Сайт ГДЗ онлайн
Авторизация

Литий

Рейтинг:
(голосов: 143)
ГДЗ сайт 22-09-2017, 02:10 Рефераты 0 комментариев
 
Ли́тий
(лат. Lithium; обозначается символом Li) — элемент главной подгруппы первой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 3 и атомной массой 6941. Химический символ Li читается так же, как и название самого элемента. Простое вещество литий — мягкий щелочной металл серебристобелого цвета.



Историческая справка.


   Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом А. Арфведсоном сначала в минерале петалите (Li,Na)[Si4AlO10]. Характерное для соединений лития красное окрашивание пламени впервые наблюдал немецкий химик Х. Г. Гмелин в 1818 году. В этом же году английский химик Г. Дэви электролизом расплава гидроксида лития получил кусочек металла. Получить свободный металл в достаточных количествах удалось впервые только в 1855 году путем электролиза расплавленного хлорида лития:
2LiCl = 2Li Cl 2
   Свое название получил изза того, что был обнаружен в «камнях» (греч. литос — камень). Первоначально назывался "литион". Современное название было предложено шведским химиком Берцелиусом.



Распространение в природе.


   Литий встречается в природе в виде двух стабильных нуклидов
6 Li (752 % по массе) и
7 Li (9248 %). Литий довольно широко распространен в земной коре, его содержание в ней составляет 65×10 3
% по массе. Как уже упоминалось, основные минералы, содержащие литий, — это петалит (содержит 3549 % Li 2 О), сподумен (67 % Li 2 О), лепидолит (46 % Li 2 О) и амблигонит LiAl[PO4] (810 % Li 2 О). В виде примеси литий содержится в ряде породообразующих минералов.
Месторождения лития приурочены к редкометалльным гранитным интрузиям, в связи с которыми развиваются литиеносные пегматиты (жильные горные породы) или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты — граниты с магматическим топазом, высоким содержанием
фтора
и воды, и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в том числе и лития.
   Месторождения лития известны в России (более 50 % запасов страны сосредоточено в редкометальных месторождениях Мурманской области), Боливии (Солончак Уюни — крупнейшее в мире), Аргентине, Мексике, Афганистане, Чили, США, Канаде, Бразилии, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве, Конго.
   Другой тип месторождений лития — рассолы некоторых сильносоленых озёр.
  Также литий присутствует в минерализованных водах. В морской воде содержится около 2×10 5
% лития.



Физические свойства лития.


   В виде простого вещества литий — мягкий, пластичный, легкий, серебристый металл. Из металлов литий самый легкий, его плотность 0534 г/см 3 . Температура плавления 1805°C, температура кипения 1326°C. При температурах от –193°C до температуры плавления устойчива кубическая объемно центрированная модификация лития с параметром элементарной ячейки а = 0350 нм. Конфигурация электронной оболочки нейтрального атома лития 1s22s1. В соединениях литий всегда проявляет степень окисления 1. Металлический радиус атома лития 0152 нм, радиус иона Li 0078 нм. Энергии последовательной ионизации атома лития 539 и 756 эВ. Электроотрицательность по Полингу 098 самая большая у щелочных металлов.



Химические свойства.


   Изза небольшого радиуса и маленького ионного заряда литий по своим свойствам больше всего напоминает не другие щелочные металлы, а элемент группы IIA магний (Mg). Литий химически очень активен. Он способен взаимодействовать с
кислородом
(O) и
азотом
(N) воздуха при обычных условиях, поэтому на воздухе он быстро окисляется с образованием темного налета продуктов взаимодействия:
4Li O 2 = 2Li 2 O,
6Li N 2 = 2Li 3 N
  При контактах с
галогенами
литий самовоспламеняется при обычных условиях. Подобно магнию (Mg), нагретый литий способен гореть в CO 2 :
4Li CO 2 = C 2Li 2 O
  Стандартный электродный потенциал Li/Li имеет наибольшее отрицательное значение (E°298 = –305 B) по сравнению со стандартными электродными потенциалами других металлов. Это обусловлено большой энергией гидратации маленького иона Li, что значительно смещает равновесие в сторону ионизации металла:
Liтвердый <> Li раствор e–
  Для слабо сольватирующих растворителей значение электродного потенциала лития соответствует его меньшей химической активности в ряду щелочных металлов.



Соединения лития.


   Cоли — как правило, бесцветные кристаллические вещества. По химическому поведению соли лития несколько напоминают аналогичные соединения магния (Mg) или кальция (Ca). Плохо растворимы в воде фторид LiF, карбонат Li 2 CO 3 , фосфат Li 2 PO 4 , хорошо растворим хлорат лития LiClO 3 — это, пожалуй, одно из самых хорошо растворимых соединения в неорганической химии (при 18°C в 100 г воды растворяется 3135 г LiClO 3 ).
  Оксид лития Li 2 O — белое твердое вещество — представляет собой типичный щелочной оксид. Li 2 O активно реагирует с
водой
с образованием гидроксида лития LiOH. Этот гидроксид получают электролизом водных растворов LiCl:
2LiCl 2H 2 O = 2LiOH Cl 2 H 2
  LiOH — сильное основание, но оно отличается по свойствам от гидроксидов других щелочных металлов. Гидроксид лития уступает им в растворимости. При прокаливании гидроксид лития теряет воду:
2LiOH = Li 2 O H 2 O
  Большое значение в синтезе органических и неорганических соединений имеет гидрид лития LiH, который образуется при взаимодействии расплавленного лития с
водородом
(H):
2Li H 2 = 2LiH
  LiH — ионное соединение, строение кристаллической решетки которого похоже на строение кристаллической решетки хлорида натрия NaCl. Гидрид лития можно использовать в качестве источника водорода для наполнения аэростатов и спасательного снаряжения (надувных лодок и т.п.), так как при его гидролизе образуется большое количество водорода (1 кг LiH дает 28 м3 H 2 ):
LiH H 2 O = LiOH H 2
  Он также находит применение при синтезе различных гидридов, например, борогидрида лития:
BCl 3 4LiH = Li[BH4] 3LiCl.
  Литий образует соединения с частично ковалентной связью Li—C, т. е. литийорганические соединения. Например, при реакции иодбензола C 6 H 5 I с литием в органических растворителях протекает реакция:
C 6 H 5 I 2Li = C 6 H 5 Li LiI.
  Литийорганические соединения широко используются в органическом синтезе и в качестве катализаторов.



Получение лития.


   Как упоминалось выше, впервые получить литий удалось путем электролиза расплавленного хлорида лития. В настоящее время для получения металлического лития его природные минералы или разлагают серной кислотой (кислотный способ), или спекают с CaO или CaCO 3 (щелочной способ), или обрабатывают K 2 SO 4 (солевой способ), а затем выщелачивают водой. В любом случае из полученного раствора выделяют плохо растворимый карбонат лития Li 2 CO 3 , который затем переводят в хлорид LiCl. Электролиз расплава хлорида лития проводят в смеси с KCl или BaCl 2 (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси). В дальнейшем полученный литий очищают методом вакуумной дистилляции.



Применение.


   Литий находит очень широкое применение в современной промышленности.
  Термоэлектрические материалы сплав сульфида лития и сульфида меди — эффективный полупроводник для термоэлектропреобразователей (ЭДС около 530 мкВ/К).
  Химические источники тока из лития изготовляют аноды химических источников тока (аккумуляторов, например литийхлорных аккумуляторов) и гальванических элементов с твёрдым электролитом (например, литийхромсеребряный, литийвисмутатный, литийокисномедный, литийдвуокисномарганцевый, литийиодсвинцовый, литийиодный, литийтионилхлоридный, литийоксидванадиевый, литийфторомедный, литийдвуокисносерный элементы), работающих на основе неводных жидких и твёрдых электролитов (тетрагидрофуран, пропиленкарбонат, метилформиат, ацетонитрил). Кобальтат лития и молибдат лития показали лучшие эксплуатационные свойства и энергоёмкость в качестве положительного электрода литиевых аккумуляторов. Гидроксид лития используется как один из компонентов для приготовления электролита щелочных аккумуляторов. Добавление гидроксида лития к электролиту тяговых железоникелевых, никелькадмиевых, никельцинковых аккумуляторных батарей повышает их срок службы в 3 раза и ёмкость на 21 % (за счёт образования никелатов лития).
  Алюминат лития — наиболее эффективный твёрдый электролит (наряду с цезийбетаглинозёмом).
 Лазерные материалы монокристаллы фторида лития используются для изготовления высокоэффективных (КПД 80 %) лазеров на центрах свободной окраски, и для изготовления оптики с широкой спектральной полосой пропускания.
  Окислители перхлорат лития используют в качестве окислителя.
  Дефектоскопия сульфат лития используют в дефектоскопии.
  Пиротехника нитрат лития используют в пиротехнике.
  Сплавы лития с серебром и золотом, а также медью являются очень эффективными припоями. Сплавы лития с магнием, скандием, медью, кадмием и алюминием — новые перспективные материалы в авиации и космонавтике. На основе алюмината и силиката лития создана керамика, затвердевающая при комнатной температуре и используемая в военной технике, металлургии, и, в перспективе, в термоядерной энергетике. Огромной прочностью обладает стекло на основе литийалюминийсиликата, упрочняемого волокнами карбида кремния. Литий очень эффективно упрочняет сплавы свинца и придает им пластичность и стойкость против коррозии.
  Электроника триборат литияцезия используется как оптический материал в радиоэлектронике. Кристаллические ниобат лития LiNbO 3 и танталат лития LiTaO 3 являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в нелинейной оптике, акустооптике и оптоэлектронике. Литий также используется при наполнении осветительных газоразрядных металлогалогеновых ламп.
  Металлургия в чёрной и цветной металлургии литий используется для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов. Литий иногда применяется для восстановления методами металлотермии редких металлов.
  Металлургия алюминия карбонат лития является важнейшим вспомогательным веществом (добавляется в электролит) при выплавке алюминия, и его потребление растет с каждым годом пропорционально объёму мировой добычи алюминия (расход карбоната лития 2535 кг на тонну выплавляемого алюминия.
  Легирование алюминия введение лития в систему легирования позволяет получить новые сплавы алюминия с высокой удельной прочностью. Добавка лития снижает плотность сплава и повышает модуль упругости. При содержании лития до 18 % сплав имеет низкое сопротивление коррозии под напряжением, а при 19 % сплав не склонен к коррозионному растрескиванию. Увеличение содержания лития до 23 % способствует возрастанию вероятности образования рыхлот и трещин. Механические свойства при этом изменяются: пределы прочности и текучести возрастают, а пластические свойства снижаются. Наиболее известны системы легирования AlMgLi (пример — сплав 1420 применяемый для изготовления конструкций летательных аппаратов) и AlCuLi (пример — сплав 1460 применяемый для изготовления емкостей для сжиженных газов).
  Ядерная энергетика Изотопы 6Li и 7Li обладают разными ядерными свойствами (сечение поглощения тепловых нейтронов, продукты реакций) и сфера их применения различна. Гафниат лития входит в состав специальной эмали, предназначенной для захоронения высокоактивных ядерных отходов, содержащих плутоний. Литий6 (термояд) применяется в термоядерной энергетике. При облучении нуклида 6Li тепловыми нейтронами получается радиоактивный тритий 3H. Благодаря этому литий6 может применяться как замена радиоактивного, нестабильного и неудобного в обращении трития как в военных (термоядерное оружие), так и в мирных (управляемый термоядерный синтез) целях. В термоядерном оружии обычно применяется дейтерид лития6 6LiD. Перспективно также использование лития6 для получения гелия3 (через тритий) с целью дальнейшего использования в дейтерийгелиевых термоядерных реакторах.
  Литий7 (теплоноситель) применяется в ядерных реакторах, использующих реакции с участием тяжёлых элементов, таких как уран, торий или плутоний. Благодаря очень высокой удельной теплоёмкости и низкому сечению захвата тепловых нейтронов, жидкий литий7 (часто в виде сплава с натрием или цезием) служит эффективным теплоносителем. Фторид лития7 в сплаве с фторидом бериллия (66 % LiF 34 % BeF2) носит название «флайб» (FLiBe) и применяется как высокоэффективный теплоноситель и растворитель фторидов урана и тория в высокотемпературных жидкосолевых реакторах, и для производства трития.
  Сушка газов высокогигроскопичные соединения с бромом и
хлором
бромид LiBr и хлорид лития LiCl применяются для осушения воздуха и других газов.
  Медицина Соли лития обладают нормотимическими и другими лечебными свойствами. Поэтому они находят применение в медицине.
  Смазочные материалы стеарат лития («литиевое мыло или литол») используется в качестве высокотемпературной смазки.
  Регенерация кислорода в автономных аппаратах гидроксид лития LiOH, пероксид Li 2 O 2 и супероксид LiO 2 применяются для очистки воздуха от углекислого газа; при этом последние два соединения реагируют с выделением кислорода (например, 4LiO 2 2CO 2 → 2Li 2 CO 3 3O 2 ), благодаря чему они используются в изолирующих противогазах, в патронах для очистки воздуха на подлодках, на пилотируемых космических аппаратах и т. д.
  Силикатная промышленность литий и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия фарфоровых изделий.
  Прочие области применения Соединения лития используются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической (изготовление косметики).



Биологическая роль.


   Литий в незначительных количествах присутствует в живых организмах, но, повидимому, не выполняет никаких биологических функций. Установлено его стимулирующее действие на некоторые процессы в растениях, способность повышать их устойчивость к заболеваниям.
  В организме среднего человека (масса 70 кг) содержится около 07 мг лития. Токсическая доза 90200 мг.



Особенности обращения с литием.


   Как и другие щелочные металлы, металлический литий способен вызывать ожоги кожи и слизистых, особенно в присутствии влаги. Поэтому работать с ним можно только в защитной одежде и очках. Хранят литий в герметичной таре под слоем минерального масла. Отходы лития нельзя выбрасывать в мусор, для уничтожения их следует обработать этиловым спиртом:
2 Н 5 ОН 2Li = 2С 2 Н 5 ОLi Н 2
Образовавшийся этилат лития затем разлагают водой до спирта и гидроксида лития LiOH.
Полужирный Наклонный текст Подчёркнутый текст Зачёркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Введите код с картинки:*
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Авторизация