Литий
Литий
Литий
Литий
(лат. Lithium), Li, химический элемент с атомным номером 3, атомная масса
6,941. Химический символ Li читается так же, как и название самого элемента.
Литий
встречается в природе в виде двух стабильных нуклидов 6Li (7,52% по массе) и
7Li (92,48%). В периодической системе Д. И. Менделеева литий расположен во
втором периоде, группе IA и принадлежит к числу щелочных металлов. Конфигурация
электронной оболочки нейтрального атома лития 1s22s1. В соединениях литий всегда
проявляет степень окисления +1.
Металлический
радиус атома лития 0,152 нм, радиус иона Li+ 0,078 нм. Энергии последовательной
ионизации атома лития 5,39 и 75,6 эВ. Электроотрицательность по Полингу 0,98,
самая большая у щелочных металлов.
В
виде простого вещества литий — мягкий, пластичный, легкий, серебристый металл.
Физические
и химические свойства: из металлов литий самый легкий, его плотность 0,534
г/см3. Температура плавления 180,5°C, температура кипения 1326°C. При
температурах от –193°C до температуры плавления устойчива кубическая объемно
центрированная модификация лития с параметром элементарной ячейки а = 0,350 нм.
Из-за
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
+ O2 = 2Li2O,
6Li
+ N2 = 2Li3N
При
контактах с галогенами литий самовоспламеняется при обычных условиях. Подобно
магнию (Mg), нагретый литий способен гореть в CO2:
4Li
+ CO2 = C + 2Li2O
Стандартный
электродный потенциал Li/Li+ имеет наибольшее отрицательное значение (E°298 =
–3,05 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:
Li-твердый
<> Li+раствор + e–
Для
слабо сольватирующих растворителей значение электродного потенциала лития
соответствует его меньшей химической активности в ряду щелочных металлов.
Соединения
лития — соли — 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 Li2CO3, фосфат
Li2PO4, хорошо растворим хлорат лития LiClO3 — это, пожалуй, одно из самых
хорошо растворимых соединения в неорганической химии (при 18°C в 100 г воды
растворяется 313,5 г LiClO3).
Оксид
лития Li2O — белое твердое вещество — представляет собой типичный щелочной
оксид. Li2O активно реагирует с водой с образованием гидроксида лития LiOH.
Этот
гидроксид получают электролизом водных растворов LiCl:
2LiCl
+ 2H2O = 2LiOH + Cl2 + H2
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
= Li2O + H2O
Большое
значение в синтезе органических и неорганических соединений имеет гидрид лития
LiH, который образуется при взаимодействии расплавленного лития с водородом
(H):
2Li
+ H2 = 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 2,8 м3 H2):
LiH
+ H2O = LiOH + H2
Он
также находит применение при синтезе различных гидридов, например, борогидрида
лития:
BCl3
+ 4LiH = Li[BH4] + 3LiCl.
Литий
образует соединения с частично ковалентной связью Li—C, т. е. литийорганические
соединения. Например, при реакции иодбензола C6H5I с литием в органических
растворителях протекает реакция:
C6H5I
+ 2Li = C6H5Li + LiI.
Литийорганические
соединения широко используются в органическом синтезе и в качестве
катализаторов.
История
открытия: литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом А.
Арфведсоном сначала в минерале петалите (Li,Na)[Si4AlO10]. Свое название
получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (греч. Litos — камень).
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:
2LiCl
= 2Li + Cl2
Получение:
в настоящее время для получения металлического лития его природные минералы или
разлагают серной кислотой (кислотный способ), или спекают с CaO или CaCO3 (щелочной
способ), или обрабатывают K2SO4 (солевой способ), а затем выщелачивают водой. В
любом случае из полученного раствора выделяют плохо растворимый карбонат лития
Li2CO3, который затем переводят в хлорид LiCl. Электролиз расплава хлорида
лития проводят в смеси с KCl или BaCl2 (эти соли служат для понижения
температуры плавления смеси). В дальнейшем полученный литий очищают методом
вакуумной дистилляции.
Нахождение
в природе: литий довольно широко распространен в земной коре, его содержание в
ней составляет 6,5·10–3% по массе. Как уже упоминалось, основные минералы,
содержащие литий, — это петалит (содержит 3,5-4,9 % Li2O), сподумен (6-7 %
Li2O), лепидолит (4-6 % Li2O) и амблигонит LiAl[PO4] — 8-10 % Li2O. В виде
примеси литий содержится в ряде породообразующих минералов, а также
присутствует в рапе некоторых озер и в минерализованных водах. В морской воде
содержится около 2·10–5 % лития.
Применение:
из лития изготовляют аноды химических источников тока, работающих на основе
неводных твердых электролитов. Жидкий литий может служить теплоносителем в
ядерных реакторах. С использованием нуклида 6Li получают радиоактивный тритий:
63Li
+ 10n = 31H + 42He.
Литий
и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления
специальных сортов стекла и покрытия фарфоровых изделий, в черной и цветной
металлургии (для раскисления, повышения пластичности и прочности сплавов), для
получения пластичных смазок. 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,
по-видимому, 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 0,7 мг лития.
Токсическая доза 90-200 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:
2С2Н5ОН
+ 2Li = 2С2Н5ОLi + Н2
Образовавшийся
этилат лития затем разлагают водой до спирта и гидроксида лития LiOH.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.alhimikov.net/
|