Какие химические свойства характерны для лития
[Deposit Photos]
Литий (Li) — химический элемент с порядковым номером «3» и атомной массой 6,941. Литий встречается в природе в виде двух стабильных нуклидов: 6Li (7,6% по массе) и 7Li (92,4%). В периодической таблице Менделеева литий расположен во втором периоде, первой группе. Элемент принадлежит к щелочным металлам. В соединениях литий проявляет степень окисления +1. В виде простого вещества литий — это пластичный легкий металл серебристого цвета.
[Deposit Photos]
Химические и физические характеристики лития
Литий — самый легкий из металлов. Имеет плотность 0,534 г/см³. Плавится при температуре 180,5 °С, кипит при температуре 1330 °С.
Литий очень активен. Вступает в реакцию с кислородом и азотом воздуха при нормальных условиях. По этой причине на воздухе литий быстро окисляется с образованием темного налета продуктов взаимодействия. Уравнения реакций:
4Li + O₂ = 2Li₂O;
6Li + N₂ = 2Li₃N.
Кусочки лития в масле
[Wikimedia]
Нажмите здесь, чтобы узнать больше о свойствах лития и других металлов.
Открытие лития и нахождение элемента в природе
Литий был открыт шведским ученым Арфведсоном в 1817 году. Сначала химик обнаружил элемент в минерале петалите, а затем — в сподумене и в лепидолите. Свое название металл получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (в переводе с греческого litos означает «камень»).
В 1818 году немецкий химик Гмелин впервые наблюдал характерное для солей лития пламя красного цвета. В 1821 году английскому химику Уильяму Томасу Бранду удалось выделить металл путем электролиза. В бóльших количествах литий смогли получить в 1855 году путем электролиза расплавленного хлорида. Уравнение реакции:
2LiCl = 2Li + Cl₂.
Литий распространен в земной коре, содержание металла в ней составляет примерно 3% по массе. Литий содержится в преимущественно в таких минералах: петалит, сподумен, лепидолит и амблигонит.
Лепидолит
[Deposit Photos]
В виде примеси литий содержится в некоторых породообразующих минералах и присутствует в минерализованных водах и рапе некоторых озер.
Литий: реакция с кислородом, применение металла
Щелочные металлы и их соединения широко используются в технике. Литий применяется в ядерной энергетике. В частности, изотоп 6Li служит промышленным источником для производства трития, а изотоп 7Li используется как теплоноситель. LiF используется при плавке алюминия. Литий и его соединения используются и в качестве добавок к ракетному топливу.
[Flickr, Creative commons by Steve Jurvetson is licensed under CC BY 2.0]
Смазки, содержащие соединения лития, сохраняют свои свойства при повышенных температурах. Гидроксид лития входит в состав электролита щелочных аккумуляторов, благодаря чему в два-три раза возрастает срок их службы. Применяется литий также в керамической, стекольной и других отраслях химической промышленности. В целом, по значимости в современной технике этот металл является одним из важнейших элементов.
Реакция лития с кислородом приводит к образованию оксида Li₂O — бесцветного кристаллического вещества, имеющего температуру плавления 1438 °С и температуру кипения — около 2600 °С. Оксид лития получается при непосредственном окислении металлического лития при температуре выше 200 °С, а также разложением гидроксида LiOH, нитрата LiNO₃, карбоната Li₂СO₃.
Оксид лития Li₂O легко взаимодействует с водой с образованием гидроксида, LiOH. Данная реакция сопровождается сильным разогревом; LiOH поглощает CO₂ из воздуха, образуя карбонат, Li₂CO₃.
Источник
«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.
Интересно: если сделать из лития самолет, его легко поднимут два человека.
Химические свойства:
- В условиях повышенной влажности реагирует с газами воздуха. Образуются соединения с литием — нитриды, карбонаты, гидроксиды.
- Постоянная валентность лития 1+.
- С водой реагирует по формуле 2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂↑.
- Охотно реагирует с галогенами (кроме йода), образует галогениды.
- При температуре от 100 до 300 градусов образует на поверхности оксидную пленку.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Ли́тий / Lithium (Li), 3 |
| Атомная масса (молярная масса) | [6,938; 6,997][комм 1][1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [He] 2s1, 1s22s1 |
| Радиус атома | 145[2] пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 134[2] пм |
| Радиус иона | 76 (+1e)[3] 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[4] 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 |
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.
Мировые месторождения:
- Боливия;
- Аргентина;
- Чили;
- Китай.
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:
- В производстве аккумуляторов и батарей.
- В качестве лигатуры в сплавах.
- В ядерной энергетике, радиоэлектронике.
- В медицине (соединения лития используют в лечении подагры, как психотропные, антидепрессанты).
- 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.
Литиевые источники тока
| 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 |
К сведению: Нобелевская премия по химии присуждена за литийионные батареи.
Стоимость
Цена лития марки ЛЭ-1 (99,9%) за килограмм 15 000 рублей.
К сведению: аналитиками прогнозируется рост цен на литий в 2021-2022 годах.
Элеонора Семёнова
Специалист по минералогии. Закончила Санкт-Петербургский горный университет. Имею большую коллекцию различных камней и могу рассказать о не обычных свойствах минералов. Пожалуйста оцените статью и поделитесь с друзьями! Пишите комментарии – обязательно отвечу!
Оценка статьи:
Загрузка…
Источник
Характеристика, основные физические и химические свойства лития. Использование соединений лития в органическом синтезе и в качестве катализаторов. История открытия лития, способы получения, нахождение в природе, применение и особенности обращения.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
Государственное образовательное учреждение
Среднего профессионального образования
Владимирский строительный колледж
Доклад
По теме: “Щелочные металлы. Литий”
Выполнил:
студент группы С-108
Катков Павел
Проверил:
преподаватель Шаврина Л.Е.
Владимир
2008
Li — 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:
Liтвердый <> 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.
Литий-органические 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], а затем в сподумене LiAl[Si2O6] и в лепидолите KLi1.5Al1.5[Si3AlO10](F,OH)2. 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 31H (Т):
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.
Источник
[Deposit Photos]
Литий — металл первой группы второго периода в таблице Менделеева — был открыт в 1817 году. Сделал это открытие шведский ученый Иоганн Аугуст Арфведсон, когда он исследовал разные минералы. Элемент этот находился в петалите, сподумене и лепидолите. Немного позднее, в 1818 году, Гемфри Деви получил металлический литий.
Литий и его соединения являются незаменимыми химическими элементами в жизни человека. Литий используется во многих промышленных сферах:
- в производстве химических источников тока;
- в пиротехнике: нитрат лития придает огню красный цвет;
[Deposit Photos]
литий часто используется как металл для сплавов — с ним получаются легкие, но в тоже время прочные припои;
также литий используют в радиоэлектронике и ядерной энергетике;
в медицине широко применяют соли лития.
Вообще, в небольших количествах литий необходим для здоровья человека и поддерживает функционирование жизненно важных органов, таких как сердце, печень и легкие.
И это далеко не все сферы, где применяется этот металл и его соединения.
Физические свойства лития
Литий представляет собой щелочной металл серебристо-белого цвета. Он пластичен и легко поддается обработке: кубик металлического лития можно разрезать ножом.
Примечательно, что литий является единственным металлом из этой группы, который кипит и плавится при довольно высоких температурах: 1340 и 180,54 °С соответственно. Но также примечательно, что, по сравнению с «щелочными соседями», у лития самая низкая плотность (она в два раза меньше плотности воды). Из-за этого свойства литий не тонет даже в керосине.
Литий плавает у поверхности воды
[Wikimedia]
Химические свойства
Литий относится к щелочной группе металлов, однако он устойчиво ведет себя на воздухе и практически не взаимодействует с кислородом, даже с сухим . Из-за необычных свойств лития — в отличие от других щелочных металлов — его не хранят в керосиновой жидкости. Кроме того, из-за малой плотности он держался бы на плаву. Хранить литий стоит в парафине, петролейном эфире, газолине или минеральном масле в герметичной жестяной упаковке.
Во влажном воздухе литий может вступать в медленные реакции с азотом и другими газами, которые входят в состав воздуха. При этом образуется: Li₃N, LiOH и Li₂CO₃ — нитрид, гидроксид и карбонат соответственно.
Другие химические свойства лития
При нагревании с кислородом литий сгорает с образованием оксида лития Li₂O.
Литий и его соли окрашивают пламя в карминно-красный цвет.
[Wikimedia]
Такая качественная реакция на литий была установлена Леопольдом Гмелином в 1818 году.
При температурах от 100 до 300 °С на поверхности лития образуется плотная оксидная пленка, которая защищает металл от дальнейшего окисления.
Литий легко реагирует с галогенами (кроме йода).
С водой литий реагирует спокойно: реакция не сопровождается возгоранием или взрывом.
Литий взаимодействует со спиртами, образуя алкоголяты.
При нагревании реагирует с серой, кремнием, йодом, водородом с образованием сульфида, силицида, йодида и гидрида лития.
Реакция лития с водой
Реакция проходит довольно спокойно. Если литий — как и все щелочные металлы — опустить в воду, начнет образовываться щелочь и выделяться водород, а металл будет плавать на поверхности и буквально таять на глазах. Реакция растворения лития в воде сопровождается характерным шипением.
Щелочь, образующаяся в растворе, — гидроксид лития LiOH. Он представляет собой кристаллы белого цвета и является довольно сильным основанием:
2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂↑
Реакция лития и серной кислоты
Если добавить небольшую пластинку лития в концентрированную серную кислоту, получится сульфат лития, сероводород и вода.
Внимание! Не пытайтесь повторить этот опыт самостоятельно! Здесь вы найдете безопасные эксперименты, которые можно проводить дома.
Сама по себе реакция опасна, особенно в домашних условиях, поскольку литий моментально загорается ярким пламенем:
8Li + 5H₂SO₄ → 4Li₂SO₄ + Н₂S + 4H₂O
С разбавленной серной кислотой литий взаимодействует с образованием сульфата лития и водорода.
2Li + H₂SO₄ → Li₂SO₄ + Н₂
Сульфат лития
[Wikimedia]
Реакция лития с азотной кислотой
Если опустить кусочек лития в разбавленную азотную кислоту, образуется нитрат лития, нитрат аммония и вода:
8Li + 10HNO₃ → 8LiNO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O
С концентрированной азотной кислотой литий реагирует иначе. Продуктами реакции будут нитрат лития, вода и диоксид азота:
Li + 2HNO₃ → LiNO₃ +NO₂ + H₂O
Реакция с соляной кислотой
С соляной кислотой литий реагирует как и другие металлы — образуется хлорид лития и выделяется водород:
2Li + 2HCl = 2LiCl + H₂
Стоить отметить, что реакция лития и других щелочных металлов с кислотами идет неоднозначно, поскольку в растворах кислот содержится вода, с которой литий активно взаимодействует с образованием гидроксида лития, который вступает в реакцию с кислотами с образованием соли и воды.
Источник