Кто открыл литий

Глоссарий. Химия

Ли́тий (лат. Lithium; обозначается символом Li) — элемент главной подгруппы первой группы, второго периода периодической системы химических элементов таблицы Менделеева, с атомным номером 3. Простое вещество литий (CAS-номер: 7439-93-2) — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

История и происхождение названия

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 KLi_1.5Al_1.5[Si₃AlO₁₀](F,OH)₂. Металлический литий впервые получил Гемфри Дэви в 1825 году. Своё название литий получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (греч. λίθος — камень). Первоначально назывался «литион», современное название было предложено Берцелиусом.

Нахождение в природе

Геохимия лития Литий по геохимическим свойствам относится к крупноионным литофильным элементам, в числе которых калий, рубидий и цезий. Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 г/т, в морской воде 0,17 мг/л. Основные минералы лития — слюда лепидолит — KLi_1.5Al_1.5[Si₃AlO₁₀] (F, OH)₂ и пироксен сподумен — LiAl [Si₂O₆]. Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в широко распространенных породообразующих минералах. Месторождения лития приурочены к редкометалльным гранитным интрузиям, в связи с которыми развиваются литиеносные пегматиты или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты — граниты с магматическим топазом, высоким содержанием фтора и воды, и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в том числе и лития. Другой тип месторождений лития — рассолы некоторых сильносоленых озёр. Месторождения Месторождения лития известны в России (более 50% запасов страны сосредоточено в редкометальных месторождениях Мурманской области), Боливии, Аргентине, Мексике, Афганистане, Чили, США, Канаде, Бразилии, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве, Конго.

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). 2LiCl = 2Li + Cl₂ В дальнейшем полученный литий очищают методом вакуумной дистилляции.

Физические свойства

Литий — серебристо-белый металл, мягкий и пластичный, твёрже натрия, но мягче свинца. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой. Из всех щелочных металлов литий характеризуется самыми высокими температурами плавления и кипения (180,54 и 1340 °C, соответственно), у него самая низкая плотность при комнатной температуре среди всех металлов (0,533 г/см³, почти в два раза меньше плотности воды). Маленькие размеры атома лития приводят к появлению особых свойств металла. Например, он смешивается с натрием только при температуре ниже 380 °C и не смешивается с расплавленными калием, рубидием и цезием, в то время как другие па́ры щелочных металлов смешиваются друг с другом в любых соотношениях.

Химические свойства

Литий является щелочным металлом, однако относительно устойчив на воздухе. Литий является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) при комнатной температуре практически не реагирует. По этой причине литий является единственным щелочным металлом, который не хранится в керосине (к тому же плотность лития столь мала, что он будет в нём плавать) и может непродолжительное время храниться на воздухе. Во влажном воздухе медленно реагирует с азотом, находящимся в воздухе, превращаясь в нитрид Li₃N, гидроксид LiOH и карбонат Li₂CO₃. В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li₂O. Есть интересная особенность, что в интервале температур от 100 °C до 300 °C литий покрывается плотной оксидной плёнкой, и в дальнейшем не окисляется. В 1818 немецкий химик Леопольд Гмелин установил, что литий и его соли окрашивают пламя в карминово-красный цвет, это является качественным признаком для определения лития. Температура возгорания находится около 300 °C. Продукты горения раздражают слизистую оболочку носоглотки. Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и H₂. Реагирует также с этиловым спиртом (с образованием алкоголята), с водородом (при 500—700 °C) с образованием гидрида лития, с аммиаком и с галогенами (с иодом — только при нагревании). При 130 °C реагирует с серой с образованием сульфида. В вакууме при температуре выше 200 °C реагирует с углеродом (образуется ацетиленид). При 600—700 °C литий реагирует с кремнием с образованием силицида. Химически растворим в жидком аммиаке (−40 °C), образуется синий раствор. Литий хранят в петролейном эфире, парафине, газолине и/или минеральном масле в герметически закрытых жестяных коробках. Металлический литий вызывает ожоги при попадании на влажную кожу, слизистые оболочки и в глаза.

Литий

Литий

Литий — химический элемент, мягкий, легкий металл серебристо-белого цвета. Относится к щелочным металлам. Химически активный. Содержание в земной коре — 6,5·10 −3 мас.%. Известно около 30 природных литиевых минералов, в основном — это силикаты и фосфаты, но добывают литий преимущественно из сподумена, содержащего 6-7,5 % Li₂O. Основные промышленные запасы сосредоточены в рапе соляных озер. Литий применяют в термоядерных реакциях, в металлургии, электротехнической, керамической и химической промышленности. Входит в состав некоторых легких сплавов. Соединения лития применяют при изготовлении стекла, эмалей, а также в медицине.

Содержание

[править] История

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом И. Арфведсоном сначала в минерале петалит, а затем — в сподумена и в лепидолите Металлический литий впервые получил путем электролиза Хэмфри Дэви в 1818 году. [1]

Свое название этот металл получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (греч. λίθος — камень). Современное название было предложено Берцелиусом.

[править] Химические свойства

Литий — щелочной металл, неустойчивый на воздухе. Он является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) при комнатной температуре практически не реагирует.

Во влажном воздухе медленно окисляется, превращаясь в нитрид Li₃N, гидроксид LiOH и карбонат Li₂CO₃. В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li₂O.

Литий и его соли окрашивают пламя в карминово—красный цвет, что является качественным признаком для определения лития.

Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и водород. Реагирует также с этиловым спиртом, с аммиаком и с галогенами (с йодом — только при нагревании).

Литий хранят в петролейном эфире, парафине, газолине или минеральном масле в герметически закрытых жестяных коробках. Металлический литий вызывает ожоги при попадании на кожу, слизистые оболочки и в глаза.

[править] Геохимия

По геохимическими свойствами литий относится к литофильным элементам, среди которых есть также калий, рубидий и цезий. Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 г / т.

Основные минералы лития — слюда лепидолит и пироксен сподумена. Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в распространенных породообразующих минералах.

Месторождения лития относятся к ридкометальних гранитных интрузий, в связи с которыми развиваются литиеносни пегматиты или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты — граниты с магматическим топазом, высоким содержанием фтора и воды, и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в частности лития.

Другой тип месторождений лития — рапа некоторых сильносоленых озер.

[править] Изотопы

Природный литий состоит из двух стабильных изотопов: 6 Li (7,5 %) и 7 Li (92,5 %); в некоторых образцах лития изотопное соотношение может быть значительно нарушено вследствие природного фракционирования изотопов. Известно 7 искусственных радиоактивных изотопов лития (от 4 Li до 12 Li). Самый стойкий из них, 8 Li, имеет период полураспада 0,8403 с. Экзотический изотоп 3 Li (трипротон), видимо, не существует как связанная система.

7 Li является одним из немногих изотопов, образовавшихся во время первичного нуклеосинтеза (то есть вскоре после Большого Взрыва), а не только в звездах.

[править] Ресурсы лития

Выявленные мировые ресурсы лития составляют около 13 млн т. Из них 760 тыс. т находится в США. На 2001 мировые запасы лития, по оценкам Геологического бюро США, составляли 400 тыс. Т, база запасов — 9400 тыс. т (без учета Аргентины, КНР, Португалии и стран СНГ). Наибольшие запасы имеет Чили — 3000 тыс. т, в Канаде и Австралии находится соответственно 180 и 150 тыс. т лития в гранитных пегматитах.

Li. Загадочный и важный №3

Наверное, каждый предмет, явление, открытие имеет своего изобретателя, «родителя». В случае с таким веществом, как литий, можно сказать, что у него есть не только «отец», но и «дедушка» и даже «прадедушка».

История открытия
Начинается история лития в конце восемнадцатого века, когда бразильский ученый и минералог Хосе Бонифацио де Андрада Сильва, совершая научное путешествие по Европе, обнаружил на руднике Уто в Швеции близ Стокгольма два новых минерала, которые он назвал петалитом и сподуменом. Ученый начал изучать новые минералы и столкнулся с загадкой, которую так и не смог решить — масса известных элементов оказалась меньше массы минерала!
В 1817 году шведский химик Август Арфведсон провел долгий и тщательный анализ петалита. Довольно быстро Арфведсон установил, что на долю трех весьма распространенных элементов – кремния, алюминия и кислорода – приходится 96% веса минерала. А где же еще 4%? После долгих размышлений ученый пришел к выводу, что в минерале есть некий щелочной металл. На тот момент были известны лишь два подобных вещества – калий и натрий. А поскольку одна из солей нового металла растворялась в воде в шесть раз лучше, чем соли двух вышеназванных, Арфведсон, решил, что открыл новый элемент.
Название для нового металла также было подобрано без долгих колебаний. Находка была сделана в камнях, поэтому учитель Арфведсона, знаменитый Берцелиус, предложил назвать ее «литий» (от греческого λιτοσ (Lithos) — камень). Название сохранилось до наших времен, лишь немного видоизменившись. По сей день в большинстве европейских языков, как и в латыни, элемент, имеющий в периодической системе Менделеева атомный номер 3, называется Lithium.

