Какие свойства проявляют атомы лития
Главная » Металлы » Свойства и характеристики металла литий
На чтение 5 мин.
Металл литий обладает уникальными химическими и физическими свойствами. Он отличается от остальных щелочных металлов, что расширяет его возможности применения в разных сферах деятельности. Он очень важен для правильной работы организма.
Химический элемент литий
Краткое описание
Литий — щелочной металл, который имеет выраженные пластичные свойства, серебристый цвет, характерный металлический блеск. Его легко обрабатывать, он имеет низкую температуру плавления — 180°C. Если сравнивать его с другими щелочными металлами, он обладает самой низкой плотностью. Поскольку она ниже чем у воды, материал всплывает на поверхность.
Структура и характеристики
Структура кристаллической решетки металлического лития — кубическая, объемноцентрированная. Ее параметры — 3,490 Å. Данные характеристики соблюдаются только при комнатной температуре.
Атом лития имеет две оболочки — внешнюю и внутреннюю. На внешней расположены электроны. Они участвуют в образовании химических связей.
История открытия и изучения
Первый образец металлического лития был получен благодаря работе Гемфри Дэви. С помощью электрического тока он разложил расплав гидроксида этого щелочного металла. Через некоторое время Леопольд Гмелин проэкспериментировал с литиевосодержащими солями. Он смог выявить, что они окрашивают пламя в темный цвет.
Основная заслуга в открытии нового химического элемента и росте его популярности принадлежит Иоганну Августу. В 1817 году он нашел новое вещество в составе петалита, алюмосиликата. Через некоторое время литий нашли и в других минеральных образованиях. Такое название он получил из-за того, что впервые был найден в камнях. Название камня по гречески — «литос».
Петалит (Фото: Instagram / lopatkin_oleg)
Месторождения и добыча
Литий содержится в разных минералах. Самые богатые по содержанию этого щелочного металла камни — слюда лепидолит, пироксен сподумен. Литий можно найти в разных породообразующих минералах. В них он замещает кальций.
Основные месторождения этого металла находятся в Боливии, Чили, Аргентине, США, Китае, Конго, Сербии, Бразилии, Австралии, России.
Промышленное получение
Для получения лития промышленными способами сначала происходит подготовка расходного сырья — минералов или солевых растворов, которые добываются из соляных озер. Независимо от способа добычи расходного сырья, на выходе получается Li2CO3, который будет проходить промышленную обработку.
Способы получения расходного сырья:
- электролиз;
- восстановление;
- рафинирование.
Выбор промышленного способа получения щелочного металла зависит от наличия оборудования, требуемого результата, вида расходного сырья.
Рафинирование (Фото: Instagram / krasnoyarsk.science)
Свойства
Свойства элемента известны ученым давно. По сравнению с другими щелочными металлами он имеют ряд уникальных особенностей, по которым определяются основные сферы применения этого вещества.
Химические
Свойства:
- молярная масса — 6,941;
- валентность — 1;
- электроотрицательность — 1;
- атомный номер — 3;
- ковалентный радиус — 1,23 А;
- теплоемкость — 3,307 кДж/(кг·°С).
Литий проявляет стабильность находясь на воздухе. Из группы щелочных металлов он наименее активный. Про взаимодействии с сухим воздухом и кислородом практические не реагирует (при условии соблюдения комнатной температуры).
Взаимодействие лития с водой проходит относительно спокойно. При контакте с водой он начинает образовывать щелочь, выделять кислород. Металл плавает на поверхности жидкости, быстро растворяясь и издавая характерное шипение.
При влажном воздухе металл вступает в реакции с газами, которые содержатся в нем (особенно с азотом). Оксидная пленка покрывает поверхности лития при нагревании до 100–300°C. Пленка защищает металл от окислительных процессов.
При реакции с серой образуется сульфид (при условии нагревания до 130°C). С кремнием вступает в реакцию при нагревании до 700°C. Растворяется в жидком аммиаке, образуя раствор синего цвета.
Литий нельзя хранить в керосиновой жидкости. Из-за малой плотности материал всплывет на поверхность. Для хранения подойдет минеральное масло, газолин, парафин. Емкость лучше выбирать из жести. Она должна герметично закрываться.
