Як знайти літій у природі

Літій утворює просту речовину – Li.

Літій в атмосфері аргону зберігає своє забарвлення.

Коли Деві проводив свої знамениті досліди по електролізу лужних земель, про існування літію ніхто й не підозрював. Літієва лужна земля була відкрита лише в 1817 р. талановитим хіміком-аналітиком, одним з учнів Берцеліуса Арфведсоном.

У 1800 р. бразильський мінералог ді Андраді і Сільва, здійснюючи наукову подорож по Європі, знайшов в Швеції два нових мінерали, названих ним петалітом і сподуменом, причому перший з них через кілька років був знову відкритий на острові Уте.

Жозе Боніфаціо ді Андраді і Сілва
(1763-1838)

Арфведсон зацікавився петалітом, провів повний його аналіз і виявив незрозумілу втрату близько 4% речовини. Повторюючи аналізи більш ретельно, він встановив, що в петаліті міститься “вогнетривкий луг невідомої до цих пір природи”. Берцеліус запропонував назвати її літіоном (Lithion), оскільки цей луг, на відміну від калі і натра, вперше був знайдений в “царстві мінералів” (каменів). Назва ця утворена від грец. λίθος — камінь. Пізніше Арфведсон виявив літієву землю, або Літин, і в деяких інших мінералах, проте його спроби виділити вільний метал не увінчалися успіхом. Дуже невелика кількість металічного літію була отримана Деві і Бранде у 1818 році шляхом електролізу лугу. У 1855 р. Бунзен і Маттессен розробили промисловий спосіб отримання металічного літію електролізом хлориду літію.

Літій було відкрито Й. Арфведсоном спочатку в мінералі петаліті (Li,Na)[Si₄AlO₁₀], а потім — у сподумені LiAl[Si₂O₆] і в лепідоліті KLi_1,5Al_1,5[Si₃AlO₁₀](F,OH) ₂.

Сучасну назву було запропоновано Берцеліусом.

Хоча літій широко поширені на Землі, він не зустрічається у вільному вигляді в зв’язку з його високою реакційною здатністю. Загальний вміст літію в морській воді дуже великий і становить до 230 млрд. тонн.

Літій за геохімічними властивостями належить до великоіонних літофільних елементів, в числі яких калій, рубідій і цезій. Вміст літію у верхній континентальній корі складає 21 г/т, в морській воді 0,17 мг/л. Основні мінерали літію — слюда лепідоліт — KLi_1,5Al_1,5[Si₃AlO₁₀] (F, OH)₂ і піроксен сподумен — LiAl [Si₂O₆]. Коли Літій не утворює самостійних мінералів, він ізоморфно заміщає Калій в досить поширених породоутворюючих мінералах. Родовища Літію приурочені до рідкіснометалевих гранітних інтрузій, у зв’язку з якими розвиваються літієносні пегматити або гідротермальні комплексні родовища, що містять також олово, вольфрам, вісмут та інші метали. Варто особливо відзначити специфічні породи онгоніти — граніти з магматичним топазом, високим вмістом Флуору та води, і виключно високими концентраціями різних рідкісних елементів, у тому числі і літію.

Скальний обломок із слюдою.

Інший тип родовищ літію — розсоли деяких сильносолоних озер.

Родовища літію відомі в Росії (понад 50% запасів країни зосереджено в родовищах Мурманської області), Болівії, Аргентині, Мексиці, Афганістані, Чилі, США, Канаді, Бразилії, Іспанії, Швеції, Китаї, Австралії, Зімбабве, Конго.

Україна має значні запаси літію, пов’язані з рідкіснометалічними гранітними пегматитами протерозою. У Західному Приазов’ї розвідані родовища Крута Балка і Шевченківське. У центральній частині Українського щита, у Шполяно-Ташлицькому рудному районі — родовища Полохівське, Станкуватське, «Надія» і прояв Липнязький. Найперспективнішим вважається Полохівське літієве (петалітові руди) родовище (Кіровоградська область). У 1994 році Мінпромом України запропоновано підготувати до промислового освоєння Шевченківське родовище літієвих руд у Запорізькій області. Проведено оцінку і складено ТЕО розробки Полохівського родовища літію. Це може не тільки забезпечити потреби у літії різних галузей промисловості, але і збільшити її експортний потенціал.

Наразі для отримання металевого літію його природні мінерали розкладають сірчаною кислотою (кислотний спосіб), або спікають з CaO чи CaCO₃ (лужний спосіб), або обробляють K₂SO₄ (сольовий спосіб). Потім вилуговують водою. У будь-якому випадку з отриманого розчину виділяють погано розчинний карбонат літію Li₂CO₃, який потім перетворюють на хлорид LiCl. Електроліз розплаву хлориду літію здійснюють у суміші з KCl або BaCl₂ (ці солі слугують для зниження температури плавлення суміші).

ВІДЕО: Відтворення промистового процесу одержання літію.

Надалі отриманий літій очищують методом вакуумної дистиляції.

Як і інші лужні метали, літій має один валентний електрон, який легко може відщеплюватись. Завдяки чому, цей метал є хорошим провідником тепла й електричного струму.

Літій — сріблясто-білий метал, м’який і пластичний, твердіше натрію, але м’якше свинцю. Його можна обробляти пресуванням і прокаткою.

Літій вкритий чорним нальотом оксиду (на повітрі).

Літій метал досить м’який, ріжеться ножем. На зрізі він має сріблясто-білий колір, який швидко змінюється на сірий через окислення. Літій — метал із низькою температурою плавлення (180,54 °C), проте, він має найвищу температуру плавлення і кипіння (кип. 1340 °C) серед лужних металів.

Це найлегший метал в періодичній таблиці, настільки легкий, що не тоне у воді і навіть у нафті. Він має дуже малу густину, близько 0,534 г/см 3 . Він плаває у воді, але взаємодіє з нею.

Літій плаває у мінеральній оливі.

Це речовина із найменшою густиною серед простих речовин, які не є газами за кімнатної температури. Наступна проста речовина має на 60% більшу густину (калій, 0,862 г/см 3 ). Крім того, крім гелію і водню, він є простою речовиною, що має найменшу густину, в твердому або рідкому стані, маючи лише 2/3 густини рідкого азоту (0,808 г/см 3 ).

Коефіцієнт теплового розширення літію в два рази більший ніж в алюмінію і майже в чотири рази більший, ніж у заліза. Він має найвищу питом у теплоємність серед інших простих речовин. Літій є надпровідним нижче 400 мкК при нормальному тиску і при більш високих температурах (понад 9 K) при дуже високому тиску (> 20 ГПа).

За кімнатної температури металічний літій має кубічну об’ємноцентровану ґратку. Нижче 78 К стійкою є гексагональна структура.

Декілька алотропних форм були зареєстровані для літію при високому тиску.

Маленькі розміри атома Літію призводять до появи особливих властивостей металу. Наприклад, він змішується з натрієм тільки при температурі нижче 380 °C і не змішується з розплавленими калієм, рубідієм і цезієм, в той час як інші пари лужних металів змішуються один з одним в будь-яких співвідношеннях.

Ймовірно, найбільш розчинною сіллю є літій хлорат — LiClO₃: у 100 г води при 18 °C розчиняється 313,5 г LiClO₃.

Літій зберігають у петролейному ефірі, парафіні, газоліні або мінеральному маслі в герметично закритих жерстяних коробках. Досить великі злитки літію звичайно запаюють в металеві банки.

Чотирьохкілограмовий злиток літію, запаяний в алюмінієву банку під аргоном.

Дрібні крихти металевого літію викликають хімічні опіки при потраплянні на вологу шкіру, слизові оболонки і в очі. Тому працювати з ним можна тільки в захисному одязі і окулярах. Зпалахнувший літій засипають NaCl або содою. Зберігають літій в герметично закритих жерстяних коробках під шаром пастоподібної маси з парафіну і мінерального масла або в тонкостінних алюмінієвих або мідних оболонках; допускається зберігання під шаром газоліну або петролейного ефіру. Відходи літію не можна викидати в сміття, для утилізації їх слід обробити етиловим спиртом:

Утворений літій етилат потім розкладають водою до спирту та гідроксиду літію LiOH:

Літій — лужний метал, нестійкий на повітрі. Він є найменш активним лужним металом, з сухим повітрям (і навіть із сухим киснем) за кімнатної температури практично не реагує. З цієї причини літій є єдиним лужним металом, який не зберігається в гасі (до того ж густина літію настільки мала, що він буде в ньому плавати) і може нетривалий час зберігатися на повітрі.

У вологому повітрі поволі окислюється, перетворюючись на нітрид Li₃N, гідроксид LiOH і карбонат Li₂CO₃. У кисні при нагріванні горить, перетворюючись на оксид Li₂O із домішками пероксиду Li₂O₂. Є цікава особливість, що в інтервалі температур від 100 °C до 300 °C літій покривається щільною оксидною плівкою, і надалі не окиснюється.

ВІДЕО: Горіння літію в кисні

Спокійно, без вибуху і загоряння, реагує з водою, утворюючи LiOH і H₂.

ВІДЕО: Взаємодія літію з водою.

Літій реагує з воднем (при 500-700 °C) з утворенням літій гідриду

з галогенами (з йодом — тільки при нагріванні)

ВІДЕО: Взаємодія літію з хлором.

ВІДЕО: Взаємодія літію з йодом.

При 130 °C реагує із сіркою з утворенням сульфіду.

ВІДЕО: Взаємодія літію з сіркою.

У вакуумі при температурі вище 200 °C реагує з вуглецем (утворюється ацетиленід).

При 600-700 °C літій реагує з кремнієм з утворенням силіциду.

Літій є єдиним металом, який вступає в реакцію з азотом при нормальних умовах.

ВІДЕО: Взаємодія літію з азотом.

При нагріванні, також, з фосфором.

Взаємодія з складними речовинами.

Реагує також з етиловим спиртом (з утворенням алкоголяту)

ВІДЕО: Взаємодія літію з етанолом.

Хімічно розчинний в рідкому аміаку (-40 °C), утворюється синій розчин.

ВІДЕО: Взаємодія літію з рідким аміаком.

Літій карбонат Li₂CO₃ (а також інші солі Літію) є каталізатором реакції горіння цукру. На повітрі цукор запалити не можна. Проте якщо поверхню цукру притрусити літій карбонатом то цукор запалюється сірником. і горить потріскуючи.

Горіння цукру, який посипали літій карбонатом.

ВІДЕО: Горіння цукру з літій карбонатом.

Тютюн у своєму складі містить літій. При згорянні тютюну літій переходить у літій карбонат, який міститиметься у попелі. Тому цигарковий попел теж має каталітичні властивості стосовно реакції горіння цукру.

ВІДЕО: Горіння цукру з попелом від сигарети.

У 1818 німецький хімік Леопольд Гмелін встановив, що літій і його солі забарвлюють полум’я в карміново-червоний колір, це є якісною ознакою для визначення літію. Температура спалаху знаходиться близько 300 °C. Продукти горіння подразнюють слизову оболонку носоглотки.

ВІДЕО: Забарвлення полум’я солями літію.

З літію виготовляють аноди хімічних джерел струму (акумуляторів), що працюють на основі твердих електролітів.

Завдяки дуже високій питомої теплоємності, рідкий літій (часто у вигляді сплаву з натрієм або цезієм-133) може слугувати ефективним теплоносієм. У ядерних реакторах із цією метою застосовують ізотоп 7 Li.

Опромінюючи нуклід 6 Li тепловими нейтронами, отримують радіоактивний тритій 3 ₁H (Т): 6 ₃Li + 1 ₀n = 3 ₁H + 4 ₂He.

Літій та його сполуки широко застосовують у силікатній промисловості для виготовлення спеціальних сортів скла і покриття порцеляни, у чорній та кольоровій металургії (для розкислювання, підвищення пластичності та міцності сплавів), для отримання пластичних мастил.

Сплави літію з сріблом і золотом, а також міддю є дуже ефективними припоями. Сплави літію з магнієм, скандієм, міддю, кадмієм і алюмінієм — нові перспективні матеріали в авіації та космонавтиці. На основі алюмінату та силікату літію створено кераміку, що твердіє за кімнатної температури і застосовується у військовій техніці, металургії, і, у перспективі, у термоядерній енергетиці. Величезну міцність має скло на основі літій-алюміній-силікату, зміцнене волокнами силіцій карбіду. Літій дуже ефективно зміцнює сплави свинцю і додає їм пластичності та стійкості проти корозії.

Літій та його сполуки широко застосовуються в ракетній техніці. Суміш парів літію з молекулярним воднем є ефективним робочим тілом для газофазних ядерних ракетних двигунів. Рідкий літій використовується в якості робочого тіла в електроракетних двигунах, зокрема — у потужних ЕРД. Літій використовується як власне ракетне паливо або як добавка до нього. Перхлорат і нітрат літію застосовуються як окислювач ракетного палива.

З літію виготовляють аноди хімічних джерел струму (акумуляторів, наприклад літій-хлорних акумуляторів) і гальванічних елементів з твердим електролітом (наприклад, літій-хромсрібний, літій-бісмутатний, літій-окисномідний, літій-двуокисномарганцевий, літій-йодсвинцевий, літій-йодний, літій-тіонілхлоридний, літій-оксидванадієвий, літій-фторомідний, літій-двуокисносірчаний елементи), що працюють на основі неводних рідких і твердих електролітів (тетрагідрофуран, пропіленкарбонат, метилформіата, ацетонітрил).

Кобальтат літію та молібдат літію показали кращі експлуатаційні властивості і енергоємність в якості позитивного електрода літієвих акумуляторів.

Літієві хімічні джерела струму.

Металічний літій викликає опіки при попаданні на вологу шкіру, слизові оболонки та в очі.

Вдихання пилу літію або літієвих сполук (які часто є лужними) спочатку подразнюють ніс і горло, а далі дія може призвести до накопичення рідини в легенях, що призводить до набряку легенів.

Літій постійно входить до складу живих організмів, проте його біологічна роль з’ясована недостатньо. Встановлено, що у рослин літій підвищує стійкість до хвороб, підсилює фотохімічну активність хлоропластів в листках (томати) і синтез нікотину (тютюн). Здатність концентрувати літій найсильніше виражена серед морських організмів у червоних і бурих водоростей, а серед наземних рослин — у представників родини жовтецевих (рутвиця, жовтець) і родини пасльонових (дереза). Переважно в організмі знаходиться в щитовидній залозі, лімфовузлах, серці, печінці, легенях, кишечнику, плазмі крові, наднирниках. В організмі середньої людини (маса 70 кг) міститься близько 0,7 мг літію. Токсична доза 90-200 мг. Літій бере участь у важливих процесах:

• Бере участь у вуглеводному і жировому обмінах;
• Підтримує імунну систему;
• Попереджає виникнення алергії;
• Знижує нервову збудливість

Препарати літію широко використовуються в терапії психічних розладів.

Виділяється літій переважно нирками.

Факти про літій: літій або елемент 3

Літій є першим металом, який ви зустрічаєте в періодичній таблиці. Ось важливі факти про цей елемент.

Основні факти про літій

• Атомний номер: 3
• Символ: Li
• Атомна вага : [6,938; 6.997]
  Посилання: IUPAC 2009
• Відкриття: 1817 р., Арфведсон (Швеція)
• Електронна конфігурація : [He]2s 1
• Грецьке походження слова:літос , камінь
• Класифікація елементів: Лужний метал

Властивості літію

Літій має температуру плавлення 180,54 C, температуру кипіння 1342 C, питому вагу 0,534 (20 C) і валентність 1. Це найлегший з металів, його густина приблизно вдвічі менша за густину води. За звичайних умов літій має найменшу щільність серед твердих елементів. Він має найвищу питому теплоємність з усіх твердих елементів. Металевий літій має сріблястий вигляд. Він реагує з водою, але не так інтенсивно, як натрій. Літій надає полум’ю малиновий колір, хоча сам метал горить яскраво-білим. Літій є корозійним і вимагає спеціального поводження. Елементарний літій надзвичайно горючий.

Застосування літію

Літій використовується для теплопередачі. Використовується як легуючий агент, при синтезі органічних сполук, додається до скла та кераміки. Його високий електрохімічний потенціал робить його корисним для анодів акумуляторів. Літій хлорид і літій бромід відрізняються високою гігроскопічністю, тому їх використовують як осушувачі. Стеарат літію використовується як високотемпературне мастило. Літій також має медичне застосування.

Джерела літію

У природі літій не зустрічається у вільному вигляді. У невеликих кількостях міститься практично у всіх магматичних породах і у водах мінеральних джерел. Мінерали, що містять літій, включають лепідоліт, петаліт, амблігоніт і сподумен. Металевий літій виробляють електролітичним шляхом з розплавленого хлориду.

Фізичні дані літію

• Щільність (г/см3): 0,534
• Зовнішній вигляд: м’який, сріблясто-білий метал
• Ізотопи : 8 ізотопів [Li-4 до Li-11]. Li-6 (7,59% рясності) і Li-7 (92,41% рясності) є стабільними.
• Атомний радіус (pm): 155
• Атомний об’єм (см3/моль): 13.1
• Ковалентний радіус (pm): 163
• Іонний радіус : 68 (+1e)
• Питома теплоємність (при 20°CJ/г моль): 3,489
• Теплота синтезу (кДж/моль): 2,89
• Теплота випаровування (кДж/моль): 148
• Температура Дебая (°K): 400,00
• Число негативності Полінга: 0,98
• Енергія першої іонізації (кДж/моль): 519,9
• Ступені окислення : 1
• Гратчаста структура:об’ємно-центрований куб
• Постійна решітки (Å): 3,490
• Магнітне впорядкування: парамагнітне
• Питомий електричний опір (20°C): 92,8 нОм·м
• Теплопровідність (300 K): 84,8 Вт·м−1·K−1
• Теплове розширення (25°C): 46 мкм·м−1·K−1
• Швидкість звуку (тонкий стрижень) (20°C): 6000 м/с
• Модуль Юнга: 4,9 ГПа
• Модуль зсуву: 4,2 ГПа
• Об’ємний модуль: 11 ГПа
• Твердість за шкалою Мооса : 0,6
• Реєстраційний номер CAS : 7439-93-2

Літієві цікавинки

• Літій широко використовується в технології акумуляторних батарей.
• Літій – єдиний лужний метал, який реагує з азотом.
• Під час випробування літій горить червоним .
• Літій вперше був виявлений у мінералі петаліті (LiAlSi ₄ O ₁₀ ).
• Літій використовується для створення ізотопу водню тритію шляхом бомбардування нейтронами.

Джерела

• Національна лабораторія Лос-Аламоса (2001)
• IUPAC 2009
• Crescent Chemical Company (2001)
• Довідник Ланге з хімії (1952)

Цікаві факти про літій

Літій представлений у хімічній таблиці Менделєєва, він дуже легкий метал і використовується у багатьох сучасних речах. Lithos у перекладі з грецької означає камінь. Він міститься в батареях ноутбуків, смартфонах та електромобілях. Його застосування на цьому не закінчується і літій може стати в нагоді в медичних цілях.

ТОП цікавих фактів про літій

1. Перші зразки.
   Першим, хто отримав літій, став Гемфрі Деві. Слідом за ним за експерименти взявся Леопольд Гмелін з літієвмісними солями. За спостереженнями, німецький хімік зазначав, що полум’я забарвлюється в карміновий колір.
2. Коли було відкрито?
   Літій був відкритий шведським хіміком Йоганном Августом у 1817 році. У першу чергу його вдалося виявити в рідкісному мінералі петаліті, потім у спогадені і в лепідоліті. Свою назву він успадкував за рахунок того, що був виявлений у камінні.
3. Промисловість.
   Літій та його сполуки знайшли своє місце при виготовленні різних сортів скла, кольорової та чорної металургії, одержанні пластичних мастил. Також він застосовується у текстильній, фармацевтичній та харчовій промисловості. У сучасному світі його використовують для різних цілей при виготовленні електровакуумних приладів, акумуляторів та іншого. Знайшлося йому застосування і в ядерних реакторах, де потрібний рідкий літій як теплоносій.
4. Літій в організмі людини.
   Літій присутній у людському організмі, але науці досі не вдалося встановити його біологічну роль. Дослідники визначили лише його завдання у підвищенні стійкості до хвороб та надання стимулюючої дії на певні процеси в рослинах. Його використовують у медицині на лікування іпохондрії, наркоманії, депресивних станів, алкоголізму та інших психічних захворювань за допомогою психотропних властивостей цього елемента.
5. Вибух зірок.
   В результаті Великого Вибуху було створено перші елементи періодичної системи, до них відносять водень, гелій та літій. Однак першого та другого у світі існує багато, а останнього мало. Астрофізики вважають, що наднові відповідають за поширення цього металу. Тривалий час це залишалося лише припущенням до того моменту, поки в грудні 2013 року не стався вибух нового Центавру. Дослідники змогли виявити, як зірка, що вмирає, викидає в космос літій.
6. Як отримують літій?
   Просто виявити цей метал не вийде, його доводиться ізолювати та виділяти з інших мінералів. Найчастіше його видобувають з петаліту. Відомо, що літій міститься в мінеральних джерелах і люди, які плавають у них, кажуть, що після купання їхнє загальне самопочуття покращується.
7. Наукові дослідження.
   За результатами проведених досліджень вдалося визначити, що літій здатний активізувати дію клітин, що ще не загинули в кістковому мозку людини. Це відкриття стало ще одним кроком до позбавлення від онкологічних захворювань. У майбутньому його широко застосовуватимуть у медицині, оскільки доведено його властивості попереджати розвиток хвороб серця, склерозу, гіпертонії.
8. Літій в акумуляторах.
   Літій-іонні акумулятори мають велику популярність у сучасному світі і їх застосовують у більшості різних пристроїв. Властивості металу дозволяють йому бути легким та зберігати енергію без добавки зайвої маси приладу. Якщо порівнювати їх з батареями на основі нікелю, то вони у 3 рази дають більше вольтажу.
9. Літій у Другій світовій війні.
   Гідрид літію був важливою стратегічною сировиною за рахунок його властивостей бурхливо входити до реакції з водою. Під час війни таке з’єднання послужило джерелом водню заповнення рятувального спорядження у разі аварії суден чи літаків.
   На практиці його вдалося використати за різних обставин. Наприклад, американські льотчики, яких збили над океаном, не розгубилися і використовували пігулки з гідриду літію для наповнення воднем засобів для порятунку.

Інші цікаві факти про Li

• Літій є металом, що за своєю масою вважається найлегшим на землі серед решти. Його питома вага становить 0,59, через що вона може плавитися навіть у воді.
• Цей метал використовується в сучасних торпедах як паливо.
• У людському організмі міститься щонайменше 1 міліграм літію.
• Якщо зроблять літак з літію, його зможуть підняти 2 людини, оскільки він був дуже легким. Але, на жаль, з цього металу не можна спорудити навіть ложку.
• Літій додають до інших металів, щоб зробити їх більш стійкими до дії лугів та кислот, а також зміцнити їх властивості.
• Якщо покласти в баночку невеликий шматок літію та закрити її, то через якийсь час її буде дуже складно відкрити. Це пояснюється тим, що метал має властивість поглинання азоту та кисню при кімнатній температурі, таким чином створюючи вакуум у ємності, де він знаходиться.
• Літій надає заспокійливу дію на людину та в регіонах, в яких вода містить його у великій кількості, фіксується нижчий рівень злочинності та самогубств.
• Літій дуже м’який метал, його можна навіть розрізати ножем.
• Більшість нікелевих батарей, якщо їх ставити заряджатися раніше, ніж вони повністю розрядяться, втратять свою ємність. Такого ефекту не спостерігається з літій-іонними акумуляторами, за рахунок чого вони кращі.
• Сплавів з цим металом безліч і всі вони мають свої сфери застосування. В даний час йде дуже активна розробка з’єднання літію з магнієм і його цінність полягає у конструкційних властивостях. Якщо подібний сплав міститиме менше 50% магнію, то виявиться легшим за воду.
• Ще в далекі давні часи, коли люди не знали про існування цього металу, все ж таки використовували його для психологічної допомоги, вживаючи збагачену цим елементом воду.