Литий – металл XXI века

Этот элемент традиционно используют ядерщики и металлурги. Сегодня месторождения для его извлечения скупает Илон Маск. Без данного вещества невозможна революция в автопроме – переход с бензиновых на электромобили. Это дает основания рассматривать литий как металл третьего тысячелетия.

Литий металл

Что представляет собой

литий элементЛитий – элемент таблицы Менделеева №3. Международное обозначение и формула – Li (Lithium).

Мягкий серебристый литий относится к металлам щелочной группы. По твердости располагается между натрием и свинцом.

При описании металла упоминают наличие двух стабильных изотопов в составе: Литий-6 и Литий-7.

Как был открыт

История металла начинается в 19 веке:

  • Новый элемент обнаружил в местном минерале петалите шведский ученый Юхан Арфведсон.
  • Через год, в 1817-м, его английский коллега Генри Дэви выделил металлический литий.

Название элемента восходит к древнегреческому «литос» (камень). Его предложил гуру европейской химии Иенс Берцелиус. Обосновал свой выбор тем, что литий нашелся в «камне».

Физико-химические характеристики

Это едва ли не самый химически малоактивный металл: в обычных условиях соединения с литием не образуются.

Щелочной металл Литий
Щелочной металл Литий

Отличить литий от других щелочных металлов позволяют его характеристики:

  1. Самый легкий металл группы.
  2. Самый «неплотный» из металлов.

По плотности литий вдвое уступает воде, поэтому не тонет в ней и керосине.

  1. Взаимодействует с другими элементами группы только в особых условиях.
  2. На воздух реагирует при повышенной влажности, на другие газы и вещества (аммиак, галогены, кремний, серу) – при повышенной температуре.
  3. Горит пурпурным пламенем.
  4. Бурно реагирует с водой. Этот недостаток нейтрализуют, исключая контакт между ними при использовании.

Особые химические свойства металла обусловлены структурой и микроскопическими габаритами его атома.

Свойства атома
Название, символ, номер Ли́тий / Lithium (Li), 3
Атомная масса
(молярная масса)
[6,938; 6,997] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [He] 2s1, 1s22s1
Радиус атома 145 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 134 пм
Радиус иона 76 (+1e) 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 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

Подобно большинству металлов, на воздухе литий покрывается оксидной пленкой.

Среди достоинств – пластичность, легкость обработки. Литий без проблем прокатывается, прессуется.

Нахождение в природе

Чистый литий в природе не встречается, только как часть минералов (три десятка) и соляных озер.

Литий

Самые распространенные минералы – амблигонит, лепидолит, петалит, сподумен.

Тонна земной коры содержит 21 г лития, литр морской воды – 0,00017 г.

Глобальные подтвержденные запасы металла – 17 млн. тонн (из них почти миллион у России). С учетом потенциала солончаков – 62 млн. тонн.

Содержание лития зашкаливает в космических объектах – звездах-гигантах и звездных скоплениях с солнцем-красным гигантом и нейтронной звездой внутри.

Места и способы добычи

Кладезь литиевого сырья – обе Америки (США, Чили, Перу, Аргентина, Боливия).

Рудой богаты месторождения Австралии и России. Половина российских запасов сосредоточена в Мурманской области.

цвет лития

Добыча ведется не всегда обычными способами.

Источника сырья два:

  1. Пегматитовые минералы со слюдой, кварцем, полевым шпатом, другими минералами в составе. Особенно щедр на литий сподумен – руда лития из группы пироксенов. Используется добыча традиционным карьерным способом.
  2. Глины солончаков. Из них раствор выкачивают.

Ежегодно в мире добывается 40-50 тыс. тонн литиевого сырья.

Потенциальным лидером может стать Боливия, на территории которой обнаружены богатейшие запасы в солончаковой пустыне.

Технология получения

Способ получения металлического лития определяется сырьем:

  • Руду преобразуют методом электролиза. Обработка расплава смеси хлоридов лития и калия происходит при 410-455°С. Затем удаляются примеси – методом вакуумной дистилляции, ректификации либо плавкой.
  • Концентрацию в рассолах повышают выпариванием. Затем литий осаждают карбонатом натрия и гидроксидом кальция. Процесс длится полтора-два года.

У второго способа получения есть недостатки: медленность обработки и загрязненность конечного продукта трудноудаляемыми примесями. Но солончаки богаты, поэтому метод считается рентабельным. Именно его рассматривает как базовый для нужд своей корпорации Илон Маск.

Ученые пытаются извлечь литий из рассолов с помощью металл-органических мембран-каркасов.

В основе лежит воспроизведение функции аналогичных структур живых клеток. Ценный побочный продукт производства – пресная вода.

Третий источник лития – использованные литиевые аккумуляторы. Пока их переработка нерентабельна.

Где используется

Использование металла отражает тенденции развития технологий.

Традиционные отрасли

До недавнего времени главными сферами применения металла были ядерная отрасль и металлургия:

  • Литий идет на стержни для реакторов. Жидкий изотоп служит теплоносителем в ядерных реакторах. Из него получают тритий.
  • Металлургией используются сплавы, улучшающие характеристики продукта: прочность, устойчивость к коррозии, пластичность.
  • Это также стекла, задерживающие часть ультрафиолета, керамика, пигмент для окрашивания тканей, ингредиент косметических препаратов.

Нитрат лития создает огни салюта красного цвета.

Литий в сплавах с другими металлами – новое поколение материалов для авиации, космонавтики, оборонпрома.

Новые сферы

Сегодня главные потребители сырья – IT-сфера и автопром нового поколения. Речь о литиевых аккумуляторах для гаджетов (айфоны, ноутбуки, планшеты) и электрокаров. В первую очередь автомобилей корпорации Илона Маска Tesla.

Литий-ионный аккумулятор
Литий-ионный аккумулятор

Для создания батареи на одну Tesla требуется 63 кг чистого (99,5%) лития.

К 2023 году поставить производство электромобилей на поток намерены автогиганты США, Японии, Европы (Audi, Ford, Honda, Mercedes, BMW, другие). Годовая потребность в металле составит 96-98 тысяч тонн.

Значение для человека

Микродозы вещества присутствуют в организме человека:

  • Литий распределен по организму: легкие, печень, ЖКТ, сердце, надпочечники, щитовидная железа, кровь.
  • Без него невозможна работа иммунной системы, углеводный, жировой обмен.
  • Вещество ставит щит аллергии, действует как седатив для нервной системы.

Суточная норма вещества для взрослого человека – 0,1-0,2 мг. Литий поступает с продуктами.

Литием богаты помидоры, картофель, мед, свекла, морковь, салат, морская рыба, пророщенная пшеница.

Излишек выводится из организма через почки.

Предостережение

Опасно проникновение вещества извне: человек чувствует себя разбитым, теряет аппетит, ощущает головокружение.

Литий самовоспламеняется при 280-290°C. Продуктами горения легко отравиться, они раздражают дыхательные пути. На влажной коже, слизистых оболочках от металла появляются ожоги.

Цены

В отличие от других металлов, эталонная цена на литий отсутствует. Это беспокоит инвесторов, создавая хаос на глобальном рынке.

На международных биржах литий чистоты 99% торгуют по $16-18 за кг. С 2008 года она выросла втрое.

Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
430
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: