Литий как выглядит

Самый легкий среди металлов, который умеет повышать прочность своих «собратьев», — литий. Он в пять раз легче алюминия и почти в два раза легче воды.

При этом из-за активного взаимодействия с воздухом и водой из него невозможно сделать ничего, даже чайную ложку. Впрочем, если бы такая ложка была, при первом помешивании чая она бы бесследно растворилась.

Литий был открыт 206 лет назад шведским химиком Юханом Арфведзоном и с тех пор не теряет важности и продолжает удивлять своими свойствами и возможностями применения.

Литографический портрет Арфведсона из путевых дневников Берцелиуса

Как выглядит литий?

Это серебристо-белый металл. Мягкий, тверже натрия, но мягче свинца. Легко режется ножом. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой. Среди щелочных металлов литий имеет самую высокую температуру плавления (180°C) и кипения (1340°C) и самую низкую плотность среди всех металлов (0,53 г/см³).

Это самый легкий металл в таблице Менделеева, поэтому он всплывает в воде.

Литий — самый легкий металл на Земле.

Литий относительно стабилен на воздухе. При взаимодействии с сухим воздухом и кислородом практические не реагирует (при условии соблюдения комнатной температуры), при нагревании на воздухе – загорается.

Литий на НЗХК

При контакте с водой начинает образовывать щелочь, выделять водород. Металл плавает на поверхности жидкости, быстро растворяясь и издавая шипение.

При влажном воздухе металл вступает в реакции с газами, которые содержатся в нем (особенно с азотом). Оксидно-нитридная пленка покрывает поверхность лития при комнатной температуре. В числе продукции, которую поставляет Новосибирский завод химконцентратов (предприятие ТВЭЛа), — металлический литий и гидроксид лития-7. Расскажем о них подробнее.

Секторные слитки лития, произведенные на НЗХК

Где используют металлический литий?

• Производство батарей и аккумуляторов

Они нужны для портативных электронных устройств (телефонов, ноутбуков, видеокамер, фотоаппаратов), накопителей энергии для электростанций, электромобилей, солнечных батарей, аэрокосмического оборудования (спутников связи, космических телескопов, исследовательских зондов, геостационарных спутников).

Алюминий-литиевые сплавы имеют пониженную плотность и при этом повышенную жесткость, и прочность, а также хорошо свариваются. В авиастроении литий используют как легирующий компонент алюминиевых конструкторских сплавов.

Извлечение лития из форм для отливки на НЗХК

Литий активно реагирует с водородом, азотом, окислами и сульфидами, растворенными в расплавленных металлах. При этом образуются легко всплывающие нерастворимые химические соединения. Благодаря этому свойству литий применяют в качестве раскислителя и дегазатора металлов.

• Производство синтетического каучука

Литий органическое соединение лития (бутил литий) служит катализатором в процессе получения изопренового каучука, который, как и натуральный каучук, обладает высокой клейкостью и незначительно уступает ему в эластичности.

Где нужен гидроксид лития моногидрат?

Все зависит от его сорта.

Аккумуляторный батарейный сорт гидроксида лития моногидрата в основном используют для приготовления катодных материалов литийионных аккумуляторов. А также в качестве добавки для щелочных аккумуляторных электролитов: она увеличивает емкость на 12–15% и срок службы в 2–3 раза.

Технический сорт пригодится:

• для изготовления смазочных материалов. Несмотря на любые изменения температуры от −60 до 160°C, они имеют высокую стабильность механических показателей;
• в химической промышленности как реагент для получения соединений Li;
• в стекольной и керамической промышленности: добавки лития повышают химическую и физическую устойчивость. Глазурь и эмаль становятся более плотными, блестящими, устойчивыми к атмосферным воздействиям. При варке стекла добавки лития снижают температуру плавления и вязкости расплава.

Участок электролизеров в цехе производства лития на НЗХК

В ядерной энергетике гидроксид лития-7 используется в качестве добавки в теплоноситель первого контура западных реакторов типа PWR для корректировки водно-химического режима.

Еще он нужен для производства химических реагентов — как основной компонент при подготовке ионообменных смол ядерного класса, которые входят в состав оборудования водоподготовки теплоносителя реакторов типа PWR.

Высокочистый гидроксид лития-7 моногидрат (99,99%) применяется в качестве компонента фторидного теплоносителя в жидкосолевых реакторах (MSR), при нейтронном захвате, используется в системе охлаждения реакторов типа PWR.

Хотите узнать больше про литий? Тогда смотрите литиевый подкаст ТВЭЛа.

Источник: dzen.ru

118 элементов. Глава третья: «каменный» гость

Как и в прошлых выпусках, начнем с начала. Если говорить о происхождении атомов лития, то наш герой – самый уникальный элемент. Потому что он образовывался сразу тремя (!) путями.

Во-первых, некоторое количество лития образовалось во время Большого взрыва. Примерно каждый миллиардный атом в молодой Вселенной был атомом 7 Li, в 10 000 раз реже встречался 6 Li. Во-вторых, атомы лития-7 появляются в молодых и больших звездах. Они – промежуточный продукт протон-протонного цикла, затем при высоких температурах через атом 8 Be превращается в два атома гелия. Но если звезда живет недолго и гибнет – литий попадает в межзвездное пространство.

Есть и «в-третьих». Совершенно уникальный способ, которым образуется только три элемента – скалывание в космических лучах: частицы космических лучей «скалывают» кусочки от более тяжелых ядер.

Жозе Бонифасиу де Андрада и Силва

Человечество познакомилось с литием в 1800 году. Минерал петалит LiAlSi4O10 открыл бразильский ученый Жозе Бонифасиу де Андрада и Силва, который изучал геогнозию (как тогда называли геологию) в Португалии и которого занесло на шведский рудник Уто.

Впрочем, бразилец так и не догадался, что в новом минерале находится новый элемент – и пришлось ждать еще17 лет, пока петалит не попал в лабораторию знаменитого Йенса Якоба Берцелиуса, в руки молодого исследователя Иоганна Аугуста Арфведсона. Выполняя стандартную процедуру по установлению химического состава и определив петалит как алюмосиликат, Арфведсон определил, что алюминия, кремния и кислорода в нем 96 процентов по массе.

Куда девались еще 4 процента? Оказалось, что в минерале присутствует некий металл, соли которого очень хорошо растворимы – еще лучше, чем соли калия и натрия. Арфведсон логично предположил, что неизвестный металл – «родственник» «потассиума» и «содиума», как иногда переводят названия калия и натрия горе-переводчики.

Статью об открытии лития, впрочем, опубликовал сам Берцелиус – как руководитель лаборатории. Он же, поскольку никаких других ассоциаций «этот камень» (в смысле – петалит) не вызывал, предложил назвать литий литием (λίθος – «камень»). Впрочем, слава первооткрывателя нового элемента осталась за Арфведсоном: Берцелиусу хватило церия, селена и тория.

Иоганн Аугуст Арфведсон

С 1997 года Германское товарищество химиков (Gesellschaft Deutscher Chemiker) вручает иностранным исследователям лития премию Арфведсона-Шленка. Вторую часть названия премия получила в честь основателя литийорганической химии Вильгельма Шленка, который в 1917 году открыл первые литийорганические соединения. Кроме этого и сам Арфведсон дал имя иссиня-черному минералу арфведсониту. Правда, в его составе лития нет.

Что же дальше? Выделить чистый литий не получилось. Через год после открытия элемента немецкий химик Кристиан Готлиб Гмелин открыл первую качественную реакцию на литий – он выяснил, что соли лития окрашивают пламя в очень характерный карминово-красный цвет.

Окрашивание пламени литием

Чистый металл удалось получить британцу Уильяму Томасу Бранду, который в 1821 году добыл литий электролизом его оксида.

Уильям Томас Бранд

И, надо сказать, металл получился очень необычный. Очень мягкий – литий легко разрезать ножом: чуть тверже натрия, но помягче свинца. Очень легкий – почти в два раза легче воды. Правда в воде он не плавает, а активно с ней взаимодействует, выделяя водород. А вот в бензине – плавает.

Очень быстро окисляется.

Поэтому такой металл не очень активно использовался в XIX – начале XX веков.

Процитируем брошюрку «Применение редких элементов в промышленности». уральского химика Василия Сигизмундовича Сырокомского (автора многих брошюрок и методичек): «Главнейшее применение литий находит в данный момент в медицине, где углекислый и салицилово-кислый литий служат средством для растворения мочевой кислоты, выделяющейся в организме человека при подагре и некоторых других болезнях…». Это – ситуация на 1919 год, ровно через 60 лет первого использования солей лития для лечения подагры (в том числе и некоей «мозговой подагры»).

Ещё через 30 лет на краю Земли, а именно в Австралии попытка повторить «лечение подагры» привела к прорыву, который заметили не сразу.

Психиатр Джон Кейд, работавший в Мельбурне в Bundoora Repatriation Mental Hospital, проверял гипотезу о том, что маниакально-депрессивное психоз (ныне мы его называем БАР – биполярным аффективным расстройством) вызван отравлением каким-то продуктом метаболизма. И экспериментировал с животными. Чтобы вызвать у морских свинок расстройство, он впрыскивал несчастным животным мочу больных.

Свинки, естественно, дохли. Кейд решил, что «побочка» от введения мочи в брюшную полость вызвана мочевой кислотой (а мы помним, что отложения кристаллов мочевой кислоты – это подагра). И тут Кейд вспомнил, как лечили подагру почти век назад. Для улучшения растворимости мочевой кислоты в крови, он добавил к моче урат лития. И внезапно, свинки стали спокойнее. Кейд что-то заподозрил.

3 сентября 1949 года в Medical Journal of Australia вышла статья Lithium salts in the treatment of psychotic excitement. Так были открыты нормотимические свойства солей лития. Увы, одно из величайших открытий в фармакологической психиатрии не сразу нашло путь в клиническую практику: в 1949 году FDA на 21 год запретило литиевые препараты из-за того, что погибло четыре пациента, получавших хлорид лития в качестве замены поваренной соли для гипертоников. А кроме того, карбонат лития – самая распространенная форма препаратов лития – не особенно интересовал фармгигантов: его же не запатентуешь, природное вещество…

Препараты лития спасают жизни и поныне. Так, например, 48 рандомизированных клинических исследований показали (на 6674 участниках, на секундочку), что литий достоверно снижает уровень суицидов при любых психических расстройствах.

Но не медициной единой знаменит литий. Звездный час его настал во второй половине XX века. Конечно же, речь идет о литий-ионных аккумуляторах. У них есть преимущества перед никель-кадмиевыми и никель-металлогидридными аккумуляторами, которык не обладают эффектом памяти (падении емкости при нарушении режима зарядки). А еще нет-нет, да взрываются.

Кстати, развитие электромобилей может, наверное, сказаться на запасах лития: пока что его добывают около 600 тысяч тонн при разведанных мировых ресурсах в 65 миллионов тонн. Но рост добычи идет очень бурный. А все Маск с его «Теслой»! Больше всего лития добывают в Австралии, Чили и Аргентине, а участок Чили-Боливия-Аргентина получил название «литиевый треугольник».

Мировая добыча лития

Литий-6, как мы уже писали в главе про водород, служит источником трития в термоядерных процессах, поскольку сам тритий хранить особо негде. Именно поэтому дейтерид лития-6 – важнейший элемент водородной бомбы.

Алюмогидрид лития – прекрасная высокоэнергетичная добавка к топливу. А кое-где используется и металлический литий. Так, американская боевая торпеда Маrk 50 использует удивительный способ движения: гексафторид серы распыляется над блоком металлического лития, а выделившаяся в результате реакциии энергия превращает воду в пар, который вращает винт торпеды!

Пуск торпеды Маrk 50

Литийорганические соединения, начало которым положил век назад Вильгельм Шленк, активно используют в органическом синтезе: они по своим свойствам напоминают реактив Гриньяра, только более активны.

Важным соединением лития стал его фторид. Кристаллы его прозрачны не только в оптике, но и в ультрафиолете. Поэтому именно из него делают ультрафиолетовую оптику: лучше материала не найти.

Как мы уже писали в самом начале, лития в звездах очень мало. Однако астрометрический телескоп Global Astrometric Interferometer for Astrophysics (GAIA) принес загадку – около 20 звезд-гигантов содержали в своем составе аномально большое количество лития. Так появилась «проблема богатых литием гигантов, «Li-rich giant problem»

Однако в 2016 году в работе международной группы астрономов (arXiv:1603.03038) появилось объяснение. Оказалось, эту проблему можно очень изящно разрешить, предположив, что на поверхность звезд-гигантов падают слишком близкие экзопланеты. Они-то и насыщают на короткое время верхние слои звезды литием. Более того, предполагается, что в экзотических объектах Торна-Житков, красных сверхгигантах, «проглотивших» нейтронную звезду, тоже должен наблюдаться избыток лития. Осталось только наблюдать сам объект Торна-Житков.

Снимок Новой Центавра 2013. Фото Юрия Белецкого

Ну а напоследок расскажем, что совсем недавно, в 2015 году, удалось зафиксировать рождение лития во время гигантского взрыва звезды: спектральные линии лития заметили в Новой Центавра 2013 года. Здесь литий рождается во время термоядерных взрывов сжавшегося водорода, перетекшего на белый карлик со звезды-компаньона. Четвертый способ рождения лития – все-таки, это уникальный элемент!

Текст: Алексей Паевский

Источник: mendeleev.info

Литий как выглядит

ХИМИЯ – это область чудес, в ней скрыто счастье человечества,

величайшие завоевания разума будут сделаны

именно в этой области.(М. ГОРЬКИЙ)

Таблица
Менделеева

Периодическая система химических элементов

Универсальная таблица растворимости

кислот, солей и оснований в воде

Коллекция таблиц к урокам по химии

Информационные и справочноинструктивные

1. Главная
2. для Ученика
3. Химические элементы

Литий

Литий — химический элемент 2-го периода, 1-й группы в периодической системе Менделеева. Данное название получил от собственного местонахождения (в «камнях», от греч. λίθος), в дальнейшем название видоизменялось. Представляет собой щелочной металл с атомным номером 3.

Изотопы

Литий природного происхождения состоит из двух изотопов: 6 Li и 7 Li, являющихся стабильными. 7 Li входит в несчетно малое число изотопов, произошедших при таком процессе, как нуклеосинтез. Также, у лития существует 7 радиоактивных изотопов искусственного происхождения и 2 атомных изомера. Большей устойчивость среди них обладает 8 Li.

Физические свойства лития

• Мягкий и пластичный металл с серебряно-белым окрасом
• Имеет способность к обработке прессом или прокатом
• При нормальных условиях имеет кристаллическую решетку в виде куба
• Температура плавления-180,54°С, кипения-1340 °C
• Низкая плотность
• Из-за малых размеров атома, литий имеет специфические свойства смешивания с другими металлами.

Химические свойства

Литий является самым неактивным среди щелочных металлов, оттого при комнатной температуре почти не вступает в реакции даже с воздухом (сухим). С тесанием долгого времени и только во влажном воздухе взаимодействует с азотом и прочими газами. При нагревании вступает в реакцию с кислородом, образуя оксид лития.

Интересен и тот факт, что в пределах температур от 100°С до 300°С литий покрывается плотным слоем оксидный пленки, что позволяет ему не окисляться в дальнейшем. Качественные реакции заключаются в том, что литий и его соединения придают пламени красноватый оттенок. Спокойно протекает реакция лития с водой.

Реагирует с рядом веществ: водород, аммиак и галогены (в большинстве случаев только при наличии определенной температуры). Взаимодействует и с такими веществами, как сера,углерод и кремний. Реагирует также с этиловым спиртом.

Геохимия лития

По степени распространенности относится к литофильным элементам (составляющие ~93 % массы земной коры и ~97 % массы солевого состава океанической воды). Основные его минералы — пироксен сподумен и слюда лепидолит. В случае, если литий не образовывает отдельные минералы, он в широких масштабах замещает калий в породообразующих минералах.

Его месторождениями является не только земля, но и рассолы немногих озёр. Также, необычайно высока концентрация лития в звездных образованиях, состоящих из сверхгиганта.

Широко применение лития в данных сферах:

1. Как источник тока
2. Материалы для смазки
3. Регенерация кислорода
4. Металлургия алюминия
5. Фармацевтика
6. Керамика и стекло
7. Полимеры
8. Безостановочная разливка стали
9. Окислители
10. Пиротехника
11. Сплавы
12. Электроника и радиоэлектроника
13. Ядерная энергетика
14. Сушка газов
15. Медицина
16. Текстильная промышленность
17. Пищевая промышленность.

Биологическая роль лития

Так как литий участвует во многих важнейших для человека биологических процессах, его наличие в организме как микроэлемента незаменимо и достигает до 200 мкг/день для взрослого человека. В большей степени располагается в лимфоузлах, сердце, печени, кишечнике, щитовидной железе, лёгких, надпочечниках и в плазме крови.

Процессы, в которых литий принимает активное участие:

• Понижает уровень нервной возбудимости
• Поддерживает в норме иммунную систему
• Предупреждает возникновение аллергии
• Принимает участие в обменах углеродами и жирами

Помимо этого, литейные препараты нашли весьма обширное применение в профилактике и лечении психических расстройств. Выведение же лития из организма человека происходит главным образом через почки.

По материалам сайта chemicalportal.ru

Источник: kardaeva.ru