Сера (Фото: Instagram / mineral.kirka.shop)
Физические
Свойства:
- Плотность — 539 кг/м3 (при условии, что температура окружающей среды не превышает 20°C).
- Теплопроводность — 70,8 Вт/(м•К).
- Электрическое сопротивление — 9,29•10-8.
- Линейное расширение — 5,6•10-5 К-1.
- Температура плавления — 180,5°C.
- Предел прочности на растяжение — 116 Мпа.
- Температура кипения — 1340°C.
Показатель относительного удлинения — 70%.
Литий — мягкий, пластичный металл. Проще всего обрабатывается с помощью прокатки, прессования.
Сферы применения
Используется при изготовлении:
- Термоэлектропреобразователей.
- Высокоэффективных лазеров.
- Пиротехники. С его помощью окрашивают пламя фейерверков в красный цвет.
- Припоев.
- Металлогалогеновых ламп, щелочных аккумуляторов.
- Смазочных материалов.
- Стекла, покрытий для фарфоровых изделий.
Основные сферы применения:
- ядерная энергетика;
- металлургия;
- медицина.
Перхлорат щелочного металла используется в качестве окислителя.
Аккумулятор (Фото: Instagram / aspil_energy)
Соединения с литием
Соединения на основе щелочного металла
- оксид лития — Li2O;
- пероксид — Li2O2;
- гидроксид — LiOH;
- карбонат — Li2CO3;
- нитрат — LiNO3;
- фторид — LiF;
- хлорид — LiCl;
- гидрид — LiH;
- стеарат — Li(C17H35COO).
Литий — щелочной металл с уникальными свойствами. Он применяется в разных сферах деятельности. Добывается из разных минералов и проходит дополнительную обработку.
Источник
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.
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.
1 элемент таблицы МенделееваЛитий 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.
| |||
| Свойства атома | |||
|---|---|---|---|
| Название, символ, номер | Ли́тий / Lithium (Li), 3 | ||
| Атомная масса (молярная масса) | [6,938; 6,997](г/моль) | ||
| Электронная конфигурация | [He] 2s1 | ||
| Радиус атома | 145 пм | ||
| Химические свойства | |||
| Ковалентный радиус | 134 пм | ||
| Радиус иона | 76 (+1e) пм | ||
| Электроотрицательность | 0,98 (шкала Полинга) | ||
| Электродный потенциал | -3,06В | ||
| 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 | ||
| Температура кипения | 1613 K | ||
| 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 объёмноцентрированая | ||
| Параметры решётки | 3,490 Å | ||
| Температура Дебая | 400 K | ||
| Прочие характеристики | |||
| Теплопроводность | (300 K) 84,8 Вт/(м·К) | ||
| Номер CAS | 7439-93-2 | ||
Теоретические характеристики ракетных топлив, образованных литием с различными окислителями.
| Окислитель | Удельная тяга (Р1, сек) | Температура сгорания °С | Плотность топлива г/см³ | Прирост скорости, ΔVид,25, м/сек | Весовое содерж.горючего % |
|---|---|---|---|---|---|
| Фтор | 378,3 сек | 5350 °C | 0,999 | 4642 м/сек | 28 % |
| Тетрафторгидразин | 348,9 сек | 5021 °C | 0,920 | 4082 м/сек | 21,07 % |
| ClF3 | 320,1 сек | 4792 °C | 1,163 | 4275 м/сек | 24 % |
| ClF5 | 334 сек | 4946 °C | 1,128 | 4388 м/сек | 24,2 % |
| Перхлорилфторид | 262,9 сек | 3594 °C | 0,895 | 3028 м/сек | 41 % |
| Окись фтора | 339,8 сек | 4595 °C | 1,097 | 4396 м/сек | 21 % |
| Кислород | 247,1 сек | 3029 °C | 0,688 | 2422 м/сек | 58 % |
| Пероксид водорода | 270,5 сек | 2995 °C | 0,966 | 3257 м/сек | 28,98 % |
| N2O4 | 239,7 сек | 3006 °C | 0,795 | 2602 м/сек | 48 % |
| Азотная кислота | 240,2 сек | 3298 °C | 0,853 | 2688 м/сек | 42 % |
end_info>
Источник
[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