Другие химические свойства лития. Нахождение в природе и получение

Небольшой размер атома и иона лития и, как следствие, высокая поверхностная плотность заряда приводит к некоторым заметным отличиям в химических свойствах лития от других элементов группы. По многим свойствам химия лития оказывается ближе химии магния (правило диагонали). Поляризующая способность Li+, наивысшая среди ионов щелочных элементов, приводит к необычайно высокой сольватации и образованию ковалентной связи.

1. Реакционная способность элементов 1-ой группы по отношению ко всем химическим агентам за исключением азота возрастает с увеличением электроположительности элемента (Li→Cs). Li наименее активен, довольно медленно реагирует с водой при 25 ºС, Na – энергично, К воспламеняется, Rb и Cs реагируют со взрывом.

2. Li – единственный из щелочных металлов, дающий устойчивый нитрид, Li 3 N (как и Mg).

3. Литий образует устойчивый гидрид, LiH, (т-ра разложения – 850 ºС), для сравнения – NaH разлагается при 420 ºС, KH – при 400 ºС, RbH – при 360 ºС, CsH – при 390 ºС.

4. При сгорании на воздухе или в кислороде литий образует только оксид, другие щелочные элементы – пероксиды (М 2 О 2) и надпероксиды (МО 2).

5. Гидроксид лития, LiOH, значительно меньше растворим в воде, чем гидроксиды остальных элементов, при температуре выше 600 ºC он начинает разлагаться на оксид и воду, в то время как гидроксиды остальных щелочных элементов не разлагаются при нагревании.

6. Литий реагирует с углем, образуя карбиды Li 2 C 2 , Li 4 C 3 .

7. Карбонат лития, Li 2 CO 3 , при нагревании выше 800 ºС разлагается.

8. Карбонат, ортофосфат и фторид лития мало растворимы в воде, как и аналогичные соли магния.

9. Хлорид, бромид, иодид и перхлорат лития растворим в этаноле.

10. Литий не образует квасцов.

11. Литий образует более устойчивые комплексы, чем остальные щелочные элементы, являясь комплексообразователем (например, +).

Литий был открыт в 1817 г шведским химиком А. Арфведсеном в минерале петалите (Li 2 O Al 2 O 3 8SiO 2), получил название от греческого слова литос – камень.

Впервые металлический литий получен в 1818г Г. Дэви электролизом оксида лития. Природный литий состоит из двух стабильных изотопов Li-6 (7,52%) и Li-7 (92,48%), наблюдаются заметные количественные колебания изотопного состава лития в минералах и, следовательно, в соединениях. Получены искусственные радиоактивные изотопы лития Li-8 (Т1/2=0,841сек) и Li-9 (Т1/2=0,168сек). Важной для использования особенностью атома лития является резкое различие в значениях поперечного сечения поглощения тепловых нейтронов (σ) барн для Li-6 – 945, для Li-7 – 0,033.

Компактный литий – серебристо-белый металл, быстро тускнеющий на воздухе вследствие образования темно-серого налета, состоящего из оксида и нитрида лития. Литий кристаллизуется в ОЦК решетке (к.ч. 8) с металлическим типом химической связи, наличие одного валентного электрона обуславливает низкие значения энергии кристаллической решетки, металлический блеск, высокую электропроводность, низкие температуры плавления и кипения (см. табл.1). Литий парамагнитен, это весьма пластичный, вязкий металл, хорошо обрабатывается прессованием и прокаткой, легко протягивается в проволоку. Литий стоит первым в ряду напряжений, его нормальный электродный потенциал равен –3,05V. В водном растворе ион Li гидратирован значительно сильнее ионов других щелочных элементов, гидратированный ион лития имеет наибольший радиус и наименьшую подвижность, поэтому выделение лития электролизом водных растворов невозможно. В расплавах солей потенциал выделения лития (–2,1V) более положительный. Это соответствует характеру изменения энергии ионизации в ряду щелочных элементов и определяет возможность получения лития электролизом расплавов (табл.1).

Для лития характерны почти все важнейшие реакции щелочных элементов, но протекают они менее энергично. Взаимодействие лития с воздухом зависит от чистоты и состояния поверхности слитка, температуры и влажности воздуха. С сухим воздухом литий реагирует медленно и окисляется только при нагревании. С сухим кислородом при низких температурах литий не реагирует, при нагревании образует оксид Li 2 O, образование перекисных соединений при окислении не характерно. С водой литий реагирует с образованием гидроксида и выделением водорода. Литий непосредственно взаимодействует с фтором, хлором и бромом, при нагревании – с иодом, образуя соответствующие галогениды; при нагревании взаимодействует с серой и ее парами, диоксидом углерода, углеродом и кремнием. Расплавленный литий восстанавливает SiO 2 до элементарного кремния, оказывает корродирующее действие на ряд металлов и других материалов. При нагревании (> 500 ºС) взаимодействует с водородом, образуя гидрид LiH. При комнатной температуре литий медленно реагирует с азотом воздуха с образованием нитрида Li 3 N; начиная с 250 ºС реакция усиливается. В токе сухого азота реакция протекает быстро (при нагревании – с воспламенением) с полным переходом лития в нитрид.

С разбавленными минеральными кислотами литий реагирует бурно с образованием солей и выделением водорода; с концентрированной H 2 SO 4 реагирует медленно, концентрированная HNO 3 окисляет литий. Литий растворяется в жидком аммиаке, образуя окрашенные растворы, цвет которых зависит от концентрации. Разбавленные растворы содержат сольватированные катионы лития и электроны:

nNH 3 + Li(тв.) = + + е ∙xNH 3 (1)

Сольватированные электроны придают раствору синий цвет. Эти электроны не могут свободно передвигаться, т.к. связаны с молекулами NH 3 , поэтому электропроводность таких растворов (σ) низкая (< 10 -8 Ом -1 см -1). Концентрированный раствор лития в жидком аммиаке – самая легкая при обычных условиях жидкость, при 20 ºС ее плотность 0,48 г/см3, что вдвое легче воды.

Литий образует многочисленные металлоорганические соединения в ряду бензола, нафталина, антрацена и др. Эти соединения имеют связь углерод – литий и используются в органическом синтезе.

Литий легко сплавляется почти со всеми металлами, хорошо (хотя меньше других щелочных металлов) растворяется в ртути, является компонентом многих сплавов. С некоторыми металлами (Mg, Zn, Al, Cu, Pb) литий образует ограниченный ряд твердых растворов, со многими металлами (Ag, Hg, Mg, Zn, Cd, Al, Sn, Pb и др.) – интерметаллические соединения, например, LiAg, LiHg, LiMg 2 , Li 2 Zn 3 , LiAl, LiSn, LiSn 2 , LiPb. Эти соединения часто обладают большой твердостью, хрупкостью и устойчивы на воздухе. Литий не взаимодействует с железом и никелем, что позволяет для работы с ним использовать тигли из никеля (высокочистого) и некоторых нержавеющих сталей. До 900 ºС в расплавленном литии устойчивы титан, ниобий и тантал. Изучены бинарные системы, образованные литием со щелочными, щелочноземельными и другими металлами. Практическое значение имеют литийсодержащие сплавы на основе Al, Mg, Zn, Cu и Ca. Содержание лития в сплавах невелико (обычно 0,1 – 3,0 %), но добавки лития улучшают свойства основного металла.

Далее будут рассмотрены важнейшие соединения лития с другими элементами, при этом учитывалось не столько значение этих соединений для изучения химии лития, сколько их роль в различных технологических процессах и в современной технике.

Был открыт в 1817 году. Сделал это открытие шведский ученый Иоганн Аугуст Арфведсон, когда он исследовал разные минералы. Элемент этот находился в петалите, сподумене и лепидолите. Немного позднее, в 1818 году, Гемфри Деви получил металлический литий.

Литий и его соединения являются незаменимыми химическими элементами в жизни человека. Литий используется во многих промышленных сферах:

• в производстве химических источников тока;
• в пиротехнике: нитрат лития придает огню красный цвет;

литий часто используется как металл для сплавов - с ним получаются легкие, но в тоже время прочные припои;

также литий используют в радиоэлектронике и ядерной энергетике;

в медицине широко применяют соли лития.

Вообще, в небольших количествах литий необходим для здоровья человека и поддерживает функционирование жизненно важных органов, таких как сердце, печень и легкие.

И это далеко не все сферы, где применяется этот металл и его соединения.

Физические свойства лития

Литий представляет собой щелочной металл серебристо-белого цвета. Он пластичен и легко поддается обработке: кубик металлического лития можно разрезать ножом.

Примечательно, что литий является единственным металлом из этой группы, который кипит и плавится при довольно высоких температурах: 1340 и 180,54 °С соответственно. Но также примечательно, что, по сравнению с «щелочными соседями», у лития самая низкая (она в два раза меньше плотности воды). Из-за этого свойства литий не тонет даже в керосине.

Химические свойства

Литий относится к щелочной группе металлов, однако он устойчиво ведет себя на воздухе и практически не взаимодействует с кислородом, даже с сухим. Из-за необычных свойств лития - в отличие от других щелочных металлов - его не хранят в керосиновой жидкости. Кроме того, из-за малой плотности он держался бы на плаву. Хранить литий стоит в парафине, петролейном эфире, газолине или минеральном масле в герметичной жестяной упаковке.

Во влажном воздухе литий может вступать в медленные реакции с азотом и другими , которые входят в состав воздуха. При этом образуется: Li₃N, LiOH и Li₂­CO₃ - нитрид, гидроксид и карбонат соответственно.

Другие химические свойства лития

При нагревании с кислородом литий сгорает с образованием оксида лития Li₂O.

Литий и его соли окрашивают пламя в карминно-красный цвет.

Такая качественная реакция на литий была установлена Леопольдом Гмелином в 1818 году.

При температурах от 100 до 300 °С на поверхности лития образуется плотная оксидная пленка, которая защищает металл от дальнейшего окисления. Литий легко реагирует с галогенами (кроме йода).

С водой литий реагирует спокойно: реакция не сопровождается возгоранием или взрывом.

Литий взаимодействует со спиртами, образуя алкоголяты.

При нагревании реагирует с серой, кремнием, йодом, водородом с образованием сульфида, силицида, йодида и гидрида лития.

Реакция лития с водой

Реакция проходит довольно спокойно. Если литий - как и все щелочные металлы - опустить в воду, начнет образовываться щелочь и выделяться водород, а металл будет плавать на поверхности и буквально таять на глазах. Реакция растворения лития в воде сопровождается характерным шипением.

Щелочь, образующаяся в растворе, - гидроксид лития LiOH. Он представляет собой кристаллы белого цвета и является довольно сильным основанием:

2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂

Реакция лития и серной кислоты

Если добавить небольшую пластинку лития в концентрированную серную кислоту, получится сульфат лития, сероводород и вода.

Внимание! Не пытайтесь повторить этот опыт самостоятельно! вы найдете безопасные , которые можно проводить дома.

Сама по себе реакция опасна, особенно в домашних условиях, поскольку литий моментально загорается ярким пламенем:

8Li + 5H₂­SO₄ → 4Li₂­SO₄ + Н₂S + 4H₂O

С разбавленной серной кислотой литий взаимодействует с образованием сульфата лития и водорода.

2Li + H₂­SO₄ → Li₂­SO₄ + Н₂

Реакция лития с азотной кислотой

Если опустить кусочек лития в разбавленную азотную кислоту, образуется нитрат лития, нитрат аммония и вода:

8Li + 10H­NO₃ → 8Li­NO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O

С концентрированной азотной кислотой литий реагирует иначе. Продуктами реакции будут нитрат лития, вода и диоксид азота:

Li + 2H­NO₃ → LiNO₃ +NO₂ + H₂O

Реакция с соляной кислотой

С соляной кислотой литий реагирует как и другие металлы - образуется хлорид лития и выделяется водород:

2Li + 2HCl = 2Li­Cl + H₂

Стоить отметить, что реакция лития и других щелочных металлов с идет неоднозначно, поскольку в растворах кислот содержится вода, с которой литий активно взаимодействует с образованием гидроксида лития, который вступает в реакцию с кислотами с образованием соли и воды.

Патрошкина Валерия

В реферате представлены данные о строении атома лития, открытии элемента,нахождении в природе, физические и химические свойства, получение и применение лития и его соединений

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Кесовогорская средняя общеобразовательная школа

имени дважды Героя Советского Союза А.В.Алелюхина

Реферат

на тему « Литий(Li)»

Ученицы 11 класса

Патрошкиной Валерии

ПГТ. Кесова Гора 2017 г.

1. Характеристика элемента по плану

Литий ― это элемент 2 периода главной подгруппы I группы периодической системы Д. И. Менделеева, элемент IA или подгруппы щелочных металлов.
Строение атома лития можно отразить так: 3Li ― 2ē, 1ē. Атомы лития будут проявлять сильные восстановительные свойства: легко отдадут свой единственный внешний электрон и получат в результате степень окисления (с. о.) +1. Эти свойства атомов лития будут слабее выражены, чем у атомов натрия, что связано с увеличением радиусов атомов: Rат (Li)
Литий ― простое вещество, представляет собой металл, а, следовательно, имеет металлическую кристаллическую решетку и металлическую химическую связь. Заряд иона лития: не Li+1 (так указывают с. о.), а Li+. Общие физические свойства металлов, вытекающие из их кристаллического строения: электро- и теплопроводность, ковкость, пластичность, металлический блеск и т. д.
Литий образует оксид с формулой Li2O ― это солеобразующий, основной оксид. Это соединение образовано за счет ионной химической связи Li2+O2-, взаимодействуют с водой, образуя щелочь.
Гидроксид лития имеет формулу LiOH. Это основание ― щелочь. Химические свойства: взаимодействие с кислотами, кислотными оксидами и солями.
В подгруппе щелочных металлов отсутствует общая формула "Летучие водородные соединения". Эти металлы не образуют летучих водородных соединений. Соединения металлов с водородом ― бинарные соединения ионного типа с формулой M+H-.

2.История открытия.

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком А. Арфведсоном в минерале петалите; название от греч. lithos - камень. Металлический Литий впервые получен в 1818 году английским химиком Г. Дэви.

3.Нахождение в природе

Литий - типичный элемент земной коры (содержание 3,2·10 -3 % по массе), он накапливается в наиболее поздних продуктах дифференциации магмы - пегматитах. В мантии мало Лития - в ультраосновных породах всего 5·10 -5 % (в основных 1,5·10 -3 %, средних - 2·10 -3 %, кислых 4·10 -3 %). Близость ионных радиусов Li+, Fe 2+ и Mg 2+ позволяет Литию входить в решетки магнезиально-железистых силикатов - пироксенов и амфиболов. В гранитоидах он содержится в виде изоморфной примеси в слюдах. Только в пегматитах и в биосфере известно 28 самостоятельных минералов Лития (силикаты, фосфаты и другие). Все они редкие. В биосфере Литий 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 %).В гранидах он содержится в виде изоморфной примеси в слюдах. Только в биосфере известно 28 минералов лития и силикаты, фасфаты и другие. Все они редкие. В биосфере литий мигрирует сравнительно слабо, роль его в живом веществе меньше, чем остальных щелочных металлов. Промышленные месторождения лития связаны как с магматическими породами (пегматиты), так и с биосферной(соленые) .

4. Получение

Соединения Лития получаются в результате гидрометаллургической 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:

Li 2 O·Al 2 O 3 ·4SiO 2 + 8CaCO 3 = Li 2 O·Al 2 O 3 + 4(2CaO· SiO 2 ) + 8CO 2

При выщелачивании спека водой в присутствии избытка извести алюминат Лития разлагается с образованием гидрооксида Лития:

Li 2 O·Al 2 O 3 + CaOH 2 = 2LiOH + CaO·Al 2 O 3

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

Li 2 O·Al 2 O 3 ·4SiO 2 + K 2 SO 4 = Li 2 SO 4 + K 2 O·Al 2 O 3 ·4SiO 2

Сульфат Лития растворяют в воде и из его раствора содой осаждают карбонат Лития:

Li 2 SO 4 +Na 2 CO 3 =Li 2 CO 3 + Na 2 SO 4 .

По сернокислотному методу также получают сначала раствор сульфата Лития, а затем карбонат Лития; сподумен разлагают серной кислотой при 250-300 °С (реакция применима только для β-модификации сподумена):

β-Li 2 O·Al 2 O 3 ·4SiO 2 + H 2 SO 4 = Li 2 SO 4 + H 2 O·Al 2 O 3 ·4SiO 2

Метод используется для переработки руд, необогащенных сподуменом, если содержание в них Li 2 O не менее 1%. Фосфатные минералы Лития 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 Лития.

Металлический Литий получают электролизом расплавленной смеси хлоридов Лития и калия при 400-460 °С (весовое соотношение компонентов 1:1). Электролизные ванны футеруются магнезитом, алундом, муллитом, тальком, графитом и других материалами, устойчивыми к расплавленному электролиту; анодом служат графитовые, а катодом - железные стержни. Черновой металлический Литий содержит механические включения и примеси (К, Mg, Ca, Аl, Si, Fe, но главным образом Na). Включения удаляются переплавкой, примеси - рафинированием при пониженном давлении. В настоящее время большое внимание уделяется металлотермическим методам получения Лития.

5.Физические свойства

Компактный Литий- серебристо-белый металл, быстро покрывающийся темно-серым налетом, состоящим из нитрида LiaN и оксида Li 2 O. При обычной температуре Литий кристаллизуется в кубической объемно-центрированной решетке, а = 3,5098 Å. Атомный радиус 1,57 Å, ионный радиус Li + 0,68 Å. Ниже -195 °С решетка Лития гексагональная плотноупакованная. Литий - самый легкий металл; плотность 0,534 г/см 3 (20 °С); t пл 180,5°С, t кип . 1317°С. Удельная теплоемкость (при 0-100 °С) 3,31·10 3 Дж/(кг·К), то есть 0,790 кал/(г·град); термический коэффициент линейного расширения 5,6·10 -5 . Удельное электрическое сопротивление (20 °С) 9,29·10 -4 ом·м (9,29 мком·см); температурный коэффициент электрического сопротивления (0-100 °С) 4,50·10 -3 . Литий парамагнитен. Металл весьма пластичен и вязок, хорошо обрабатывается прессованием и прокаткой, легко протягивается в проволоку. Твердость по Моосу 0,6 (тверже, чем Na и К), легко режется ножом. Давление истечения (15-20 °С) 17 Мн/м 2 (1,7 кгс/мм 2 ). Модуль упругости 5 Гн/м 2 (500 кгс/мм 2 ), предел прочности при растяжении 116 Мн/м 2 (11,8 кгс/мм 2 ), относительное удлинение 50-70% . Пары Лития окрашивают пламя в карминово-красный цвет.

6.Химические свойства .

Конфигурация внешней электронной оболочки атома Лития 2s 1 ; во всех известных соединениях он одновалентен. При взаимодействии с кислородом или при нагревании на воздухе (горит голубым пламенем) Литий образует оксид Li 2 О (пероксид Li 2 O 2 получается только косвенным путем). С водой реагирует менее энергично, чем другие щелочные металлы, при этом образуются гидрооксид LiOH и водород. Минеральные кислоты энергично растворяют Li (стоит первым в ряду напряжений, его нормальный электродный потенциал - 3,02 в).

Литий соединяется с галогенами (с иодом при нагревании), образуя галогениды (важнейший - хлорид лития). При нагревании с серой Литий дает сульфид Li 2 S, а с водородом - гидрид лития. С азотом Литий медленно реагирует уже при комнатной температуре, энергично - при 250 °С с образованием нитрида Li 2 N. С фосфором Литий непосредственно не взаимодействует, но в специальных условиях могут быть получены фосфиды. Нагревание Лития с углеродом приводит к получению карбида Li 2 C 2 , скремнием- силицида Лития. Бинарные соединения Литий - Li 2 О, LiH, Li 3 N, Li 2 C 2 , LiCl и другие, а также LiOH весьма реакционноспособны; при нагревании или плавлении они разрушают многие металлы, фарфор, кварц и другие материалы. Карбонат, фторид LiF, фосфат Li 3 PO 4 и другие соединения Лития по условиям образования и свойствам близки к соответствующим производным магния и кальция.

Литий образует многочисленные литийорганические соединения, что определяет его большую роль в органическом синтезе.

Литий - компонент многих сплавов. С некоторыми металлами (Mg, Zn, Al) он образует твердые растворы значительной концентрации, со многими - интерметаллиды (LiAg, LiHg, LiMg 2 , LiAl и мн. других). Последние часто весьма тверды и тугоплавки, незначительно изменяются на воздухе; некоторые из них - полупроводники. Изучено ряд бинарных и тройных систем с участием Лития; соответствующие им сплавы уже нашли применение в технике.

7.Важные соединения и применения

Литий органические соединения, соединения, содержащие связь углерод-литий. Алифатические соединения Li-бесцветные кристаллические вещества вязкие неперегонные жидкости или низкоплавкие воскообразные вещества. Ароматические соединения Li- белые или нерастворимые в углеводороде, растворимые в эфирах. LiH (гидрид лития) устойчивее гидридов других щелочных и щелочноземельных Me, служит такие для получения гидридов многих Me и в органическом синтезе- как сильный восстановитель. Важнейшая область применения Лития - ядерная энергетика. Изотоп 6 Li - единственный промышленный источник для производства трития по реакции:

6 3 Li + 1 0 n = 3 1 H + 4 2 He

Сечения захвата тепловых нейтронов (σ) изотопами Лития резко различаются: 6 Li 945, 7 Li 0,033; для естественной смеси 67 (в барнах); это важно в связи с техническим применением Лития - при изготовлении регулирующих стержней в системе защиты реакторов. Жидкий Литий (в виде изотопа 7 Li) используется в качестве теплоносителя в урановых реакторах. Расплавленный 7 LiF применяется как растворитель соединений U и Th в гомогенных реакторах. Крупнейшим потребителем соединений Лития является силикатная промышленность, в которой используют минералы Лития, LiF, Li 2 CO 3 и многие специально получаемые соединения. В черной металлургии Литий, 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% Лития,- аэрон и склерон; помимо легкости, они обладают высокой прочностью, пластичностью, стойкостью против коррозии и очень перспективны для авиастроения. Добавка 0,04% Лития к свинцово-кальциевым подшипниковым сплавам повышает их твердость и понижает трение. Соединения Лития используются для получения пластичных смазок. По значимости в современной технике Литий- один из важнейших редких элементов.

8. Химологический прогноз.

Человек под знаком лития- интересная личность, индивидуальность, всегда со своей точкой зрения. Он, как немногие другие по праву нужен обществу и заслуживает со стороны других уважение.

Здоровье: человек- литий может иметь серьезные заболевания,в плоть до рака,и легко заражаться от других людей болезнями, с большим инкубационным периодом. Стоек к простудам, но подвержен к стрессам и депрессиям больше, чем другие элементы.

Темперамент и характер: человек под этим знаком стремиться занять первое место, хотя впереди много сложных препятствий, он будет их преодолевать не любыми способами, а с честью и достоинством. Основная черта характера лития –большая стойкость, выносливость, выдержка и упрямость. Li- скала, противостоящая трудным ситуациям. Этот человек может быть и хладнокровным, умеющий вести сделки, но в это же время терпеливым, любящим и справедливым во всех отношениях. В спорах человек-Li всегда остаётся при своей тоске зрения, даже если он не прав и это понимает.Li проявляет себя слабее, чем другие организационных моментах, но не всегда. Он преимущественно присутствует в горячих, ярких,интересных, порой опасных ситуаций, иногда свидетелем, а иногда участником. Не все литии отличаются силой воли. Они очень доверчивы и не всегда защищены,Li легко обидеть острым высказыванием в его адрес, чем поступком. Любимый цвет: оттенки красного, голубого, зеленого и пастельные тона.

Род профессий: человек-Li может работать и в области творчества и в области «черных работ». Но и в том и в другом случае он трудолюбив, терпелив, корректив, внушает уважением относиться к начальству и другим людям. Не редко Li становится незаменимым работником.

Отношение с людьми: Литий лёгок в общении, необременённый обязательствами. Он со всеми и во всех вопросах искренен и открыт. В компанию Li приносит что то новое для других. Плохая компания для Li азот и кислород, они могут надавить и испортить Li, оставив в его жизни свой след. В союзе лития с литием может быть страстная любовь на протяжении многих лет, а в союзе с кислородом будет присутствовать привязанность и привычка больше, чем любовь, это будет стабильная пара.

Друзья Li: на 1-ом месте сера и водород

На 2-ом азот и углерод

На 3-ем фосфор

Вместе с друзьями литий может принести переустройство в монотонность жизни. Человек- литий не довольствуется малым, ведут не умеренную, а яркую, разнообразную, полную неожиданностей жизнь.

История открытия:

В 1817 г. шведский химик и минералог Август Арфведсон, анализируя природный минерал петалит, установил, что в нем содержится "огнепостоянная щелочь до сих пор неизвестной природы". Позднее он нашел аналогичные соединения в составе других минералов. Арфведсон предположил, что это соединения нового элемента и дал ему название литий (от греческого liqoz – камень).
Металлический литий был выделен в 1818 году английский химиком Гемфри Дэви электролизом расплава гидроксида лития.

Нахождение в природе и получение:

Природный литий состоит из двух стабильных изотопов - 6 Li (7,42%) и 7 Li (92,58%).
Литий - сравнительно мало распространенный элемент (массовая доля в земной коре 1,8*10 -3 %, 18 г/тонну). Кроме петалита LiAl, основными минералами лития являются слюда, лепидолит - KLi 1,5 Al 1,5 (F,OH) 2 и пироксен сподумен - LiAl.
В настоящее время для получения металлического лития его природные минералы или обрабатывают серной кислотой, или спекают с CaO или CaCO 3 , а затем выщелачивают водой. Получают растворы сульфата или гидроксида лития, из которых осаждают плохо растворимый карбонат Li 2 CO 3 , который затем переводят в хлорид LiCl. Электролизом расплава хлорида лития в смеси с хлоридом калия или бария получают металлический литий.

Физические свойства:

Простое вещество литий - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. Из всех щелочных металлов он самый твердый, высокоплавкий (Ткип=180,5 и Тпл=1340° С). Это самый легкий металл (плотность 0,533 г/см 3), он плавает не только в воде, но и в керосине. Литий и его соли окрашивают пламя в карминно-красный цвет.

Химические свойства:

Литий проявляет типичные свойства щелочных металлов, взаимодействуя с водой, кислородом, другими неметаллами. Хранить его приходится под слоем под слоем минерального масла, придавливая сверху, чтобы не всплывал.
В соответствии с положением в ПСХЭ, литий наименее активный щелочной металл. Так в реакции с кислородом он образует в основном оксид лития, а не пероксиды как другие металлы. Подобно натрию литий растворяется в жидком аммиаке, образуя синий раствор с металлической проводимостью. Растворенный литий постепенно реагирует с аммиаком: 2Li + 2NH 3 = 2LiNH 2 + H 2 .
Литий отличается повышенной активностью при взаимодействии с азотом, образуя с ним уже при обычной температуре нитрид Li 3 N.
По некоторым свойствам литий и его соединения напоминают соединения магния (диагональное сходство в таблице Менделеева).

Важнейшие соединения:

Оксид лития, Li 2 O - белое кристаллическое вещество, основный оксид, с водой образует гидроксид

Гидроксид лития - LiOH - белый порошок, обычно моногидрат, LiOH*H 2 O, сильное основание

Соли лития - бесцветные кристаллические вещества, гигроскопичны, образуют кристаллогидраты состава LiX*3H 2 O. Карбонат и фторид лития подобно аналогичным солям магния малорастворимы. Карбонат и нитрат лития при нагревании разлагаются, образуя оксид лития:
Li 2 CO 3 = Li 2 O + CO 2 ; 4LiNO 3 = 2Li 2 O + 4NO 2 + O 2

Пероксид лития - Li 2 O 2 - белое кристаллическое вещество, получают реакцией гидроксида лития с пероксидом водорода: 2LiOH + H 2 O 2 = Li 2 O 2 + 2H 2 O
Используют в космических аппаратах и подводных лодках для получения кислорода:
2Li 2 O 2 + 2CO 2 = 2Li 2 CO 3 +O 2

Гидрид лития LiH получают взаимодействием расплавленного лития с водородом. Бесцветные кристаллы, реагирует с водой и кислотами с выделением водорода. Источник водорода в полевых условиях.

Применение:

Металлический литий - высокопрочные и сверхлегкие сплавы с магнием и алюминием для авиационной и космической техники. Легирующая добавка в металлургии (связывает азот, кремний, углерод). Теплоноситель (расплав) в ядерных реакторах.

Из лития изготовляют аноды химических источников тока и гальванических элементов с твёрдым электролитом.

Соединения: специальные стекла, глазури, эмали, керамика. Монокристаллы фторида лития используются для изготовления высокоэффективных (КПД 80 %) лазеров
LiOH как добавка в электролит щелочных аккумуляторов. Карбонат лития – добавка в расплав при производстве алюминия: снижает температуру плавления электролита, увеличивает силу тока, уменьшает нежелательное выделение фтора.

Металлоорганические соединения лития (например бутиллитий LiС 4 Н 9) - широко применяются в промышленном и лабораторном органическом синтезе и как катализаторы полимеризации.

Дейтерид лития-6: как источник дейтерия и трития в термоядерном оружии (водородная бомба).

Содержание лития в организме человека составляет около 70 мг. В течение суток в организм взрослого человека поступает около 100 мкг лития. Литий способствует высвобождению магния из клеточных «депо» и тормозит передачу нервного импульса, ингибируя проводимость нервной системы. Соли лития применяются психотропные лекарственные средства, оказывая успокаивающий эффект при лечении шизофрении и депрессии. Однако передозировка может привести к тяжелым осложнениям и летальному исходу.

Нурмаганбетов Т.
ТюмГУ, 582 группа, 2011 г.

Источники:
Литий // Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Литий (дата обращения: 23.05.2013).
Литий // Онлайн Энциклопедия Кругосвет. URL: http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/LITI.html (дата обращения: 23.05.2013).

Оксид лития Li 2 O – бесцветное кристаллическое вещество, имеющее кубическую гранецентрированную решетку типа флюорита, CaF 2 (a = 4,628 Ǻ, Z = 4); плотность 2,013 г/см 3 (25 ºC), температура плавления 1427 ºC, кипения – около 2000 ºC; термически устойчивое соединение, выше 1000 ºC начинается сублимация. Оксид лития получается при непосредственном окислении металлического лития при температуре выше 200 ºC, а также разложением карбоната Li 2 CO 3 , нитрата LiNO 3 , гидроксида LiOH в токе сухого водорода выше 800 ºC. Существует также пероксид лития, Li 2 O 2 , который получают косвенным путем по реакции пероксида водорода со спиртовым раствором LiOH; образующийся гидрат пероксида лития разрушают нагреванием в вакууме:

2LiOH + 2H 2 O 2 + H2O = 2LiOOH + 3H2O (2)

2LiOOH + 3H 2 O → Li 2 O 2 + 4H 2 O + ½O2 (3)

Выше 350 ºC пероксид лития распадается на оксид и воду.

Оксид лития, Li 2 O, легко, но менее энергично, чем оксиды других щелочных элементов, взаимодействует с водой с образованием гидроксида, LiOH; реакция сопровождается сильным разогреванием; LiOH поглощает CO 2 из воздуха, образуя карбонат, Li 2 CO 3 . Оксид лития разрушает большинство даже коррозионно устойчивых материалов. Ниже 1000 ºС устойчивы против Li 2 O никель Ni; золото Au; и платина Pt; выше 1000 ºС – сплав платины с 40 % родия.

Оксид лития с оксидами переходных элементов IV и V-ой групп периодической системы образует многочисленные соединения, из которых наибольший интерес представляют ниобат и танталат лития, LiNbO 3 и LiTaO 3 . Эти соединения относятся к группе сегнетоэлектриков с общей формулой ABO 3 и обладают комплексом разнообразных свойств. Интересны в практическом плане соединения лития и алюминия. Из водных щелочных растворов выделяется плохо растворимый алюминат лития LiAlO 2 . Изучение системы Li 2 O – Al 2 O 3 – H 2 O (50ºС) показало, что равновесной твердой фазой является фаза переменного состава (1-x)Li 2 O∙Al 2 O 3 ∙nH 2 O, x=0,12–0,21; n=8. Алюминат лития используется для выделения лития из разбавленных растворов.

Гидроксид лития LiOH – бесцветное вещество, кристаллизуется в тетрагональной сингонии (a = 3,549 Ǻ; c = 4,334 Ǻ); плотность (25 ºС) – 2,54 г/см3. Температура плавления 473 ºС, температура кипения 924 ºС (разлагается) (табл. 2).

Таблица 2

Свойства гидроксидов щелочных металлов

По основным свойствам гидроксид лития, LiOH, является переходным от гидроксидов щелочных к гидроксидам щелочноземельных металлов. На воздухе LiOH активно карбонизуется с образованием карбоната Li 2 CO 3 . Термически LiOH менее устойчив, чем гидроксиды остальных элементов группы, при прокаливании он разлагается на оксид и воду:

2LiOH → Li 2 O + H 2 O (4)

Для LiOH характерна более низкая по сравнению с гидроксидами других щелочных элементов растворимость в воде, которая увеличивается с повышением температуры (рис. 1), из водных растворов выделяется в виде моногидрата, LiOH∙H 2 O, который теряет кристаллизационную воду только выше 600 ºС. Гидрат гидроксида лития LiOH∙H 2 O в твердом виде состоит из димеров Li 2 (OH) 2 , связанных в цепочки мостиковыми молекулами воды (рис. 2). Сходные димеры преобладают и в парах LiOH при 800 ºС. При обычной температуре гидроксид лития и его концентрированные растворы разрушают стекло и фарфор, в расплавленном состоянии разрушают все металлы, кроме Au, Ag и Ni. Гидроксид лития образуется при непосредственном взаимодействии металлического лития или его оксида с водой, а также при гидролизе сульфида, нитрида, фосфидов и других соединений лития.

Рис. 1. Политерма растворимости гидроксида лития в воде

гидроксида лития в воде

Рис. 2. Строение LiOH ∙ H 2 O

На практике для получения LiOH используют несколько методов.

1. Методы, основанные на реакциях обмена в растворе:

Li 2 SO 4 + Ca(OH) 2 → 2LiOH + CaSO 4 (5)

Li 2 SO 4 + Ba(OH) 2 → 2LiOH + BaSO 4 (6)

Электролиз LiCl. Раствор LiCl подвергают электролизу в ванне с ртутным катодом; при этом на нем образуется амальгама лития, LiHg. При разложении амальгамы водой получают раствор LiOH.

Обменное разложение гашеной известью в растворе:

Li 2 CO 3 + Ca(OH) 2 → 2LiOH + CaCO 3 (7)

Этот метод имеет промышленное значение.

Сульфат лития, Li 2 SO 4 , – бесцветное кристаллическое вещество, существует в трех модификациях: моноклинная α-модификация (a = 8,44; b = 4,95; c = 8,24 Ǻ, β = 107º 54") устойчива до 500 ºC; выше 500 ºC переходит в гексагональную β-модификацию, которая при 575 ºС переходит в кубическую γ-модификацию, существующую до температуры плавления. Плотность α-Li 2 SO 4 (25 ºC) – 2,22 г/см 3 .

Энтальпия образования ΔH = –1434 кДж/моль; Li 2 SO 4 хорошо растворяется в воде (рис. 3), выше 0 ºC имеет отрицательный коэффициент растворимости, из водных растворов выделяется в виде моногидрата, Li 2 SO 4 ∙H 2 O, который обезвоживается при 500ºC.

В

Рис.3. Политерма растворимости Li 2 SO 4 в воде

В органических растворителях Li 2 SO 4 не растворяется, образует двойные соединения с сульфатами других щелочных металлов (MLiSO 4 ; Na 3 Li(SO 4) 2 ∙6H 2 O и др.). В отличие от сульфатов других щелочных металлов в обычных температурных условиях не образует квасцов. Алюмо-литиевые квасцы (LiAl(SO 4) 2 ∙12H 2 O) существуют только в узкой области концентраций компонентов в системе Li 2 SO 4 – Al 2 (SO 4) 3 – H 2 O при –2 ºC (и ниже).

Сульфат лития можно получить при взаимодействии H 2 SO 4 с литием, Li 2 O или LiOH, но обычно его получают при взаимодействии Li 2 CO 3 с H 2 SO 4 . Для лития известны также гидросульфаты и пиросульфат.

Нитрат лития, LiNO 3 , – бесцветное прозрачное кристаллическое вещество гексагональной сингонии (a = 4,674; c = 15,199 Ǻ), плотность 2,36 г/см3 (20 ºC), Т пл. = 254 ºC, энтальпия образования ΔH = – 428 кДж/моль, при 600 ºC начинает разлагаться с выделением кислорода и оксидов азота.

Нитрат лития гигроскопичен, хорошо растворяется в воде, растворимость резко увеличивается с повышением температуры (рис.4), образует пересыщенные растворы.

Рис.4. Политерма растворимости LiNO 3 в воде

В водном растворе LiNO 3 сильно диссоциирован, степень диссоциации в 0,1 М растворе 64 %, в 0,001 М растворе – 97,5 %. Из водных растворов ниже 30 ºC кристаллизуется LiNO 3 ∙3H 2 O, при более высокой температуре – LiNO 3 .

Получают нитрат лития взаимодействием LiOH (Li 2 CO 3) с разбавленной HNO 3 с последующим упариванием раствора и нагреванием остатка в вакууме при 200 ºC.

Ортофосфат лития, Li 3 PO 4 , – бесцветное кристаллическое вещество ромбической сингонии, плотность – 2,41 г/см 3 (20 ºC); термически устойчив, не плавится и не разлагается до температуры красного каления, Т пл 1220 ºC. Ортофосфат лития – наименее растворимая соль лития. В 100 г воды растворяется 0,022 г при 0 ºC и 0,034 г при 18 ºC. В присутствии аммиака растворимость Li 3 PO 4 уменьшается, а в присутствии аммонийных солей (NH 4 Cl) – увеличивается. Из водных растворов при обычной температуре осаждается Li 3 PO 4 ∙2H 2 O, который после сушки при 60ºC переходит в полугидрат (Li 3 PO 4 ∙0,5H 2 O), а выше 120ºC полностью обезвоживается. Li 3 PO 4 легко разлагается сильными кислотами, труднее – уксусной.

Li 3 PO 4 образует двойные соли с фосфатами других щелочных металлов и аммония, обычно лучше растворимые в воде, чем Li 3 PO 4 . Для получения ортофосфата лития используют нейтрализацию H 3 PO 4 избытком LiOH, однако при этом, помимо Li 3 PO 4 , образуется основной фосфат лития 2Li 3 PO 4 ∙LiOH, поэтому применяют осаждение Li 3 PO 4 из раствора соли лития Na 2 HPO 4 в слабощелочном растворе:

3LiX + Na 2 HPO 4 + NaOH = Li 3 PO 4 + 3NaX + H 2 O (8)

Добавление NaOH обязательно, иначе образуется растворимый Li 2 HPO 4 , что ведет к потерям лития.

Незначительная растворимость Li 3 PO 4 в воде используется в аналитической химии для отделения лития от других щелочных металлов и его количественного определения. В технологических схемах применяется осаждение Li 3 PO 4 для доизвлечения лития из различных маточных растворов (содержащих натрий и калий), после первичного извлечения лития в виде Li 2 CO 3 . Для перевода Li 3 PO 4 в растворимые соединения используют взаимодействие Li 3 PO 4 с CaCl 2 в расплаве при 850 ºC:

2Li 3 PO 4 + 3CaCl 2 = 6LiCl + Ca 3 (PO 4) 2 (9)

Карбонат лития, Li 2 CO 3 , – бесцветное мелкокристаллическое вещество, кристаллизуется в моноклинной сингонии (a = 8,39; b = 5,00; c = 6,21 Ǻ, β = 114,5º), плотность 2,11 г/см 3 (0 ºC); энтальпия образования ΔH = – 1078,70 кДж/моль; Т пл. 732 ºC. Карбонат лития – термически неустойчивое соединение, уже при температуре плавления заметно диссоциирует:

Li 2 CO 3 →Li 2 O + CO 2 . (10)

Давление CO 2 становится равным атмосферному при 1270 ºC; карбонат лития менее стоек, чем карбонаты натрия и калия, термическая диссоциация ускоряется в вакууме и в присутствии углерода вследствие восстановления CO 2 до CO и смещения равновесия реакции влево. Оксид лития в расплаве Li 2 CO 3 очень агрессивен – разрушает корунд, алунд, диоксид циркония и платину. По ряду свойств карбонат лития сходен с карбонатом кальция.

Растворимость Li 2 CO 3 мала, она значительно ниже

растворимости к

Рис.5. Политерма растворимости Li 2 CO 3 в воде

При 20 ºC она составляет 1,33 г /100 г H 2 O. С повышением температуры, как видно из рис. 5, растворимость понижается, т.е. карбонат лития имеет отрицательный температурный коэффициент растворимости. Кристаллогидратов карбонат лития не образует, в водных растворах заметен гидролиз, который усиливается при кипячении. Карбонаты щелочных металлов не образуют с Li 2 CO 3 соединений, они понижают растворимость Li 2 CO 3 , что объясняется действием одноименного иона. При пропускании CO 2 через водную суспензию Li 2 CO 3 карбонат лития растворяется вследствие образования более растворимого гидрокарбоната:

Li 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O→2LiHCO 3 (11)

Гидрокарбонат лития разлагается при нагревании, выделяя Li 2 CO 3 .

Чистый карбонат лития можно получить, пропуская CO 2 в раствор LiOH. В промышленности его получают при действии поташом (K 2 CO 3) или содой (Na 2 CO 3) на растворы солей лития вблизи температуры кипения (90ºC).

Карбонат лития – важнейшее промышленное соединение лития, т.к. многие технологические схемы переработки литийсодержащего сырья заканчиваются осаждением Li 2 CO 3 . Кроме того, карбонат лития – источник получения другого технически важного соединения лития – LiOH и многочисленных солей лития.