Li — Літій

Літій в атмосфері аргону зберігає своє забарвлення.

Коли Деві проводив свої знамениті досліди по електролізу лужних земель, про існування літію ніхто й не підозрював. Літієва лужна земля була відкрита лише в 1817 р. талановитим хіміком-аналітиком, одним з учнів Берцеліуса Арфведсоном.

У 1800 р. бразильський мінералог ді Андраді і Сільва, здійснюючи наукову подорож по Європі, знайшов в Швеції два нових мінерали, названих ним петалітом і сподуменом, причому перший з них через кілька років був знову відкритий на острові Уте.

Арфведсон зацікавився петалітом, провів повний його аналіз і виявив незрозумілу втрату близько 4% речовини. Повторюючи аналізи більш ретельно, він встановив, що в петаліті міститься "вогнетривкий луг невідомої до цих пір природи". Берцеліус запропонував назвати її літіоном (Lithion), оскільки цей луг, на відміну від калі і натра, вперше був знайдений в "царстві мінералів" (каменів). Назва ця утворена від грец. λίθος — камінь. Пізніше Арфведсон виявив літієву землю, або Літин, і в деяких інших мінералах, проте його спроби виділити вільний метал не увінчалися успіхом. Дуже невелика кількість металічного літію була отримана Деві і Бранде у 1818 році шляхом електролізу лугу. У 1855 р. Бунзен і Маттессен розробили промисловий спосіб отримання металічного літію електролізом хлориду літію.

Літій було відкрито Й. Арфведсоном спочатку в мінералі петаліті (Li,Na)[Si₄AlO₁₀], а потім — у сподумені LiAl[Si₂O₆] і в лепідоліті KLi_1,5Al_1,5[Si₃AlO₁₀](F,OH) ₂.

Сучасну назву було запропоновано Берцеліусом.

Хоча літій широко поширені на Землі, він не зустрічається у вільному вигляді в зв'язку з його високою реакційною здатністю. Загальний вміст літію в морській воді дуже великий і становить до 230 млрд. тонн.

Літій за геохімічними властивостями належить до великоіонних літофільних елементів, в числі яких калій, рубідій і цезій. Вміст літію у верхній континентальній корі складає 21 г/т, в морській воді 0,17 мг/л. Основні мінерали літію — слюда лепідоліт — KLi_1,5Al_1,5[Si₃AlO₁₀] (F, OH)₂ і піроксен сподумен — LiAl [Si₂O₆]. Коли Літій не утворює самостійних мінералів, він ізоморфно заміщає Калій в досить поширених породоутворюючих мінералах. Родовища Літію приурочені до рідкіснометалевих гранітних інтрузій, у зв'язку з якими розвиваються літієносні пегматити або гідротермальні комплексні родовища, що містять також олово, вольфрам, вісмут та інші метали. Варто особливо відзначити специфічні породи онгоніти — граніти з магматичним топазом, високим вмістом Флуору та води, і виключно високими концентраціями різних рідкісних елементів, у тому числі і літію.

Інший тип родовищ літію — розсоли деяких сильносолоних озер.

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

Україна має значні запаси літію, пов'язані з рідкіснометалічними гранітними пегматитами протерозою. У Західному Приазов'ї розвідані родовища Крута Балка і Шевченківське. У центральній частині Українського щита, у Шполяно-Ташлицькому рудному районі — родовища Полохівське, Станкуватське, «Надія» і прояв Липнязький. Найперспективнішим вважається Полохівське літієве (петалітові руди) родовище (Кіровоградська область). У 1994 році Мінпромом України запропоновано підготувати до промислового освоєння Шевченківське родовище літієвих руд у Запорізькій області. Проведено оцінку і складено ТЕО розробки Полохівського родовища літію. Це може не тільки забезпечити потреби у літії різних галузей промисловості, але і збільшити її експортний потенціал.

Наразі для отримання металевого літію його природні мінерали розкладають сірчаною кислотою (кислотний спосіб), або спікають з CaO чи CaCO₃ (лужний спосіб), або обробляють K₂SO₄ (сольовий спосіб). Потім вилуговують водою. У будь-якому випадку з отриманого розчину виділяють погано розчинний карбонат літію Li₂CO₃, який потім перетворюють на хлорид LiCl. Електроліз розплаву хлориду літію здійснюють у суміші з KCl або BaCl₂ (ці солі слугують для зниження температури плавлення суміші).

ВІДЕО: Відтворення промистового процесу одержання літію.

Переглянути відео

Надалі отриманий літій очищують методом вакуумної дистиляції.

Як і інші лужні метали, літій має один валентний електрон, який легко може відщеплюватись. Завдяки чому, цей метал є хорошим провідником тепла й електричного струму.

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

Літій вкритий чорним нальотом оксиду (на повітрі).

Літій метал досить м'який, ріжеться ножем. На зрізі він має сріблясто-білий колір, який швидко змінюється на сірий через окислення. Літій — метал із низькою температурою плавлення (180,54 °C), проте, він має найвищу температуру плавлення і кипіння (кип. 1340 °C) серед лужних металів.

Це найлегший метал в періодичній таблиці, настільки легкий, що не тоне у воді і навіть у нафті. Він має дуже малу густину, близько 0,534 г/см³. Він плаває у воді, але взаємодіє з нею.

Це речовина із найменшою густиною серед простих речовин, які не є газами за кімнатної температури. Наступна проста речовина має на 60% більшу густину (калій, 0,862 г/см³). Крім того, крім гелію і водню, він є простою речовиною, що має найменшу густину, в твердому або рідкому стані, маючи лише 2/3 густини рідкого азоту (0,808 г/см³).

Коефіцієнт теплового розширення літію в два рази більший ніж в алюмінію і майже в чотири рази більший, ніж у заліза. Він має найвищу питом у теплоємність серед інших простих речовин. Літій є надпровідним нижче 400 мкК при нормальному тиску і при більш високих температурах (понад 9 K) при дуже високому тиску (> 20 ГПа).

За кімнатної температури металічний літій має кубічну об'ємноцентровану ґратку. Нижче 78 К стійкою є гексагональна структура.

Декілька алотропних форм були зареєстровані для літію при високому тиску.

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, рубідієм і цезієм, в той час як інші пари лужних металів змішуються один з одним в будь-яких співвідношеннях.

Ймовірно, найбільш розчинною сіллю є літій хлорат — LiClO₃: у 100 г води при 18 °C розчиняється 313,5 г LiClO₃.

Літій зберігають у петролейному ефірі, парафіні, газоліні або мінеральному маслі в герметично закритих жерстяних коробках. Досить великі злитки літію звичайно запаюють в металеві банки.

Чотирьохкілограмовий злиток літію, запаяний в алюмінієву банку під аргоном.

Дрібні крихти металевого літію викликають хімічні опіки при потраплянні на вологу шкіру, слизові оболонки і в очі. Тому працювати з ним можна тільки в захисному одязі і окулярах. Зпалахнувший літій засипають NaCl або содою. Зберігають літій в герметично закритих жерстяних коробках під шаром пастоподібної маси з парафіну і мінерального масла або в тонкостінних алюмінієвих або мідних оболонках; допускається зберігання під шаром газоліну або петролейного ефіру. Відходи літію не можна викидати в сміття, для утилізації їх слід обробити етиловим спиртом:

Утворений літій етилат потім розкладають водою до спирту та гідроксиду літію LiOH:

Літій — лужний метал, нестійкий на повітрі. Він є найменш активним лужним металом, з сухим повітрям (і навіть із сухим киснем) за кімнатної температури практично не реагує. З цієї причини літій є єдиним лужним металом, який не зберігається в гасі (до того ж густина літію настільки мала, що він буде в ньому плавати) і може нетривалий час зберігатися на повітрі.

У вологому повітрі поволі окислюється, перетворюючись на нітрид Li₃N, гідроксид LiOH і карбонат Li₂CO₃. У кисні при нагріванні горить, перетворюючись на оксид Li₂O із домішками пероксиду Li₂O₂. Є цікава особливість, що в інтервалі температур від 100 °C до 300 °C літій покривається щільною оксидною плівкою, і надалі не окиснюється.

ВІДЕО: Горіння літію в кисні

Переглянути відео

Спокійно, без вибуху і загоряння, реагує з водою, утворюючи LiOH і H₂.

ВІДЕО: Взаємодія літію з водою.

Переглянути відео

Літій реагує з воднем (при 500-700 °C) з утворенням літій гідриду

з галогенами (з йодом — тільки при нагріванні)

ВІДЕО: Взаємодія літію з хлором.

Переглянути відео

ВІДЕО: Взаємодія літію з йодом.

Переглянути відео

При 130 °C реагує із сіркою з утворенням сульфіду.

ВІДЕО: Взаємодія літію з сіркою.

Переглянути відео

У вакуумі при температурі вище 200 °C реагує з вуглецем (утворюється ацетиленід).

При 600-700 °C літій реагує з кремнієм з утворенням силіциду.

Літій є єдиним металом, який вступає в реакцію з азотом при нормальних умовах.

ВІДЕО: Взаємодія літію з азотом.

Переглянути відео

Реагує також з етиловим спиртом (з утворенням алкоголяту)

ВІДЕО: Взаємодія літію з етанолом.

