопів. Це слід мати на увазі при точних хімічних дослідах з використанням літію або його сполук. У літію відомі 7 штучних радіоактивних ізотопів і два ядерних ізомеру (4 Li - 12 Li і 10m1 Li - 10m2 Li відповідно). Найбільш стійкий з них, 8 Li, має період напіврозпаду 0,8403 с. Екзотичний ізотоп 3 Li (тріпротон), мабуть, не існує як зв'язана система.

7 Li є одним з небагатьох ізотопів, що виникли при первинному нуклеосинтезі (тобто незабаром після Великого Вибуху). Освіта елемента літію в зірках можливо з ядерної реакції "сколювання" більш важких елементів.


7. Застосування

7.1. Термоелектричні матеріали

Сплав сульфіду літію і сульфіду міді - ефективний напівпровідник для термоэлектропреобразователей ( ЕРС близько 530 мкВ / К).

7.2. Хімічні джерела струму

З літію виготовляють аноди хімічних джерел струму ( акумуляторів, наприклад літій-хлорних акумуляторів) і гальванічних елементів із твердим електролітом (наприклад, літій-хромсеребряний, літій-вісмутатний, літій-окісномедний, літій-двуокісномарганцевий, літій-іодсвінцовий, літій-йодним, літій-тіонілхлорідний, літій-оксідванадіевий, літій-фторомедний, літій-двуокісносерний матеріалів), що працюють на основі неводних рідких і твердих електролітів ( тетрагідрофуран, пропіленкарбонат, метілформіат, ацетонитрил).

Кобальтат літію та молібдат літію показали кращі експлуатаційні властивості і енергоємність в якості позитивного електрода літієвих акумуляторів.

Гідроксид літію використовується як один з компонентів для приготування електроліту лужних акумуляторів. Додавання гідроксиду літію до електроліту тягових залізо-нікелевих, нікель-кадмієвих, нікель-цинкових акумуляторних батарей підвищує їх термін служби в 3 рази і місткість на 21% (за рахунок утворення нікелатов літію).

Алюмінат літію - найбільш ефективний твердий електроліт (разом з цезій -бета-глиноземом).


7.3. Ракетне паливо

Теоретичні характеристики ракетних палив, утворених літієм з різними окислювачами.
Окислювач
Окислювач Питома тяга (Р1, сек) Температура згоряння С Щільність палива г / см Приріст швидкості, ΔVід, 25, м / сек Вагове содерж.горючего%
Фтор 378,3 сек 5350 C 0,999 4642 м / сек 28%
Тетрафторгідразін 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%
Перхлорілфторід 262,9 сек 3594 C 0,895 3028 м / сек 41%
Окис фтору 339,8 сек 4595 C 1,097 4396 м / сек 21%
Кисень 247,1 сек 3029 C 0,688 2422 м / сек 58%
Перекис водню 270,5 сек 2995 C 0,966 3257 м / сек 28,98%
N 2 O 4 239,7 сек 3006 C 0,795 2602 м / сек 48%
Азотна кислота 240,2 сек 3298 C 0,853 2688 м / сек 42%

7.4. Лазерні матеріали

Монокристали фториду літію використовуються для виготовлення високоефективних ( ККД 80%) лазерів на центрах вільної забарвлення, і для виготовлення оптики з широкою спектральної смугою пропускання.

7.5. Окислювачі

Перхлорат літію використовують як окислювач.

7.6. Дефектоскопія

Сульфат літію використовують в дефектоскопії.

7.7. Піротехніка

Нітрат літію використовують в піротехніці.

7.8. Сплави

Сплави літію з сріблом і золотом, а також міддю є дуже ефективними припоями. Сплави літію з магнієм, скандієм, міддю, кадмієм і алюмінієм - нові перспективні матеріали в авіації та космонавтиці. На основі алюмінату і силікату літію створена кераміка, затвердевающая при кімнатній температурі і використовується у військовій техніці, металургії, і, в перспективі, в термоядерній енергетиці. Величезною міцністю володіє скло на основі літій-алюміній-силікату, зміцнюючого волокнами карбіду кремнію. Літій дуже ефективно зміцнює сплави свинцю і додає їм пластичність і стійкість проти корозії.


7.9. Електроніка

Тріборат літію-цезію використовується як оптичний матеріал в радіоелектроніці. Кристалічні ніобат літію LiNbO 3 та танталат літію LiTaO 3 є нелінійними оптичними матеріалами і широко застосовуються в нелінійної оптики, акустооптики і оптоелектроніці. Літій також використовується при наповненні освітлювальних газорозрядних ламп металогалогенові.


7.10. Металургія

У чорній і кольоровій металургії літій використовується для розкислення та підвищення пластичності і міцності сплавів. Літій іноді застосовується для відновлення методами Металлотермія рідкісних металів.

7.10.1. Металургія алюмінію

Карбонат літію є найважливішим допоміжним речовиною (додається в електроліт) при виплавці алюмінію, і його споживання зростає з кожним роком пропорційно обсягу світового видобутку алюмінію (витрата карбонату літію 2,5-3,5 кг на тонну виплавленого алюмінію [джерело не вказано 250 днів]).


7.10.2. Легування алюмінію

Введення літію в систему легування дозволяє отримати нові сплави алюмінію з високою питомою міцністю.

Добавка літію знижує щільність сплаву і підвищує модуль пружності. При вмісті літію до 1,8% сплав має низький опір корозії під напругою, а при 1,9% сплав не схильний до корозійного розтріскування. Збільшення вмісту літію до 2,3% сприяє зростанню ймовірності утворення рихлот і тріщин. Механічні властивості при цьому змінюються: межі міцності і текучості зростають, а пластичні властивості знижуються.

Найбільш відомі системи легування Al-Mg-Li (приклад - сплав 1420, застосовуваний для виготовлення конструкцій літальних апаратів) і Al-Cu-Li (приклад - сплав 1460, застосовуваний для виготовлення ємностей для скраплених газів).


7.11. Ядерна енергетика

Ізотопи 6 Li та 7 Li володіють різними ядерними властивостями (перетин поглинання теплових нейтронів, продукти реакцій) і сфера їх застосування різна. Гафніат літію входить до складу спеціальної емалі, призначеної для захоронення високоактивних ядерних відходів, що містять плутоній.

7.11.1. Літій-6 (термояд)

Застосовується в термоядерної енергетики.

При опроміненні нукліда 6 Li тепловими нейтронами виходить радіоактивний тритій 1 березня H (Т):

3 червень Li + 1 0 n = 3 1 H + 4 лютого He.

Завдяки цьому літій-6 може застосовуватися як заміна радіоактивного, нестабільного і незручного у зверненні тритію як у військових ( термоядерна зброя), так і в мирних ( керований термоядерний синтез) цілях. У термоядерній зброї зазвичай застосовується дейтерид літію-6 6 LiD.

Перспективно також використання літію-6 для отримання гелію-3 (через тритій) з метою подальшого використання у дейтерій-гелієвих термоядерних реакторах.


7.11.2. Літій-7 (теплоносій)

Застосовується в ядерних реакторах, які використовують реакції з участю важких елементів, таких як уран, торій або плутоній.

Завдяки дуже високій питомої теплоємності і низькому перетину захоплення теплових нейтронів, рідкий літій-7 (часто у вигляді сплаву з натрієм або цезієм-133) є ефективним теплоносієм. Фторид літію-7 в сплаві з фторидом берилію (66% LiF + 34% BeF 2) носить назву "флайб" (FLiBe) і застосовується як високоефективний теплоносій і розчинник фторидів урану і торію у високотемпературних рідкосольових реакторах, і для виробництва тритію.


7.12. Сушка газів

Високогігроскопічние бромід LiBr і хлорид літію LiCl застосовуються для осушення повітря і інших газів.

7.13. Медицина

Солі літію володіють нормотіміческімі та іншими лікувальними властивостями. Тому вони знаходять застосування в медицині.

7.14. Мастильні матеріали

Стеарат літію ("літієве мило") використовується в якості високотемпературної змазки. Див: літол.

7.15. Регенерація кисню в автономних апаратах

Гідроксид літію LiOH, пероксид Li 2 O 2 і супероксид LiO 2 застосовуються для очищення повітря від вуглекислого газу, при цьому останні дві сполуки реагують з виділенням кисню (наприклад, 4LiO 2 + 2CO 2 → 2Li 2 CO 3 + 3O 2), завдяки чому вони використовуються в ізолюючих протигазах, в патронах для очищення повітря на підводних човнах, на пілотованих космічних апаратах і т. д.


7.16. Силікатна промисловість

Літій і його сполуки широко застосовують в силікатній промисловості для виготовлення спеціальних сортів скла і покриття порцелянових виробів.

7.17. Інші області застосування

Сполуки літію використовуються в текстильній промисловості (вибілювання тканин), харчової (консервування) і фармацевтичної (виготовлення косметики).

8. Ціни

Станом на кінець 2007 - початок 2008 ціни на металевий літій (чистота 99%) становили 63-66 USD за 1 кг [4].

9. Цікаві факти

Літій - найлегший метал. Він спливає, наприклад, в гасі [5].

Примітки

  1. Редкол.: Кнунянц І. Л. (гл. ред.) Хімічна енциклопедія: у 5 т - Москва: Радянська енциклопедія, 1990. - Т. 2. - С. 605. - 671 с. - 100000 прим .
  2. JP Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965
  3. Олена Савінкіна Літій - www.krugosvet.ru/node/19535. Поширення літію в природі і його промислове витяг. Онлайн Енциклопедія Кругосвет. (Недоступна посилання)
  4. Свіжі дані за цінами в Китаї на кобальт, кадмій, ніобій, магній і ще більше 20 другорядних металів! - www.metal-trade.ru/news/2007/12/28/news_91172.html?template=11
  5. Книга рекордів Гіннесса для хімічних речовин - www.chemister.ru / Chemie / records.htm

Література

Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва
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 Uuq Uup Uuh Uus Uuo
Лужні метали Лужноземельні метали Лантаноїди Актиноїди Перехідні метали Інші метали Металоїди Інші неметали Галогени Інертні гази
Електрохімічний ряд активності металів

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H 2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Елементи розташовані в порядку зростання стандартного електродного потенціалу.
Лужні метали

Літій
Li
Атомний номер: 3
Атомна маса: 6.941
Темп. плавлення: 453.69 K
Темп. кипіння: 1615 K
Щільність: 0.534 г / см
Електронегативність: 0.98

Натрій
Na
Атомний номер: 11
Атомна маса: 22.990
Темп. плавлення: 370.87 K
Темп. кипіння: 1156 K
Щільність: 0.97 г / см
Електронегативність: 0.96

Калій
K
Атомний номер: 19
Атомна маса: 39.098
Темп. плавлення: 336.58 K
Темп. кипіння: 1032 K
Щільність: 0.86 г / см
Електронегативність: 0.82

Рубідій
Rb
Атомний номер: 37
Атомна маса: 85.468
Темп. плавлення: 312.46 K
Темп. кипіння: 961 K
Щільність: 1.53 г / см
Електронегативність: 0.82

Цезій
Cs
Атомний номер: 55
Атомна маса: 132.905
Темп. плавлення: 301.59 K
Темп. кипіння: 944 K
Щільність: 1.93 г / см
Електронегативність: 0.79

Францій
Fr
Атомний номер: 87
Атомна маса: (223)
Темп. плавлення: 295 K
Темп. кипіння: 950 K
Щільність: 1,87 г / см
Електронегативність: 0.7


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Літій-іонний акумулятор
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru