БСЭ. Литий
Начало Вверх

ЛИТИЙ (лат. Lithium), Li, химич. элемент I группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 3, ат. масса 6,941, относится к щелочным металлам. Природный Л. состоит из двух стабильных изотопов- 6Li (7,42%) и 'Li (92,58%). Л. был открыт в 1817 швед. химиком А. Арфведсоном в минерале петалите; название от греч. lithos - камень. Металлич. Л. впервые получен в 1818 англ, 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 5-10~5 % (в основных 1,5-10~3%, средних - 2-10-3%, кислых 4-10-=%). Близость ионных радиусов Li+, Fe2+ и Mg2+ позволяет Л. входить в решётки магнезиально-железистых силикатов - пирок- сенов 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 (см. Литиевые руды). 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 %). Пром. месторождения Л. связаны как с магматич. породами (пегматиты, пневматолиты), так и с биосферой (солёные озёра).

Физич. и химич. свойства. Компактный Л.- серебристо-белый металл, быстро покрывающийся тёмно-серым налётом, состоящим из нитрида LiaN и окиси Li2O. При обычной температуре Л. кристаллизуется в кубич. объёмно-центрированной решётке, а = 3,5098 А. Атомный радиус 1,57 А, ионный радиус Ц+ 0,68 А. Ниже -195 °С решётка Л. гексагональная плотноупакованная. Л.- самый лёгкий металл; плотность 0,534 г/см3 (20 °С); tm. 180,5 "С, tma. 1317 °С. Удельная теплоёмкость (при 0-100 °С)3,31-103 дж/("г-К), т. е. 0,790 кал/(г-град); термический коэффициент линейного расширения 5,6-10-5. Удельное электрическое сопротивление (20 °С) 9,29-10-» ом-м (9,29 мком-см); температурный коэфф. электрич. 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/м2 (1,7 кгс/мм2). Модуль упругости 5 Гн/м* (500 кгс/мм2), предел прочности при растяжении 116 Мн/м2 (11,8 кгс/мм2), относит, удлинение 50-70% . Пары Л. окрашивают пламя в карминово-красный цвет.

Конфигурация внеш. электронной оболочки атома Л. 2s1; во всех известных соединениях он одновалентен. При взаимодействии с кислородом или при нагревании на воздухе (горит голубым пламенем) Л. образует окись 1Л2О (перекись Li2O2 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 иодом при нагревании), образуя галогениды (важнейший - лития хлорид). При нагревании с серой Л. даёт сульфид Li2S, а с водородом - лития гидрид. С азотом Л. медленно реагирует уже при комнатной темп-ре, энергично - при 250 °С с образованием нитрида LiaN. С фосфором Л. непосредственно не взаимодействует, но в спец. условиях могут быть получены фосфиды LiaP, LiP, Li2P2. Нагревание Л. с углеродом приводит к получению карбида Li2C2, с кремнием- силицида Л. Бинарные соединения Л.- П2О, LiH, Li3N, Li2C2, LiCl и др., а также LiOH весьма реакционноспособны; при нагревании или плавлении они разрушают многие металлы, фарфор, кварц и др. материалы. Карбонат (см. Лития карбонат), фторид LiF, фосфат Li3PO4 и др. соединения Л. по условиям образования и свойствам близки к соответствующим производным магния и кальция.

Л. образует многочисл. литийорганические соединения, что определяет его большую роль в органич. синтезе.

Л.- компонент многих сплавов. С нек-рыми металлами (Mg, Zn, A1) он образует твёрдые растворы значит, концентрации, со многими - интерметаллиды (LiAg, LiHg, LiMg2, LiAl и мн. др.). Последние часто весьма тверды и тугоплавки, незначительно изменяются на воздухе; нек-рые 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 гидрометаллургич. 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:

1408-1.jpg

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

1408-2.jpg

По сульфатному методу сподумен (и др. алюмосиликаты) спекают с сульфатом калия:

1408-3.jpg
Сульфат  Л. растворяют в воде и из его раствора содой осаждают карбонат Л.:

Li2SO4+Na2CO3=Li.iCO31 -f-Na2SC>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 (..-модификации сподумена):

1408-4.jpg
Метод используется для переработки руд, необогащённых сподуменом, если содержание в них Li2O 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.

Металлич. 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 металлич. Л. содержит механич. включения и примеси (К, Mg, Ca, A1, Si, Fe, но гл. обр. Na). Включения удаляются переплавкой, примеси - рафинированием при пониженном давлении. В наст, время большое внимание уделяется металлотермич. методам получения Л.

Важнейшая область применения Л. - ядерная энергетика. Изотоп 61Л - единственный пром. источник для произ-ва трития (см. Водород) по реакции:

1408-5.jpg
Сечения захвата тепловых нейтронов (а) изотопами Л. резко различаются: 6Li 945,7Li 0,033; для естественной смеси 67 (в барнах); это важно в связи с тех- нич. применением Л.- при изготовлении регулирующих стержней в системе защиты реакторов. Жидкий Л. (в виде изотопа 7Li) используется в качестве теплоносителя в урановых реакторах. Расплавленный 7LiF применяется как растворитель соединений U и Th в гомогенных реакторах. Крупнейшим потребителем соединений Л. является силикатная пром-сть, в к-рой используют минералы Л., LiF, Li2CO3 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. Плюгирв.

Литий в организме. Л. постоянно входит в состав живых организмов, однако его биол. роль выяснена недостаточно. Установлено, что у растений Л. повышает устойчивость к болезням, усиливает фотохимич. активность хлоропластов в листьях (томаты) и синтез никотина (табак). Способность концентрировать Л. сильнее всего выражена среди мор. организмов у красных и бурых водорослей, а среди наземных растений - у представителей сем. Ranunculaceae (василистник, лютик) и сем. Solanaceae (дереза). У животных Л. концентрируется гл. обр. в печени и лёгких.

Лит.: П л ю щ е в В. Е., С т е п и н Б. Д., Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия, М., 1970; Ландольт П., С и т т и г М., Литий, в кн.: Справочник по редким металлам, пер. с англ., М., 1965.

Яндекс.Метрика

© (составление) libelli.ru 2003-2016