Литий щелочной металл или нет

Обновлено: 17.05.2024

Щелочными металлами называются химические элементы-металлы \(IA\) группы Периодической системы Д. И. Менделеева: литий \(Li\), натрий \(Na\), калий \(K\), рубидий \(Rb\), цезий \(Cs\) и франций \(Fr\).

Электронное строение атомов. На внешнем энергетическом уровне атомы щелочных металлов имеют один электрон ns 1 . Поэтому для всех металлов группы \(IA\) характерна степень окисления \(+1\).

• увеличение радиуса атомов;
• усиление восстановительных, металлических свойств.

Нахождение в природе. Из щелочных металлов наиболее широко распространены в природе натрий и калий. Но из-за высокой химической активности они встречаются только в виде соединений.

• каменная соль (хлорид натрия \(NaCl\)),
• глауберова соль, или мирабилит — декагидрат сульфата натрия Na 2 SO 4 \(·\) 10 H 2 O ,
• сильвин — хлорид калия \(KCl\),
• сильвинит — двойной хлорид калия-натрия \(KCl\) \(·\)\(NaCl\) и др.

Соединения лития, рубидия и цезия в природе встречаются значительно реже, поэтому их относят к числу редких и рассеянных.

Физические свойства простых веществ. В твёрдом агрегатном состоянии атомы связаны металлической связью. Наличие металлической связи обусловливает общие физические свойства простых веществ-металлов: металлический блеск, ковкость, пластичность, высокую тепло- и электропроводность.

В свободном виде простые вещества, образованные элементами \(IA\) группы — это легкоплавкие металлы серебристо-белого (литий, натрий, калий, рубидий) или золотисто-жёлтого (цезий) цвета, обладающие высокой мягкостью и пластичностью.

Наиболее твёрдым является литий, остальные щелочные металлы легко режутся ножом и могут быть раскатаны в фольгу.

Только у натрия плотность немного больше единицы ρ = 1,01 г / см 3 , у всех остальных металлов плотность меньше единицы.

Химические свойства. Щелочные металлы обладают высокой химической активностью, реагируя с кислородом и другими неметаллами.

Поэтому хранят щелочные металлы под слоем керосина или в запаянных ампулах. Они являются сильными восстановителями.

Взаимодействие натрия с водой протекает с выделением большого количества теплоты (т. е. реакция является экзотермической). Кусочек натрия, попав в воду, начинает быстро двигаться по её поверхности. Под действием выделяющейся теплоты он расплавляется, превращаясь в каплю, которая, взаимодействуя с водой, быстро уменьшается в размерах. Если задержать её, прижав стеклянной палочкой к стенке сосуда, капля воспламенится и сгорит ярко-жёлтым пламенем.

Получение. Металлический натрий в промышленности получают главным образом электролизом расплава хлорида натрия с инертными (графитовыми) электродами.

Физические свойства

Литий — это щелочной металл, серебристо-белого цвета. Самый легкий из металлов, мягкий, низкая температура плавления.

Способ получения

Литий получают в промышленности электролизом расплава хлорида лития в смеси с KCl или BaCl₂ (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси):

2LiCl = 2Li + Cl₂

Качественная реакция

Качественная реакция на литий — окрашивание пламени солями лития в карминно-красный цвет .

Химические свойства

Литий — активный металл; на воздухе реагирует с кислородом и азотом, и покрывается оксидно-нитридной пленкой. Воспламеняется при умеренном нагревании; окрашивает пламя газовой горелки в темно-красный цвет.

1. Литий — сильный восстановитель . Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами .

1.1. Литий легко реагирует с галогенами с образованием галогенидов:

2Li + I₂ = 2LiI

1.2. Литий реагирует с серой с образованием сульфида лития:

2Li + S = Li₂S

1.3. Литий активно реагирует с фосфором и водородом . При этом образуются бинарные соединения — фосфид лития и гидрид лития:

3Li + P = Li₃P

2Li + H₂ = 2LiH

1.4. С азотом литий реагирует при комнатной температуре с образованием нитрида:

1.5. Литий реагирует с углеродом с образованием карбида:

1.6. При взаимодействии с кислородом литий образует оксид.

