Самый легкий щелочной металл

Обновлено: 02.07.2024

Слово «металл» часто ассоциируется с тяжеловесностью. Это далеко не так. Все металлы обладают очень разными свойствами. Некоторые из них настолько лёгкие, что даже не тонут в воде. Какой металл самый легкий? Какие у него свойства? Давайте узнаем.

Самые легкие металлы в мире

Лёгкими называют металлы, которые обладают небольшой плотностью. Это отнюдь не редкое явление. Вещества с такими характеристиками составляют примерно 20 % от массы земной коры. Они активно добываются и широко применяются в промышленности.

Самым лёгким металлом является литий. Кроме наименьшей атомной массы, он обладает и наименьшей плотностью, которая в два раза ниже, чем у воды. После лития идут калий, натрий, алюминий, рубидий, цезий, стронций и т. д. В их число входит и титан, который обладает самой высокой прочностью среди металлов.

Легкостью и прочностью обладает также алюминий. В земной коре он третий по распространённости. Пока люди не научились получать его промышленным путём, металл был дороже золота. Сейчас килограмм алюминия можно купить примерно за 2 доллара. Его применяют как в ракетной технике и военной промышленности, так и для изготовления пищевой фольги и кухонных предметов.

Литий

Литий находится в первой группе периодической таблицы элементов. Он стоит под номером 3, после водорода и гелия, и обладает самой маленькой атомной массой среди всех металлов. Простое вещество – литий, при нормальных условиях имеет серебристо-белый цвет.

Это самый лёгкий щелочной металл с плотностью 0,534 г/см³. Из-за этого он всплывает не только в воде, но и в керосине. Для его хранения обычно используют парафин, газолин, минеральные масла или петролейный эфир. Литий очень мягкий и пластичный, легко режется ножом. Чтобы расплавить этот металл, его нужно нагреть до температуры 180,54 °C. Закипит он только при 1340 °C.

В природе существует только два стабильных изотопа металла: Литий-6 и Литий-7. Кроме них, есть 7 искусственных изотопа и 2 ядерных изомера. Литий является промежуточным продуктом в реакции превращения водорода в гелий, участвуя, таким образом, в процессе образования звёздной энергии.

Реакции с литием

Учитывая его щелочную природу, можно предположить, что он очень активен. Однако металл является самым спокойным представителем своей группы. При нормальной комнатной температуре литий слабо реагирует с кислородом и многими другими веществами. Свой «бурный нрав» он проявляет после нагревания, тогда он вступает в реакцию с кислотами, различными газами и основаниями.

В отличие от других щелочных металлов с водой он реагирует мягко, образуя гидроксид и водород. С сухим воздухом реакции практически нет. Но если он влажный, то литий медленно реагирует с его газами, образуя нитрид, карбонат и гидроксид.

При определённых температурах самый легкий металл активен с аммиаком, этиловым спиртом, галогенами, водородом, углеродом, кремнием, серой.

Сплавы лития

Свойства лития повышают отдельные качества металлов, из-за чего его часто используют в сплавах. Полезной является его реакция с окислами, водородом, сульфидами. При нагревании он образует с ними нерастворимые соединения, которые легко извлечь из расплавленных металлов, очистив их от этих веществ.

Для придания сплаву стойкости к коррозии и пластичности его смешивают с магнием и алюминием. Медь в сплаве с ним становится более плотной и менее пористой, лучше проводит электричество. Самый легкий металл повышает твёрдость и пластичность свинца. При этом он повышает температуру плавления многих веществ.

Благодаря литию металл становится прочным и устойчивым к разрушениям. При этом он не утяжеляет их. Именно поэтому сплавы на его основе применяются в космической инженерии и авиации. Главным образом используются смеси с кадмием, медью, скандием и магнием.

Нахождение в природе и значение

Самый легкий металл имеет около 30 собственных минералов, но только 5 из них используются в промышленности: пенталит, амблигонит, лепидолит, циннвальдит и сподумен. Кроме того, находится он в солёных озёрах. Всего в земной коре содержится 0,005 % этого металла.

Большие промышленные запасы лития находятся на всех континентах. Его добывают в Бразилии, Австралии, ЮАР, Канаде, США и других странах. После чего применяют его в электронике, металлургии, лазерных материалах, ядерной энергетике и даже медицине.

Большое содержание лития есть в гумусах, что говорит о его участии в круговороте природных веществ. Металл присутствует в организме животных, а также во многих растениях. Литием богаты персики, грибы, редис, картофель, морковь.

В нашем организме он содержится в печени, крови, лёгких, костях и других органов. Недостаток лития приводит к нарушениям в работе нервной системы и мозга. Он повышает устойчивость организма к болезням, активизирует деятельность ферментов. С помощью него борются с болезнью Альцгеймера, психическими расстройствами, склерозом, а также различными зависимостями.

Токсичность

Несмотря на важную биологическую роль лития в нашем организме, он может быть опасным. Самый легкий металл достаточно токсичен и способен вызывать отравления. При горении он провоцирует раздражение и отёки слизистых оболочек. Если на них попадет кусочек целого металла, произойдёт то же самое.

Литий нельзя брать в руки без перчаток. Взаимодействуя с влагой в воздухе или влагой на коже, он легко вызывает ожог. С расплавленным металлом нужно быть ещё осторожнее, так как его активность повышается в разы. При работе с ним нужно помнить, что это щелочь. Уменьшить его действие на кожу можно обычным уксусом.

В организме литий повышает устойчивость иммунной системы и улучшает работу нервной системы. Но его переизбыток сопровождается головокружением, сонливостью, потерей аппетита. Отравление металлом приводит к снижению либидо, слабости в мышцах, набору веса. При этом может ухудшиться зрение, память и наступить кома. Работать с литием нужно всегда в перчатках, защитном костюме и очках.

Щелочные металлы. Строение, физические и химические свойства, применение

Щелочные металлы — общее название элементов 1-й группы периодической системы химических элементов. Ее состав: литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs), франций (Fr), и гипотетический элемент — унуненний (Uue). Наименование группы произошло от названия растворимых гидроксидов натрия и калия, обладающих реакцией и вкусом щелочи. Рассмотрим общие черты строения атомов элементов, свойства, получение и применение простых веществ.

Устаревшая и новая нумерация группы

По устаревшей системе нумерации щелочные металлы, занимающие крайний слева вертикальный столбец таблицы Менделеева, относятся к I-А группе. В 1989 году в качестве основного Международный химический союз (IUPAC) предложил иной вариант (длиннопериодный). Щелочные металлы в соответствии с новой классификацией и сплошной нумерацией относятся к 1-й группе. Открывает эту совокупность представитель 2-го периода — литий, завершает ее радиоактивный элемент 7-го периода — франций. У всех металлов 1-й группы во внешней оболочке атомов содержится один s-электрон, который они легко отдают (восстанавливаются).

Строение атомов щелочных металлов

Для элементов 1-й группы характерно наличие второго энергетического уровня, повторяющего строение предшествующего инертного газа. У лития на предпоследнем слое — 2, у остальных — по 8 электронов. В химических реакциях атомы легко отдают внешний s-электрон, приобретая энергетически выгодную конфигурацию благородного газа. Элементы 1-й группы обладают малыми величинами энергии ионизации и электроотрицательности (ЭО). Они легко образуют однозарядные положительные ионы. При переходе от лития к францию возрастает количество протонов и электронов, радиус атома. Рубидий, цезий и франций легче отдают внешний электрон, чем предшествующие им в группе элементы. Следовательно, в группе сверху вниз увеличивается восстановительная способность.

Содержание в земной коре

Легкая окисляемость щелочных металлов приводит к тому, что элементы 1-й группы существуют в природе в виде соединений своих однозарядных катионов. Содержание в земной коре натрия — 2,0%, калия — 1,1%. Другие элементы в ней находятся в малых количествах, например, запасы франция — 340 г. Хлорид натрия растворен в морской воде, рапе соленых озер и лиманов, образует залежи каменной или поваренной соли. Вместе с галитом встречаются сильвинит NaCl • KCl и сильвин KCl. Полевой шпат образован алюмосиликатом калия K₂[Al₂Si₆O₁₆]. В воде ряда озер растворен карбонат натрия, а запасы сульфата элемента сосредоточены в акватории Каспийского моря (Кара-Богаз-Гол). Встречаются залежи нитрата натрия в Чили (чилийская селитра). Существует ограниченное число природных соединений лития. В качестве примесей к соединениям элементов 1-й группы встречаются рубидий и цезий, а франций находят в составе урановых руд.

Последовательность открытия щелочных металлов

Физические свойства щелочных металлов

Почти все щелочные металлы обладают серебристо-белым цветом и металлическим блеском на свежем срезе (цезий имеет золотисто-желтую окраску). На воздухе блеск тускнеет, появляется серая пленка, на литии — зеленовато-черная. Этот металл обладает наибольшей твердостью среди соседей по группе, но уступает тальку — самому мягкому минералу, открывающему шкалу Мооса. Натрий и калий легко сгибаются, их можно разрезать. Рубидий, цезий и франций в чистом виде представляют тестообразную массу. Плавление щелочных металлов происходит при относительно низкой температуре. Для лития она достигает 180,54 °С. Натрий плавится при температуре 97,86 °С, калий — при 63,51 °С, рубидий — при 39,32 °С, цезий — при 28,44 °С. Плотность щелочных металлов меньше, чем родственных им веществ. Литий плавает в керосине, поднимается на поверхность воды, калий и натрий также всплывают в нем.

Кристаллическое состояние

Кристаллизация щелочных металлов происходит в кубической сингонии (объемно-центрированной). Атомы в ее составе обладают зоной проводимости, на свободные уровни которой могут переходить электроны. Именно эти активные частицы осуществляет особую химическую связь — металлическую. Общность строения энергетических уровней и природа кристаллических решеток объясняют сходство элементов 1-й группы. При переходе от лития к цезию возрастают массы атомов элементов, что приводит к закономерному увеличению плотности, а также к изменению других свойств.

Химические свойства щелочных металлов

Единственный внешний электрон в атомах щелочных металлов слабо притягивается к ядру, поэтому им свойственна низкая энергия ионизации, отрицательное или близкое к нулю сродство к электрону. Элементы 1-й группы, обладая восстановительной активностью, практически не способны окислять. В группе сверху вниз возрастает активность в химических реакциях:

₂

Получение и применение щелочных металлов

Металлы, относящиеся к 1-й группе, в промышленности получают электролизом расплавов их галогенидов и других природных соединений. При разложении под действием электрического тока положительные ионы на катоде присоединяют электроны и восстанавливаются до свободного металла. На противоположном электроде происходит окисление аниона.

При электролизе расплавов гидроксидов на аноде окисляются частицы OH - , выделяется кислород и получается вода. Еще один метод заключается в термическом восстановлении щелочных металлов из расплавов их солей кальцием. Простые вещества и соединения элементов 1-й группы имеют практическое значение. Литий служит сырьем в атомной энергетике, используется в ракетной технике. В металлургии применяется для удаления остатков водорода, азота, кислорода, серы. Гидроксидом дополняют электролит в щелочных аккумуляторах.

Натрий необходим для атомной энергетики, металлургии, органического синтеза. Цезий и рубидий используются при изготовлении фотоэлементов. Широкое применение находят гидроксиды и соли, особенно хлориды, нитраты, сульфаты, карбонаты щелочных металлов. Катионы обладают биологической активностью, особенно важны для организма человека ионы натрия и калия.

ТОП-20 самых легких металлов

К легким причисляют металлы, плотность которых колеблется в диапазоне 5-7,5 граммов на кубический сантиметр. Еще один определяющий показатель — атомный вес. Легкие металлы задействованы в фармацевтической, энергетической, автомобильной, авиакосмической и других отраслях промышленности, в металлургии, строительной сфере и медицине. Они составляют 20 % от массы земной коры. ТОП-20 самых легких металлов во вселенной собраны в нашем перечне.

Это самый легкий металл из существующих в мире. Он выделяется серебристо-белым окрасом, предельно низким атомным весом и плотностью, которая в два раза меньше, нежели у воды. Пластичный литий имеет тридцать минералов, два изотопа природного происхождения. Температура плавления щелочного металла составляет +180,5 градуса Цельсия.

Литий — уникальный элемент, который всплывает на поверхности керосина. Он редко эксплуатируется в чистом виде, поскольку очень активен, легко вступает в реакции с окружающей средой. Это токсичный металл, поэтому в быту не применяется, но подходит для создания пиротехники, используется в роли окислителя, в пищевой промышленности, электронике, при производстве аккумуляторов, смартфонов, электромобилей. Литий в сорок раз меньше весит, чем иридий и осмий. Он был открыт в 1817 году шведским ученым — выделен из природного петалита.

Калий

Вторую строчку в ТОПе занимает калий. Это мягкий щелочной металл. В природе он обнаруживается исключительно в химических соединениях — в морской воде. Калий реактивно окисляется при попадании на воздух. Его открыли в 1807 году — выделили путем электролиза. К свойствам его относятся:

В жидком виде металл применяется для производства теплоносителей. Важнейший биогенный элемент используется при изготовлении удобрений, в гальванотехнике.

Натрий

Это высоко-реактивный металл с бело-серебристым окрасом (относится к категории щелочных). Мягкий натрий без труда режется ножом, блестит на срезе. В природе он содержится в морской воде. На воздухе он легко окисляется до оксида натрия. Этот легкий металл плавится при +97 градусах Цельсия, а кипит — при +882 градусах. Натрий впервые был добыт путем электролиза химиком Хэмфри Дэви в Великобритании.

Этот металл активно эксплуатируется в металлургии, при изготовлении энергоемких аккумуляторов, в создании ядерных реакторов и при анализе органических веществ, в газоразрядных лампах.

Рубидий

Один из самых легких щелочных металлов, с плотностью выше чем у воды. Рубидий имеет серый цвет с белым отливом. Его смогли выделить немецкие химики в 1861 году методом пламенной спектроскопии. Этот металл вступает в химическую реакцию с водой, самовоспламеняется на воздухе, плавится при +39,3 градусах Цельсия.

Рубидий — моноизотопный, радиоактивный элемент. Он занимает 23 ступень по уровню распространенности в земной коре, встречается чаще меди и цинка. Этот металл используется при изготовлении пиротехнической продукции, в ядерной медицине и промышленности. Его эксплуатация важна при производстве паровых турбин, топливных генераторов.

Кальций

Это щелочноземельный металл, легко взаимодействующий с углекислым газом и кислородом. Кальций имеет серую тусклую поверхность со светло-желтым оттенком. Получают его путем электролиза или алюминотермии. Природный калий состоит из трех изотопов. По степени распространенности элементов в земной коре он занимает пятое место. Металлический кальций плавится при +884 градусах Цельсия. Он активно применяется при выплавке стали из-за сходства по свойствам с кислородом. Кальций используется в металлургии, для выделения азота из чистого аргона, при производстве циркония и урана.

Магний

Этот металл с малой атомной массой был получен в 1808 году. Он характеризуется пластичностью, без труда поддается резке, обработке. Магний плавится при +650 градусах, не боится коррозии.

В составе минералов и солей металл обнаруживается в земной коре, морской воде. Залежи природного магния находятся в Таджикистане и Восточной Сибири. Он используется в автомобиле- и самолетостроении, при производстве пиротехники, поскольку обладает высокими горючими свойствами. Магний применяется и при создании вооружения. В порошкообразной форме он применяется в фотографическом мастерстве.

Бериллий

Сероватый цвет, высокая хрупкость и токсичность характеризуют еще один легкий металл. В чистом виде он был получен в 1828 году. Название металл получил от известного минерала — берилла. В природе он встречается в магме, горных породах. Бериллий добывают в Индии, Бурятии, Казахстане.

Этот металл применяется в виде добавок при легировании сплавов. Он почти не поглощает рентгеновское излучение, поэтому применяется при создании детекторов гамма-излучения. Используется бериллий в аэрокосмической промышленности, в акустике, задействован в ядерной энергетике.

Цезий

Один из самых мягких и легких металлов с температурой плавления всего +28,6 градуса Цельсия. При комнатной температуре он находится в полужидком состоянии. Он представляет собой вещество золотистого цвета, отлично отражает свет. Этот металл открыли в 1860 году в Германии, но в чистом виде его получил уже шведский химик и только через 22 года.

Цезий используется как катализатор в органическом и неорганическом синтезе, в инфракрасных аппаратах и очках, при изготовлении светящихся трубок. Он применяется в энергетике и медицинской сфере. Кстати, на основе цезия создают твердые электролиты для автомобильного топлива.

Стронций

Месторождения стронциевых руд разрабатываются в Тульской области и в Дагестане. Стронций эксплуатируется в металлургии, пищевой и радиоэлектронной промышленности.

Алюминий

Один из самых распространенных металлов, который был открыт в 1825 году. До запуска масштабного производства алюминий ценился выше золота. Он обладает незначительными парамагнитными свойствами, проводит электрический ток и тепло. Алюминий подвергается механическому воздействию, но не коррозийному. Сплавы на его основе могут похвастаться пластичностью. Этот металл занимает третье место по степени распространенности в земной коре, плавится при +660 градусах.

Алюминий находит применение в черной металлургии, при производстве пиротехники, посуды, столовых приборов, в авиационной промышленности.

Барий

Это щелочноземельный металл, который быстро окисляется на воздухе, реагирует с водой, воспламеняется даже при слабом нагревании. Он активно взаимодействует с разбавленными кислотами. К другим свойствам бария относятся:

Серебристо-белый металл применяется в ядерно-энергетической отрасли, пиротехнике, оптике. В чистом виде барий получили в 1774-ом.

Титан

Металл насыщенного серебристого окраса был открыт в конце восемнадцатого века немецким химиком — выделен из минерала рутила. Образец металлического титана получили лишь в 1825 году. Он характеризуется высокой удельной прочностью и устойчивостью к коррозии. По концентрации титановых руд Россия находится на второй позиции в мире после Китая. К свойствам металла относятся:

пластичность;
хорошая ударная вязкость;
температура плавления, которая составляет +1670 градусов Цельсия.

Титан используется в авиа-, кораблестроении, при производстве трубопроводов, в химической, автомобильной промышленности, при создании вооружения.

Германий

Хрупкий металл стального цвета с четко выраженным блеском. Это твердосплавный элемент, который плавится при +938 градусах Цельсия, кипит при +2850 градусах, является полупроводником. Германий был выделен в 1886 году немецким химиком Клеменсом Винклером. Это аномальное вещество, плотность которого увеличивается при плавлении.

Главные сферы применения германия — волоконная и тепловизорная оптика, электроника, химическая промышленность (в качестве катализаторов).

Галлий

Это мягкий, хрупкий металл стального цвета с синеватым оттенком. Он выделен в 1875 году французским химиком. Галлий плавится при +29,7 градусах Цельсия. Это один из наиболее дорогих металлов, свыше 97 % которого уходит на производство полупроводников. Галлий активно используется в медицине — в онкологии, в качестве антисептика.

Теллур

Хрупкий белый металл с блеском, применяется при производстве свинцовых сплавов. На просвет он выглядит красно-коричневым. Редкое, слегка токсичное вещество было обнаружено в Трансильвании в конце восемнадцатого века. Но выделить его в чистом виде удалось только через 17 лет. При нагревании металл становится пластичным. Он плавится при +448,8 градусах Цельсия.

Теллур широко применяется при создании полупроводников, в процессе вулканизации каучука. Металл используют при изготовлении ламп, специальных марок халькогенидных стекол.

Ванадий

Это пластичный металл средней твердости сине-стального цвета. Ванадий — хороший полупроводник. Он обладает высокими показателями теплоизоляции, отличается:

податливостью;
прочностью (тверже большинства сплавов).

Это редкий тугоплавкий элемент, который был открыт в 1801 году мексиканским профессором минералогии. Но сам ученый назвал его хроматом свинца. В чистом виде из железной руды ванадий был получен только в 1830 году шведским химиком. Этот металл плавится при +1887 градусах Цельсия. Он применяется как легирующая добавка для сталей, для изготовления электроники, сувенирной продукции, в металлургии, автомобильной промышленности, при производстве буровых установок.

Цирконий

Этот металл обладает высокой коррозийной стойкостью. Он встречается в природе в виде четырех стабильных изотопов. Серо-белый блестящий переходный металл отличается химической стойкостью. Он плавится при +1852 градусах Цельсия. Температура плавления составляет 4377 градусов. Цирконий встречается в 140 минералах, но не в самородном виде.

Металл был открыт в 1789 году, а в чистом виде — получен по истечении 35 лет после этого. Цирконий широко используется в авиационной, космической промышленности и медицине.

Это металл, который становится пластичным при 150 градусах Цельсия, а при 210 градусах — может деформироваться. Температура плавления — низкая. Она составляет 418 градусов. Металл характеризуется:

высокой электропроводностью;
химической активностью — сплавляется с щелочами, подвергается воздействию серной кислоты.

Цинк имеет голубовато-серый окрас. Он тускнеет на воздухе и покрывается слоем оксида, имеет пять стабильных изотопов. Этот металл был получен в 1746 году в Германии путем прокалки смеси оксида с углем. Цинк применяется при производстве ювелирных украшений (сплавы добавляются в золото), в автомобилестроении, для защиты металлов от коррозии, при изготовлении аккумуляторов и батареек.

Тугоплавкий, твердый металл с характерным блеском, имеет голубовато-белый окрас. Он царапает стекло, в чистом виде характеризуется пластичностью, отлично поддается механической обработке. При наличии азотно-кислородных примесей становится хрупким. Температура плавления — 1856 градусов Цельсия. Хром — составляющий компонент стали, который повышает ее прочность, закаливаемость, жаростойкость. Он был открыт во Франции в 1797 году. Химик Воклен выделил тугоплавкий металл с примесью карбидов. Используется хром в легированных сталях, в качестве эстетических гальванических покрытий. Он относится к токсичным элементам.

Марганец

Этот серебристо-серый металл напоминает железо. Он обладает незначительными парамагнитными свойствами, медленно окисляется и тускнеет на воздухе. Это твердый и хрупкий металл, который был открыт в 1774 году. Марганец имеет температурные показатели плавления и кипения 1246 и 2061 градус Цельсия соответственно.

Марганец используется для раскисления стали при ее выплавке, в металлургии и химической промышленности. Металл является остродефицитным сырьем в России. Известно лишь несколько месторождений (в Кемеровской области, Красноярском крае).

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:

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

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

Взаимодействует с другими элементами группы только в особых условиях.
На воздух реагирует при повышенной влажности, на другие газы и вещества (аммиак, галогены, кремний, серу) – при повышенной температуре.
Горит пурпурным пламенем.
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:

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.
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.

Щелочные металлы – список и особенности взрывоопасных элементов

Продукты на основе этих металлов стали неотъемлемой частью жизни человека. Это и поваренная соль, и пищевая сода, и марганцовка.

Щелочные металлы ценят преподаватели химии: опыты с такими субстанциями способны увлечь химией любого.

Что представляют собой

Щелочные металлы – это элементы, занимающие почти весь первый столбец таблицы Менделеева. Кроме них, там расположился только водород.

К щелочным металлам относятся:

Названы щелочными вследствие растворимости соединений водой.

Результат воздействия воды – гидроксиды. Они также растворимы, потому называются щелочами.

Древние славяне под выщелачиванием подразумевали растворение вещества водой.

Особенности структуры

У атома щелочного металла на внешнем слое один электрон. Степень окисления у металлов группы одна – +1.

Этим обусловлена сходность характеристик элементов щелочного сегмента.

Как представлены в природе

Щелочная группа представлена на планете по-разному:

Самые распространенные элементы – натрий с калием.
Литий, рубидий, цезий причислены к редким и рассеянным.
Самым редкостным щелочным металлом является франций. По редкости этот радиогенный материал – второй на планете: суммарный объем в земной коре не превышает трети килограмма.

Из-за повышенной активности щелочные металлы в природе не встречаются. Лишь как соединения с прочими элементами.

Поставщики натрия с калием:

Хлорид натрия – обычная каменная соль. Ее содержит вода морей и океанов.
Глауберова соль.
Соли калия находят в почвах.

Металлы входят в структуру ряда минералов. Это в основном алюмосиликаты: альбит – натриевый; ортоклаз (полевой шпат) – калийный.

Щелочные металлы получают несколькими способами:

Электролиз. Материалом служат расплавы их хлоридов (или других галогенидов) либо гидроксиды. Растворы солей как исходник не годятся: конечным продуктом становятся водород и щелочи.
Восстановление из бромида, хромата либо хлорида. Восстановителями выступают магний, цирконий, кальций, кремний. Процесс получения протекает в вакууме при температурах под 1000°С, образующийся металл периодически отгоняется.

Натрий восстанавливают из карбоната. Ингредиенты: уголь, известняк, температура 990°C. Для промышленных нужд синтезируют гидроксид из крепкого раствора поваренной соли.

Физико-химические свойства

Металлы щелочного сегмента наделены общими и оригинальными физическими и химическими свойствами.

Физические характеристики

Элементы группы наделены общими физическими свойствами:

Мягкость. Любой (кроме лития) легко режется.
Легкость. Плотность лития, натрия, калия меньше единицы. Они не тонут в воде.
Серебристо-белый цвет. Только цезий наделен желтоватостью на серебристом фоне.
Металлический отблеск.

Оксиды группы обладают типичными для этого вида соединений свойствами: реагируют с водой, кислотами, их оксидами. У каждого свой цвет. Устойчивость и цветность оксидов щелочных элементов увязана с габаритами атома.

Химические параметры

Главная особенность щелочной группы – чрезмерная химическая активность:

Разогретые щелочные элементы реагируют с азотом, кремнием, галогенами, серой, фосфором, углеродом. Результат – соответствующие продукты (галогениды, сульфиды, карбиды, силициды, др.)
При нагревании с прочими металлами образуются полуметаллы (интерметаллиды).
На воздухе сгорают.

При взаимодействии металлов с водой выделяется водород, возможен взрыв.

Окраска пламени щелочными металлами и их соединениями:

Щелочной металл	Цвет пламени
Li	Карминно-красный
Na	Жёлтый
K	Фиолетовый
Rb	Буро-красный
Cs	Фиолетово-красный

Элементы, не тонущие в воде, горят и взрываются в ней:

Калий создает пламя фиалковой гаммы, взрыв самый сильный.
У натрия пламя желтое, взрыв послабее.
Литий просто горит.

Взрывом заканчивается реакция с кислотами.

Все щелочные металлы бурно реагируют на воду. Процесс сопровождается водородным фонтаном, затем пламенем, взрывом.

Мирно протекают реакции со спиртами, карбоновыми кислотами, другими органическими субстанциями.

Формула кислородного соединения	Цвет
Li2O	Белый
Na2O	Белый
K2O	Желтоватый
Rb2O	Жёлтый
Cs2O	Оранжевый
Na2O2	Светло- жёлтый
KO2	Оранжевый
RbO2	Тёмно- коричневый
CsO2	Жёлтый

Как опознать щелочной металл

Вид щелочного металла «выдает» окрас пламени:

Натрий либо его соединения делают пламя охристо-желтым.

Где используются

Промышленники оценили утилитарные свойства щелочных металлов. Они легкоплавки, пластичны (раскатываются до фольги), хорошо куются, пропускают тепло и электричество.

Самый известный продукт – поваренная соль (формула NaCl). Ее дополняют кальцинированная сода с едким натром (карбонат, гидроксид натрия), марганцовка (перманганат калия).

Их производят миллионами тонн:

Каустическая сода (в просторечии едкий натр) – ингредиент при варке мыла, производстве алюминия, искусственных волокон.
Кальцинированная сода – сырье для получения мыла, стекла, заменитель хозяйственного мыла.

Каустическая и кальцинированная сода, глауберова соль несъедобны. Только столовая сода и поваренная соль.

Пищевая сода нашла применение как домашнее средство для устранения ангины, обязательный ингредиент выпечки, натуральный консервант.

Альбит и ортоклаз классифицируются как коллекционный и декоративно-поделочный материал.

Техника безопасности

Химически активные элементы требуют осторожности.

При самостоятельной работе соблюдают следующие правила:

Перед началом работы надеть защитные перчатки и очки (маску).
Кусочек отрезают скальпелем от массива, не вытаскивая из керосина.
В емкости, заполненной аргоном, счищают с поверхности остатки оксидов.
Очищенный образец помещают в сосуд, где будет проводиться опыт.
Остатки, не затронутые реакцией, засыпают сухим спиртом.

Аналогичный порядок работы со щелочноземельными элементами. Они так же химически активны.

Щелочные и щелочноземельные металлы хранят притопленными в керосине: контакт с водой, воздухом заканчивается взрывом.

Читайте также: