Вы здесь

Литий

Литий (Li) —щелочной металл. В компактном состоянии серебристо-белого цвета. Получил название от греческого lithos (камень). Открыт шведским химиком А. Арфведсоном в 1817 г. в минерале петалите (алюмосиликата лития).

Металлический литий впервые выделен английским ученым Дэви в 1818 г. электролизом оксида лития. В 1885 г. в значительных количест­вах металлический литий получен независимо друг от друга Бунзеном (Германия) и Матиссеном (Англия) путем электролиза (электролитом служил хлорид лития).

Содержание лития в земной коре 0,0065 % (по массе). В свободном состоянии литий ие встречается из-за большой химической активности.

Основные минералы, содержащие литнй н имеющие промышленное зна­чение: сподумен (6—7% Li20); петалит (3,5—4,9% Li20); амблиго-иит (8—10 % Li20). Кроме того, к литийсодержащим минералам отно­сятся литиевые слюды — цинвальдит (3,0—3,5 % Li20) и лепидолит (4—6 % Li20). Литий содержится также в воде минеральных источни­ков, морской и озерной воде, в каменных углях, в живых организмах н растениях.

В промышленности металлический литий получают путем электроли­за расплавленного хлорида лития или смеси расплавленных хлорида лития и хлорида калия с применением графитированного анода и сталь­ного катода. Литий высокой чистоты (99,95%), почти свободный от примесей щелочных и щелочноземельных металлов, получают электро­лизом насыщенного раствора LiCl в пиридине, разложением соединения NH3Li в вакууме при 50—60 °С и восстановлением окиси лития алюми­нием в вакууме (-10-1 Па) при 950—1000 °С.

Прн транспортировке лития тару следует предохранять от ме­ханических повреждений и попадания влаги, так как литий воспламеняется от воды. На складах литий следует хранить при темпе­ратуре не выше 240 °С и относительной влажности не более 85%. В складских помещениях должны быть средства пожаротушения и от­сутствовать водяные и паровые коммуникации. Для тушения горящего лития применяют порошкообразный технический хлористый калий (влажность порошка не более 1 %), сухой графитовый порошок, инерт­ный газ (аргои).

Работникам, имеющим дело с литием, необходимо соблюдать прави­ла техники безопасности, принятые в химической промышленности для работы со щелочными металлами. Работа с литием в атмосфере возду­ха относится к категории взрыво-, пожароопасных. При горении лития образуется густой дым его конденсатов и соединений. Температура са­мовоспламенения лития на воздухе 640 °С. Температура горения 1300 "С.

Литий не летуч и не дает ингаляционного поражения. Продукты сгорания лития относятся к классу чрезвычайно опасных соединений (1-й класс опасности). Оии обладают резким раздражающим действи­ем, вызывая поражения слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, а также общетоксическим действием. Допустимая концентрация про­дуктов сгорания лития не должна превышать 0,02 мг/м3. Необходимо также принимать меры по защите окружающей среды (очистка сточ­ных вод и газовых выбросов от загрязнения литием).

При работе с расплавленным литием следует пользоваться маской С-40; для защиты органов дыхания в атмосфере аэрозолей лития и его соединений необходимо пользоваться респиратором типа «лепесток», органов зрения — герметичными защитными очками. В случае попада­ния расплавленного литня на кожу его удаляют сухим тампоном или тампоном, смоченным рыбьим жнром, а затем обильно обмывают пора­женное место водой и нейтрализуют 2—3 %-ным раствором борной кислоты, после чего накладывают сухую повязку. При попадании в гла­за литий немедленно удаляют ватным тампоном или хлопчатобумажной тканью, смоченной рыбьим жиром, а затем промывают глаза струей 1—2 %-иого раствора борной кислоты или чистой водой.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 3, атомная масса 6,941 а. е. м., атомный объем 13,1-Ю-6 м3/моль. Потенциалы ионизации атомов J (эВ): 5,39; 75,61; 122,42. Электроотрицательиость 0,97.

Из щелочных металлов Li обладает наименьшим атомным радиусом (0,157 нм), а следовательно, наибольшим ионизационным потенциалом У) = 5,39 эВ, поэтому литий химически менее активен по сравнению с другими щелочными металлами. Ионный радиус Li+ равен 0,068 нм. Благодаря малому атомному радиусу литий обладает наиболее проч­ной кристаллической решеткой по сравнению с остальными щелочными металлами. Это обусловливает наиболее высокие температуры плавле­ния и кипения лития по сравнению с его аналогами. При нормальной температуре литий имеет о.ц. к. решетку, период решетки 0,35023 им, координационное число 8, межатомное расстояние 0,30331 нм. Ниже —195 °С литий кристаллизуется в г. п. у. решетке с о=0,3111 нм и с=0,5093 им. Энергия кристаллической решетки 155,2 мкДж/кмоль.

Природный литий (эффективное поперечное сечение захвата тепло­вых нейтронов 67±2-10-28 м2) состоит из двух стабильных изотопов 6 Li (7,42 %) и 7 Li (92,58 %)• Тяжелый изотоп 7 Li прозрачен для ней­тронов, имеет эффективное поперечное сечение захвата тепловых ней­тронов 0,033-Ю-28 м2; e Li активно поглощает тепловые нейтроны; эф­фективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 912-Ю-28 м2. Получены искусственные радиоактивные изотопы 8 Li и 9 Li. Период по­лураспада их соответственно 0,841 и 0,168 с.

Температурный коэффициент электрического сопротивления при 273—373 К а=4,50-10_3 К-1. Абсолютный коэффициент т. э. д. с. при 298 К е= + 12,2 мкВ/К. Постоянная Холла при комнатной температуре R = —2-Ю-10 м3/Кл. Удельная магнитная восприимчивость при 298 К Х=+2,04 -Ю-9.

Литий парамагнитен, соединения его диамагнитны. Наибольшее зна. ченис коэффициента вторичной электронной эмиссии о mах=0,5 при ус­коряющем напряжении первичных электронов 0,085 кэВ.

Литий взаимодействует со многими органическими соединениями и их галоидными производными. Ои бурно реагирует с разбавленными минеральными кислотами, а также с соляной и азотной; с концентриро­ванной азотной кислотой он реагирует медленно. Лнтий легко сплав­ляется почти со всеми металлами, за исключением железа. При повы­шенных температурах литий энергично вступает во взаимодействие с хлором, бромом, нодом, углеродом и др. Литий горит с образова­нием оксида. В сухом воздухе не загорается. При низкой температу­ре на воздухе корродирует (тускнеет-, в отдельных местах покрывается темно-коричневым налетом). Продукты коррозии лития могут вос­пламеняться при 200 °С, поэтому хранить литий следует только в гер­метично закрытых сосудах или в инертной среде. Литий быстро окисляется в атмосфере влажного воздуха. Если влажность воздуха не превышает 80 %, то литий медленно реагирует с азотом, образуя нит­рид LiN . В более влажном воздухе образуется гидроксид LiOH .

Кроме L 1 N , известны также нитрид лития Li 3 N , имид лития LiNH 3 , амнд лития LiNH 2 , азид лития LiN 3 , нитрид лития LiN 02, нитрат ли­тия LiN 03. Взаимодействие лития с водой происходит без плавления и самовозгорания с образованием гидроксида LiOH и выделением во­дорода. При непосредственном взаимодействии расплавленного лития с водородом образуется гидрид LiH . С кислородом литий образует оксид Li20 и пероксид Li202. С сухнм кислородом при низкой темпе­ратуре не реагирует. При соединении лития с углеродом образуется карбид лития Li2C2, который представляет собой бесцветное хрупкое кристаллическое вещество плотностью 1 ,65 Мг/м3. Другое соединение лития с углеродом — карбонат лнтия Li2C03.

Прн взаимодействии лития с хлором образуются соединения: хло­рид лития LiCl, гипохлорид лития LiCIO, хлорит лнтия LiC102, перхло­рат лития LiC104 и хлорат лития LiC103.

Непосредственное соединение брома и литня дает бромистый литий LiBr, который выделяется в виде белых кристаллов правильной фор­мы с различным содержанием кристаллизационной воды. Другие со­единения литня с бромом — гнпобромит лития LiBrO и бромит лития LiBr02 — образуются при добавке брома к раствору гидроксида лития.

Литий с фтором образует фторид лития LiF, который кристалли­зуется в виде белых мелких кристаллов правильной формы.

Известны три соединения лития с иодом — йодистый лнтий Lil, иодат лития LiI03 и периодит лития LiI04.

Соединения лития с серой — сульфат лития Li2S04 и сульфид ли­тия Li2S. Безводный сульфат лития представляет собой мелкие белые призматические кристаллы, сульфид лития—кристаллы зеленовато, желтого цвета.

Известны соединения лития с кремнием в виде силикатов и силици­дов литий. Силикаты лития кристаллизуются в трех соединениях: орто-силикат лития Li4S04, метасиликат лития Li2S03 и дисиликат лития Li3S20s. Силициды лития: тетралитийсилицид Li4Si, трилитийсилицид Li3Si, дилитийсилицид Li2Si.

Сплавы системы литий — кремний представляют практический инте­рес как активные раскислнтели.

Соединения лития с фосфором: фосфид лития переменного состава LuPy, гипофосфит лития LiH2P02, ортофосфат лития Li3P04, моно-гидрофосфат лнтия Li2HP04, дигидрофосфат лития LiH2P04, пирофос-фат лития Li4P207, метафосфат лития LiP03, гипофосфат лития Li4P206, двузамещенный LiHP03 и однозамещенный LiH2P03 фосфиты литня.

Соединения с селеном и теллуром: селенид Li2Se, представляющий собой красно-коричневое кристаллическое вещество, теллурид Li2Te — бесцветное кристаллическое вещество.

Имеются два соединения с мышьяком: трилитийарсенид Li3As — ве­щество коричневого цвета и монолитийарсенид LiAs.

Технологические свойства

Литий обладает очень высокой пластичностью и может легко дефор­мироваться при комнатной температуре прессованием, прокаткой и волочением. При этом не происходит упрочнения, так как температура рекристаллизации лития лежит ниже 20 "С. В холодном состоянии ли­тий легко режется ножом. Приращение объема при плавлении 1,5%. Давление истечения (при 15—20 °С) равно 17 МПа,

Области применения

Важнейшей областью применения лития и его соединений является ядерная энергетика (получение трития при бомбардировке изотопа 6 Li нейтронами).

Дейтерид лития используется в качестве твердого горючего в во­дородных бомбах, жидкий 7 Li — в качестве теплоносителя в ядерных реакторах. Ряд соединений лития применяют в военной технике, а также как топливо для ракет космических кораблей, управляемых снарядов подводных лодок, сверхскоростной авиации и т. д.

Широко применяются соединения лития прн получении керамики, эмали, специальных стекол, при сварке алюминиевых и магниевых спла­вов, в химической промышленности, в холодильной технике, в радио­электронике и т. д.

В металлургии литий, его соединения и литийсодержащие сплавы используют для раскисления, дегазации и десульфурации расплавов различных металлов и сплавов. Для этой цели обычно применяют 2 %-ные лигатуры с теми металлами, которые подвергаются раскисле­нию. Литиевые лигатуры (кремний — литий, алюминий — литий, маг­ний — литий, кальций — литий, железо — кремний — литий и др.) слу­жат присадками к углеродистым и специальным сталям, оказывая раскисляющее действие, повышая жидкотекучесть, механические и кор­розионные свойства сплавов.

Литий используют для повышения прочности и пластичности спла­вов, снижения их плотности, повышения коррозноиной стойкости. До­бавки лития к магнию позволяют получать сверхлегкие сплавы, плот­ность которых на 15—25 % ниже плотности стандартных магниевых сплавов. Легирование алюминия литием снижает плотность алюминие­вых сплавов иа 10—12 %.

Литий улучшает антифрикционные и механические свойства подшип­никовых сплавов, в частности в свннцовокальциевые баббиты вводят для этой цели 0,04 % Li . Литий улучшает литейные свойства чугуна. Некоторые соединения лития в последние годы находят применение в медицине.