2. Литий активно взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Литий бурно реагирует с водой . Взаимодействие лития с водой приводит к образованию щелочи и водорода. Литий реагирует бурно, но без взрыва.

2Li 0 + H₂ + O = 2 Li + OH + H₂ 0

Видеоопыт: взаимодействие щелочных металлов с водой можно посмотреть здесь.

2.2. Литий взаимодействует с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой) со взрывом. При этом образуются соль и водород.

Например , литий бурно реагирует с соляной кислотой :

2Li + 2HCl = 2LiCl + H₂↑

2.3. При взаимодействии лития с концентрированной серной кислотой выделяется сероводород.

Например , при взаимодействии лития с концентрированной серной кислотой образуется сульфат лития, диоксид серы и вода:

2.4. Литий реагирует с азотной кислотой:

3Li + 4HNO_3(разб.) = 3LiNO₃ + NO↑ +2H₂O

2.5. Литий может реагировать даже с веществами, которые проявляют очень слабые кислотные свойства . Например, с аммиаком, ацетиленом (и прочими терминальными алкинами), спиртами , фенолом и органическими кислотами .

Например , при взаимодействии лития с аммиаком образуются амиды и водород:

2.6. В расплаве литий может взаимодействовать с некоторыми солями . Обратите внимание! В растворе литий будет взаимодействовать с водой, а не с солями других металлов.

Например , литий взаимодействует в расплаве с хлоридом алюминия :

ЛИТИЙ — в космосе, на земле, под водой

«По значимости в современной технике литий является одним из важнейших редких элементов».

Краткая химическая энциклопедия.

Из четырех процентов

История открытия лития началась с …математики. Химик Арфведсон анализировал минерал с рудника Уто. Ученый определил, что это обычный алюмосиликат, и содержание в нем алюминия, кремния и кислорода составляет 96%. Настырный химик задумался — что с оставшимися 4%. Отделив основные составляющие и растворив остаток, он получил раствор со щелочными свойствами. Логично было предположить, что открыт новый элемент.

Описанием минерала, из которого извлекли новый элемент, служат слова: «обычный булыжник». Потому и назвали новый металл литием (litos по латыни камень).

Свойства лития

Литий — щелочной металл, имеет атомный № 3 в таблице Менделеева.

Характеристики:

• относится к пластичным и мягким металлам (легко режется ножом);
• его легко отличить от других металлов — он самый легкий на Земле, не тонет даже в керосине (плотность почти в 2 раза меньше плотности воды);
• структура кристаллической решетки объемноцентрированная, кубическая;
• в ряду щелочных металлов у лития самые высокие температуры плавления и кипения.

Химические свойства:

1. В условиях повышенной влажности реагирует с газами воздуха. Образуются соединения с литием — нитриды, карбонаты, гидроксиды.
2. Постоянная валентность лития 1+.
3. С водой реагирует по формуле 2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂↑.
4. Охотно реагирует с галогенами (кроме йода), образует галогениды.
5. При температуре от 100 до 300 градусов образует на поверхности оксидную пленку.

Интересно: летящим через океан давали спас-жилет. В нем были порошок от акул, а в подкладку зашивали таблетки гидрида лития (LiH). При попадании в воду таблетки выделяли водород, он наполнял спасательный жилет и не давал утонуть пассажиру.

Месторождения

В природе литий содержится в солевых растворах (подземных водах). Твердые источники часто расположены в пегматитовых рудах. Минералы: сподумен, лепидолит, эльбаит, ядарит.

В России 16 месторождений, но добыча не производится.

Печально: в нашей стране спрос на литий-ионные аккумуляторы покрывается китайским импортом. А могли бы сами производить…

Добыча

В добыче литиевого рассола есть пара проблем — география и надежность.

Рассол выкачивают в «бассейны» — специальные пруды, где естественным выпариванием концентрируется содержание элемента. Нужна постоянно высокая температура (география) и время — процесс занимает до года. Дальше концентрированная рапа (1-2% Li) отправляют на обработку на химзавод.

Твердые источники разрабатываются традиционными методами бурения и переработки.

В мире четыре производителя контролируют 85% добычи (основные — Аргентина и Чили).

К сведению: крупнейшее месторождение лития в Боливии; это солончак Уюни. Там находится 70% мирового промышленного запаса металла.

Производство

Способы получения лития зависит от исходного материала.

Солевые растворы (рапа) выпаривают, затем осаждают литиевое соединение.

Твердые минералы вначале обогащают (с помощью магнитной сепарации, гравитационных методов, а при добыче крупных кристаллов сподумена просто вручную). Производство происходит в основном гидрометаллургическим способом.

Применение

Литий и его соединения используют:

1. В производстве аккумуляторов и батарей.
2. В качестве лигатуры в сплавах.
3. В ядерной энергетике, радиоэлектронике.
4. В медицине (соединения лития используют в лечении подагры, как психотропные, антидепрессанты).
5. В пиротехнике (LiNO3 даст фейерверку красный цвет).

Познавательно: добавление LiOH к электролиту в аккумуляторах на 20% увеличивает их емкость, и в 2-3 раза срок службы.

Мировое применение легкого металла распределяется так:

• 56% производство батарей и аккумуляторов;
• 23% керамика и стекло;
• 6% консистентные смазки;
• 2% воздухоочистка;
• 13% прочие.

Интересно: очистка воздуха на подлодках и в космических кораблях происходит с помощью соединений лития (LiBr, LiCl, LiOH).

Плюсы и минусы литиевых батарей ?

Эти аккумуляторы и батареи просты в эксплуатации, они постоянно готовы к эксплуатации.

Достоинства	Недостатки
Хороший ресурс эксплуатации (до 10 лет)	Взрывоопасны при нарушении герметичности корпуса
Запас циклов зарядки-разрядки более 1000	Срок службы зависит от времени работы (не от количества циклов зарядка-разрядка)
Нет «эффекта памяти» (батареи можно регулярно подзаряжать)	Работает в ограниченном температурном диапазоне (от -20 до +50оС)
Легкий вес	Высокая цена

Стоимость

Цена лития марки ЛЭ-1 (99,9%) за килограмм 15 000 рублей.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Щелочные металлы. Химия щелочных металлов и их соединений

Щелочные металлы расположены в главной подгруппе первой группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева (или просто в 1 группе в длиннопериодной форме ПСХЭ). Это литий Li, натрий Na, калий K, цезий Cs, рубидий Rb и франций Fr.

Электронное строение щелочных металлов и основные свойства

Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня щелочных металлов: ns 1 , на внешнем энергетическом уровне находится 1 s-электрон. Следовательно, типичная степень окисления щелочных металлов в соединениях +1.

Рассмотрим некоторые закономерности изменения свойств щелочных металлов.

В ряду Li-Na-K-Rb-Cs-Fr, в соответствии с Периодическим законом, увеличивается атомный радиус , усиливаются металлические свойства , ослабевают неметаллические свойства , уменьшается электроотрица-тельность .

Физические свойства

Все щелочные металлы — вещества мягкие, серебристого цвета. Свежесрезанная поверхность их обладает характерным блеском.

Кристаллическая решетка щелочных металлов в твёрдом состоянии — металлическая. Следовательно, щелочные металлы обладают высокой тепло- и электропроводимостью. Кипят и плавятся при низких температурах. Они имеют также небольшую плотность.

Нахождение в природе

Как правило, щелочные металлы в природе присутствуют в виде минеральных солей: хлоридов, бромидов, йодидов, карбонатов, нитратов и др. Основные минералы , в которых присутствуют щелочные металлы:

Поваренная соль, каменная соль, галит — NaCl — хлорид натрия

Сильвин KCl — хлорид калия

Сильвинит NaCl · KCl

Глауберова соль Na₂SO_4⋅10Н₂О – декагидрат сульфата натрия

Едкое кали KOH — гидроксид калия

Поташ K₂CO₃ – карбонат калия

Поллуцит — алюмосиликат сложного состава с высоким содержанием цезия:

Способы получения

Натрий получают электролизом расплава хлорида натрия с добавками хлорида кальция:

2NaCl _{(расплав)} → 2Na + Cl₂

Электролитом обычно служит смесь NaCl с NaF и КСl (что позволяет проводить процесс при 610–650°С).

Калий получают также электролизом расплавов солей или расплава гидроксида калия. Также распространены методы термохимического восстановления: восстановление калия из расплавов хлоридов или гидроксидов. В качестве восстановителей используют пары натрия, карбид кальция, алюминий, кремний:

KCl + Na = K↑ + NaCl

KOH + Na = K↑ + NaOH

Цезий можно получить нагреванием смеси хлорида цезия и специально подготовленного кальция:

Са + 2CsCl → 2Cs + CaCl₂

В промышленности используют преимущественно физико-химические методы выделения чистого цезия: многократную ректификацию в вакууме.

Качественные реакции

Качественная реакция на щелочные металлы — окрашивание пламени солями щелочных металлов .

Цвет пламени:
Li — карминно-красный
Na — жѐлтый
K — фиолетовый
Rb — буро-красный
Cs — фиолетово-красный

Химические свойства

1. Щелочные металлы — сильные восстановители . Поэтому они реагируют почти со всеми неметаллами .

1.1. Щелочные металлы легко реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

2K + I₂ = 2KI

1.2. Щелочные металлы реагируют с серой с образованием сульфидов:

2Na + S = Na₂S

1.3. Щелочные металлы активно реагируют с фосфором и водородом (очень активно). При этом образуются бинарные соединения — фосфиды и гидриды:

3K + P = K₃P

2Na + H₂ = 2NaH

Остальные щелочные металлы реагируют с азотом при нагревании.

1.5. Щелочные металлы реагируют с углеродом с образованием карбидов, преимущественно ацетиленидов:

1.6. При взаимодействии с кислородом каждый щелочной металл проявляет свою индивидуальность: при горении на воздухе литий образует оксид, натрий – преимущественно пероксид, калий и остальные металлы – надпероксид.

Цезий самовозгорается на воздухе, поэтому его хранят в запаянных ампулах. Видеоопыт самовозгорания цезия на воздухе можно посмотреть здесь.

2. Щелочные металлы активно взаимодействуют со сложными веществами:

2.1. Щелочные металлы бурно (со взрывом) реагируют с водой . Взаимодействие щелочных металлов с водой приводит к образованию щелочи и водорода. Литий реагирует бурно, но без взрыва.

Например , калий реагирует с водой очень бурно:

2K 0 + H₂ + O = 2 K + OH + H₂ 0

2.2. Щелочные металлы взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой) со взрывом. При этом образуются соль и водород.

Например , натрий бурно реагирует с соляной кислотой :

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂↑

2.3. При взаимодействии щелочных металлов с концентрированной серной кислотой выделяется сероводород.

Например , при взаимодействии натрия с концентрированной серной кислотой образуется сульфат натрия, сероводород и вода:

2.4. Щелочные металлы реагируют с азотной кислотой. При взаимодействии с концентрированной азотной кислотой образуется оксид азота (I):

С разбавленной азотной кислотой образуется молекулярный азот:

При взаимодействии щелочных металлов с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:

2.5. Щелочные металлы могут реагировать даже с веществами, которые проявляют очень слабые кислотные свойства . Например, с аммиаком, ацетиленом (и прочими терминальными алкинами), спиртами , фенолом и органическими кислотами .

Ацетилен с натрием образует ацетиленид натрия и также водород:

Н ─ C ≡ С ─ Н + 2Na → Na ─ C≡C ─ Na + H₂

Фенол с натрием реагирует с образованием фенолята натрия и водорода:

Метанол с натрием образуют метилат натрия и водород:

Уксусная кислота с литием образует ацетат лития и водород:

2СH₃COOH + 2Li → 2CH₃COOLi + H₂↑

Щелочные металлы реагируют с галогеналканами (реакция Вюрца).

Например , хлорметан с натрием образует этан и хлорид натрия:

2.6. В расплаве щелочные металлы могут взаимодействовать с некоторыми солями . Обратите внимание! В растворе щелочные металлы будут взаимодействовать с водой, а не с солями других металлов.

Например , натрий взаимодействует в расплаве с хлоридом алюминия :

3Na + AlCl₃ → 3NaCl + Al

Оксиды щелочных металлов

Оксиды щелочных металлов (кроме лития) можно получить только к освенными методами : взаимодействием натрия с окислителями в расплаве:

1. О ксид натрия можно получить взаимодействием натрия с нитратом натрия в расплаве:

2. Взаимодействием натрия с пероксидом натрия :

3. Взаимодействием натрия с расплавом щелочи :

2Na + 2NaOН → 2Na₂O + Н₂↑

4. Оксид лития можно получить разложением гидроксида лития :

2LiOН → Li₂O + Н₂O

Химические свойства

Оксиды щелочных металлов — типичные основные оксиды . Вступают в реакции с кислотными и амфотерными оксидами, кислотами, водой.

1. Оксиды щелочных металлов взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами :

Например , оксид натрия взаимодействует с оксидом фосфора (V):

Оксид натрия взаимодействует с амфотерным оксидом алюминия:

2. Оксиды щелочных металлов взаимодействуют с кислотами с образованием средних и кислых солей (с многоосновными кислотами).

Например , оксид калия взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида калия и воды:

K₂O + 2HCl → 2KCl + H₂O

3. Оксиды щелочных металлов активно взаимодействуют с водой с образованием щелочей.

Например , оксид лития взаимодействует с водой с образованием гидроксида лития:

Li₂O + H₂O → 2LiOH

4. Оксиды щелочных металлов окисляются кислородом (кроме оксида лития): оксид натрия — до пероксида, оксиды калия, рубидия и цезия – до надпероксида.

Пероксиды щелочных металлов

Свойства пероксидов очень похожи на свойства оксидов. Однако пероксиды щелочных металлов, в отличие от оксидов, содержат атомы кислорода со степенью окисления -1. Поэтому они могут могут проявлять как окислительные , так и восстановительные свойства.

1. Пероксиды щелочных металлов взаимодействуют с водой . При этом на холоде протекает обменная реакция, образуются щелочь и пероксид водорода:

При нагревании пероксиды диспропорционируют в воде, образуются щелочь и кислород:

2. Пероксиды диспропорционируют при взаимодействии с кислотными оксидами .

Например , пероксид натрия реагирует с углекислым газом с образованием карбоната натрия и кислорода:

3. При взаимодействии с минеральными кислотами на холоде пероксиды вступают в обменную реакцию. При этом образуются соль и перекись водорода:

При нагревании пероксиды, опять-таки, диспропорционируют:

4. Пероксиды щелочных металлов разлагаются при нагревании, с образованием оксида и кислорода:

5. При взаимодействии с восстановителями пероксиды проявляют окислительные свойства.

Например , пероксид натрия с угарным газом реагирует с образованием карбоната натрия:

Пероксид натрия с сернистым газом также вступает в ОВР с образованием сульфата натрия:

6. При взаимодействии с сильными окислителями пероксиды проявляют свойства восстановителей и окисляются, как правило, до молекулярного кислорода.

Например , при взаимодействии с подкисленным раствором перманганата калия пероксид натрия образует соль и молекулярный кислород:

Гидроксиды щелочных металлов (щелочи)

1. Щелочи получают электролизом растворов хлоридов щелочных метал-лов:

2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂ + Cl₂

2. При взаимодействии щелочных металлов, их оксидов, пероксидов, гидридов и некоторых других бинарных соединений с водой также образуются щелочи.

Например , натрий, оксид натрия, гидрид натрия и пероксид натрия при растворении в воде образуют щелочи:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂

Na₂O + H₂O → 2NaOH

2NaH + 2H₂O → 2NaOH + H₂

3. Некоторые соли щелочных металлов (карбонаты, сульфаты и др.) при взаимодействии с гидроксидами кальция и бария также образуют щелочи.

Например , карбонат калия с гидроксидом кальция образует карбонат кальция и гидроксид калия:

1. Гидроксиды щелочных металлов реагируют со всеми кислотами (и сильными, и слабыми, и растворимыми, и нерастворимыми). При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов.

Например , гидроксид калия с фосфорной кислотой реагирует с образованием фосфатов, гидрофосфатов или дигидрофосфатов:

2. Гидроксиды щелочных металлов реагируют с кислотными оксидами . При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов.

Например , гидроксид натрия с углекислым газом реагирует с образованием карбонатов или гидрокарбонатов:

Необычно ведет себя оксид азота (IV) при взаимодействии с щелочами. Дело в том, что этому оксиду соответствуют две кислоты — азотная (HNO₃) и азотистая (HNO₂). «Своей» одной кислоты у него нет. Поэтому при взаимодействии оксида азота (IV) с щелочами образуются две соли- нитрит и нитрат:

А вот в присутствии окислителя, например, молекулярного кислорода, образуется только одна соль — нитрат, т.к. азот +4 только повышает степень окисления:

3. Гидроксиды щелочных металлов реагируют с амфотерными оксидами и гидроксидами . При этом в расплаве образуются средние соли, а в растворе комплексные соли.

Например , гидроксид натрия с оксидом алюминия реагирует в расплаве с образованием алюминатов:

в растворе образуется комплексная соль — тетрагидроксоалюминат:

Еще пример : гидроксид натрия с гидроксидом алюминия в расплаве образут также комплексную соль:

4. Щелочи также взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, или менее кислые соли.

Например : гидроксид калия реагирует с гидрокарбонатом калия с образованием карбоната калия:

5. Щелочи взаимодействуют с простыми веществами-неметаллами (кроме инертных газов, азота, кислорода, водорода и углерода).

При этом кремний окисляется щелочами до силиката и водорода:

Фтор окисляет щелочи. При этом выделяется молекулярный кислород:

Другие галогены, сера и фосфор — диспропорционируют в щелочах:

Сера взаимодействует с щелочами только при нагревании:

6. Щелочи взаимодействуют с амфотерными металлами , кроме железа и хрома . При этом в расплаве образуются соль и водород:

В растворе образуются комплексная соль и водород:

2NaOH + 2Al + 6Н₂О = 2Na[Al(OH)₄] + 3Н₂

7. Гидроксиды щелочных металлов вступают в обменные реакции с растворимыми солями .

С щелочами взаимодействуют соли тяжелых металлов.

Например , хлорид меди (II) реагирует с гидроксидом натрия с образованием хлорида натрия и осадка гидроксида меди (II):

2NaOH + CuCl₂ = Cu(OH)₂↓+ 2NaCl

Также с щелочами взаимодействуют соли аммония.

Например , при взаимодействии хлорида аммония и гидроксида натрия образуются хлорид натрия, аммиак и вода:

NH₄Cl + NaOH = NH₃ + H₂O + NaCl

8. Гидроксиды всех щелочных металлов плавятся без разложения , гидроксид лития разлагается при нагревании до температуры 600°С:

2LiOH → Li₂O + H₂O

9. Все гидроксиды щелочных металлов проявляют свойства сильных оснований . В воде практически нацело диссоциируют , образуя щелочную среду и меняя окраску индикаторов.

NaOH ↔ Na + + OH —

10. Гидроксиды щелочных металлов в расплаве подвергаются электролизу . При этом на катоде восстанавливаются сами металлы, а на аноде выделяется молекулярный кислород:

4NaOH → 4Na + O₂ + 2H₂O

Соли щелочных металлов

Нитраты и нитриты щелочных металлов

Нитраты щелочных металлов при нагревании разлагаются на нитриты и кислород. Исключение — нитрат лития. Он разлагается на оксид лития, оксид азота (IV) и кислород.

Например , нитрат натрия разлагается при нагревании на нитрит натрия и молекулярный кислород:

Нитраты щелочных металлов в реакциях могут выступать в качестве окислителей.

Нитриты щелочных металлов могут быть окислителями или восстановителями.

В щелочной среде нитраты и нитриты — очень мощные окислители.

Например , нитрат натрия с цинком в щелочной среде восстанавливается до аммиака:

Сильные окислители окисляют нитриты до нитратов.

Например , перманганат калия в кислой среде окисляет нитрит натрия до нитрата натрия:

Литий – металл XXI века

Этот элемент традиционно используют ядерщики и металлурги. Сегодня месторождения для его извлечения скупает Илон Маск. Без данного вещества невозможна революция в автопроме – переход с бензиновых на электромобили. Это дает основания рассматривать литий как металл третьего тысячелетия.

Что представляет собой

Литий – элемент таблицы Менделеева №3. Международное обозначение и формула – Li (Lithium).

Мягкий серебристый литий относится к металлам щелочной группы. По твердости располагается между натрием и свинцом.

При описании металла упоминают наличие двух стабильных изотопов в составе: Литий-6 и Литий-7.

Как был открыт

История металла начинается в 19 веке:

• Новый элемент обнаружил в местном минерале петалите шведский ученый Юхан Арфведсон.
• Через год, в 1817-м, его английский коллега Генри Дэви выделил металлический литий.

Название элемента восходит к древнегреческому «литос» (камень). Его предложил гуру европейской химии Иенс Берцелиус. Обосновал свой выбор тем, что литий нашелся в «камне».

Физико-химические характеристики

Это едва ли не самый химически малоактивный металл: в обычных условиях соединения с литием не образуются.

Щелочной металл Литий

Отличить литий от других щелочных металлов позволяют его характеристики:

1. Самый легкий металл группы.
2. Самый «неплотный» из металлов.

По плотности литий вдвое уступает воде, поэтому не тонет в ней и керосине.

1. Взаимодействует с другими элементами группы только в особых условиях.
2. На воздух реагирует при повышенной влажности, на другие газы и вещества (аммиак, галогены, кремний, серу) – при повышенной температуре.
3. Горит пурпурным пламенем.
4. Бурно реагирует с водой. Этот недостаток нейтрализуют, исключая контакт между ними при использовании.

Особые химические свойства металла обусловлены структурой и микроскопическими габаритами его атома.

Свойства атома
Название, символ, номер	Ли́тий / Lithium (Li), 3
Атомная масса (молярная масса)	[6,938; 6,997] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[He] 2s1, 1s22s1
Радиус атома	145 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	134 пм
Радиус иона	76 (+1e) пм
Электроотрицательность	0,98 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	-3,06 В
Степени окисления	+1
Энергия ионизации (первый электрон)	519,9 (5,39) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	0,534 г/см³
Температура плавления	453,69 K (180,54 °C, 356,97 °F)
Температура кипения	1613 K (1339,85 °C, 2443,73 °F)
Уд. теплота плавления	2,89 кДж/моль
Уд. теплота испарения	148 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,86 Дж/(K·моль)
Молярный объём	13,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки	3,490 Å
Температура Дебая	400 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 84,8 Вт/(м·К)
Номер CAS	7439-93-2

Подобно большинству металлов, на воздухе литий покрывается оксидной пленкой.

Среди достоинств – пластичность, легкость обработки. Литий без проблем прокатывается, прессуется.

Нахождение в природе

Чистый литий в природе не встречается, только как часть минералов (три десятка) и соляных озер.

Самые распространенные минералы – амблигонит, лепидолит, петалит, сподумен.

Тонна земной коры содержит 21 г лития, литр морской воды – 0,00017 г.

Глобальные подтвержденные запасы металла – 17 млн. тонн (из них почти миллион у России). С учетом потенциала солончаков – 62 млн. тонн.

Содержание лития зашкаливает в космических объектах – звездах-гигантах и звездных скоплениях с солнцем-красным гигантом и нейтронной звездой внутри.

Места и способы добычи

Кладезь литиевого сырья – обе Америки (США, Чили, Перу, Аргентина, Боливия).

Рудой богаты месторождения Австралии и России. Половина российских запасов сосредоточена в Мурманской области.

Добыча ведется не всегда обычными способами.

Источника сырья два:

1. Пегматитовые минералы со слюдой, кварцем, полевым шпатом, другими минералами в составе. Особенно щедр на литий сподумен – руда лития из группы пироксенов. Используется добыча традиционным карьерным способом.
2. Глины солончаков. Из них раствор выкачивают.

Ежегодно в мире добывается 40-50 тыс. тонн литиевого сырья.

Потенциальным лидером может стать Боливия, на территории которой обнаружены богатейшие запасы в солончаковой пустыне.

Технология получения

Способ получения металлического лития определяется сырьем:

• Руду преобразуют методом электролиза. Обработка расплава смеси хлоридов лития и калия происходит при 410-455°С. Затем удаляются примеси – методом вакуумной дистилляции, ректификации либо плавкой.
• Концентрацию в рассолах повышают выпариванием. Затем литий осаждают карбонатом натрия и гидроксидом кальция. Процесс длится полтора-два года.

У второго способа получения есть недостатки: медленность обработки и загрязненность конечного продукта трудноудаляемыми примесями. Но солончаки богаты, поэтому метод считается рентабельным. Именно его рассматривает как базовый для нужд своей корпорации Илон Маск.

Ученые пытаются извлечь литий из рассолов с помощью металл-органических мембран-каркасов.

В основе лежит воспроизведение функции аналогичных структур живых клеток. Ценный побочный продукт производства – пресная вода.

Третий источник лития – использованные литиевые аккумуляторы. Пока их переработка нерентабельна.

Где используется

Использование металла отражает тенденции развития технологий.

Традиционные отрасли

До недавнего времени главными сферами применения металла были ядерная отрасль и металлургия:

• Литий идет на стержни для реакторов. Жидкий изотоп служит теплоносителем в ядерных реакторах. Из него получают тритий.
• Металлургией используются сплавы, улучшающие характеристики продукта: прочность, устойчивость к коррозии, пластичность.
• Это также стекла, задерживающие часть ультрафиолета, керамика, пигмент для окрашивания тканей, ингредиент косметических препаратов.

Нитрат лития создает огни салюта красного цвета.

Литий в сплавах с другими металлами – новое поколение материалов для авиации, космонавтики, оборонпрома.

Новые сферы

Сегодня главные потребители сырья – IT-сфера и автопром нового поколения. Речь о литиевых аккумуляторах для гаджетов (айфоны, ноутбуки, планшеты) и электрокаров. В первую очередь автомобилей корпорации Илона Маска Tesla.

Литий-ионный аккумулятор

Для создания батареи на одну Tesla требуется 63 кг чистого (99,5%) лития.

К 2023 году поставить производство электромобилей на поток намерены автогиганты США, Японии, Европы (Audi, Ford, Honda, Mercedes, BMW, другие). Годовая потребность в металле составит 96-98 тысяч тонн.

Значение для человека

Микродозы вещества присутствуют в организме человека:

• Литий распределен по организму: легкие, печень, ЖКТ, сердце, надпочечники, щитовидная железа, кровь.
• Без него невозможна работа иммунной системы, углеводный, жировой обмен.
• Вещество ставит щит аллергии, действует как седатив для нервной системы.

Суточная норма вещества для взрослого человека – 0,1-0,2 мг. Литий поступает с продуктами.

Литием богаты помидоры, картофель, мед, свекла, морковь, салат, морская рыба, пророщенная пшеница.

Излишек выводится из организма через почки.

Предостережение

Опасно проникновение вещества извне: человек чувствует себя разбитым, теряет аппетит, ощущает головокружение.

Литий самовоспламеняется при 280-290°C. Продуктами горения легко отравиться, они раздражают дыхательные пути. На влажной коже, слизистых оболочках от металла появляются ожоги.

В отличие от других металлов, эталонная цена на литий отсутствует. Это беспокоит инвесторов, создавая хаос на глобальном рынке.

На международных биржах литий чистоты 99% торгуют по $16-18 за кг. С 2008 года она выросла втрое.

Читайте также:

  
• Металлические брелки с гравировкой
  
• Обработка поверхностей металлических поверхностей
  
• Ас металл для advance steel
  
• Виды рока виды металла
  
• Классы чугунов по структуре металлической основы белый и отбеленный чугун