Переглянути відео

Хімічно розчинний в рідкому аміаку (-40 °C), утворюється синій розчин.

ВІДЕО: Взаємодія літію з рідким аміаком.

Переглянути відео

Літій карбонат Li₂CO₃ (а також інші солі Літію) є каталізатором реакції горіння цукру. На повітрі цукор запалити не можна. Проте якщо поверхню цукру притрусити літій карбонатом то цукор запалюється сірником. і горить потріскуючи.

C₁₂H₂₂O₁₁ + 12O₂ → 12CO₂ + 11H₂O

Горіння цукру, який посипали літій карбонатом.

ВІДЕО: Горіння цукру з літій карбонатом.

Переглянути відео

Тютюн у своєму складі містить літій. При згорянні тютюну літій переходить у літій карбонат, який міститиметься у попелі. Тому цигарковий попел теж має каталітичні властивості стосовно реакції горіння цукру.

ВІДЕО: Горіння цукру з попелом від сигарети.

Переглянути відео

У 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 подразнюють слизову оболонку носоглотки.

З літію виготовляють аноди хімічних джерел струму (акумуляторів), що працюють на основі твердих електролітів.

Завдяки дуже високій питомої теплоємності, рідкий літій (часто у вигляді сплаву з натрієм або цезієм-133) може слугувати ефективним теплоносієм. У ядерних реакторах із цією метою застосовують ізотоп ⁷Li.

Опромінюючи нуклід ⁶Li тепловими нейтронами, отримують радіоактивний тритій ³₁H (Т): ⁶₃Li + ¹₀n = ³₁H + ⁴₂He.

Літій та його сполуки широко застосовують у силікатній промисловості для виготовлення спеціальних сортів скла і покриття порцеляни, у чорній та кольоровій металургії (для розкислювання, підвищення пластичності та міцності сплавів), для отримання пластичних мастил.

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 та силікату літію створено кераміку, що твердіє за кімнатної температури і застосовується у військовій техніці, металургії, і, у перспективі, у термоядерній енергетиці. Величезну міцність має скло на основі літій-алюміній-силікату, зміцнене волокнами силіцій карбіду. Літій дуже ефективно зміцнює сплави свинцю і додає їм пластичності та стійкості проти корозії.

Літій та його сполуки широко застосовуються в ракетній техніці. Суміш парів літію з молекулярним воднем є ефективним робочим тілом для газофазних ядерних ракетних двигунів. Рідкий літій використовується в якості робочого тіла в електроракетних двигунах, зокрема — у потужних ЕРД. Літій використовується як власне ракетне паливо або як добавка до нього. Перхлорат і нітрат літію застосовуються як окислювач ракетного палива.

З літію виготовляють аноди хімічних джерел струму (акумуляторів, наприклад літій-хлорних акумуляторів) і гальванічних елементів з твердим електролітом (наприклад, літій-хромсрібний, літій-бісмутатний, літій-окисномідний, літій-двуокисномарганцевий, літій-йодсвинцевий, літій-йодний, літій-тіонілхлоридний, літій-оксидванадієвий, літій-фторомідний, літій-двуокисносірчаний елементи), що працюють на основі неводних рідких і твердих електролітів (тетрагідрофуран, пропіленкарбонат, метилформіата, ацетонітрил).

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

Металічний літій викликає опіки при попаданні на вологу шкіру, слизові оболонки та в очі.

Вдихання пилу літію або літієвих сполук (які часто є лужними) спочатку подразнюють ніс і горло, а далі дія може призвести до накопичення рідини в легенях, що призводить до набряку легенів.

Літій постійно входить до складу живих організмів, проте його біологічна роль з'ясована недостатньо. Встановлено, що у рослин літій підвищує стійкість до хвороб, підсилює фотохімічну активність хлоропластів в листках (томати) і синтез нікотину (тютюн). Здатність концентрувати літій найсильніше виражена серед морських організмів у червоних і бурих водоростей, а серед наземних рослин — у представників родини жовтецевих (рутвиця, жовтець) і родини пасльонових (дереза). Переважно в організмі знаходиться в щитовидній залозі, лімфовузлах, серці, печінці, легенях, кишечнику, плазмі крові, наднирниках. В організмі середньої людини (маса 70 кг) міститься близько 0,7 мг літію. Токсична доза 90-200 мг. Літій бере участь у важливих процесах:

Препарати літію широко використовуються в терапії психічних розладів.


Супутникові знімки Салар дель Хомбре Муерто, Аргентини (ліворуч) і Уюні, Болівія (праворуч), солончаки, багаті літієм. Багату на Літій рапу закачують насосами у ставки для випаровування на сонці (видно на лівому знімку).

3	Літій
Li	6,941
1s²2s¹