Арфведсон так и не смог выделить из найденного им элемента свободный металл. Его дело, разумеется, подхватили коллеги. В 1818 году немецкий химик Леопольд Гмелин установил, что при помощи солей лития бесцветное пламя окрашивается в карминово-красный цвет. Немного позже выяснилось, что этот элемент есть и в морской воде. Ну а металлический литий впервые получил выдающийся английский ученый Гэмфри Дэви в 1818 году электролизом расплавленного гидроксида лития. Полученный металл имел серебристо-белый цвет, был мягким, пластичным и по-своему уникальным. Литий был и остается самым легким из всех известных металлов – его плотность почти в 2 раза меньше плотности воды, в 5 раз – алюминия, в 15 – железа и в 20 – свинца.
Лишь спустя 37 лет, в 1855 году, металл литий был получен в больших количествах. Эта находка – дело рук немецкого химика Роберта Бунзена и англичанина Августа Матиссена, причем совершили они свои открытия отдельно друг от друга. По примеру Дэви, литий они получали путем электролиза, только электролитом в их опытах служил уже хлорид лития. В наше время данный метод по-прежнему остается главным промышленным способом получения элемента №3.

Месторождения и применение лития в современном мире
Что касается месторождений лития, то его промышленные запасы можно найти на всех континентах нашей планеты. Важнейшие из них находятся в Австралии, Бразилии, Испании, Канаде, России, США, Швеции, а также в странах Южной Африки. Стоит выделить 3 главенствующие компании, которые контролируют почти всю добычу минералов лития в мире – Sons of Gwalia (Австралия), Tanco (Канада) и Bikita Minerals (Зимбабве).
Минералы лития востребованы в самых различных отраслях производства. Примерно их потребление можно распределить так:
– производство огнеупорных изделий – 25%
– производство стекла – 20%
– производство керамических изделий и глазурей – 20%
– химическая промышленность – 12%
– металлургическая промышленность – 10%
– производство стекловолокна – 5%
– другие отрасли – 8%

Принято считать, что основательный толчок промышленному освоению лития дала Первая Мировая война. В те годы Германии катастрофически не хватало олова, которое является важным компонентом антифрикционных сплавов – сплавов, которые предназначены для повышения долговечности трущихся поверхностей машин и механизмов. Поскольку собственных источников олова у страны нет, немецкие ученые долго ломали голову, чем его можно заменить. Выход был найден при помощи так называемого «бан-металла» — сплава свинца с литием, который оказался прекрасным антифрикционным материалом. С тех пор литий занял свое твердое место в металлургии в качестве элемента многих промышленных сплавов. Было также установлено, что литий улучшает и свойства сталей — уменьшает размеры «зерен», повышает прочность. Но поскольку литий практически не растворяется в железе и, к тому же, закипает при температуре 1317°C, его широкое применение в производстве сталей не представляется возможным.
В настоящее время известно немало сплавов лития с различными металлами. Но приоритетным направлением является разработка перспективного сплава лития с другим легковесным металлом — магнием. В чем ценность и перспектива данного сплава? В его уникальных конструкционных свойствах: если в таком сплаве будет содержаться не более 50% магния, то он будет легче воды! Также учеными давно рассматривается вариант использования лития в качестве компонента твердого ракетного топлива.
Одна из самых важных областей применения лития – это производство химических источников тока. Литиевые батарейки и аккумуляторы имеют одни из самых высоких энергетических показателей (например электрическую емкость на единицу массы) и в настоящее время используются в большистве портативных электронных приборов.
А что мы имеем в перспективе потребления металлического лития? Аналитики подтверждают рост спроса на первичные литиевые элементы (и на литий металлический в целом), но, в то же время, отмечают снижение общего потребления металла относительно литиевых солей.
Лаконично и емко определяет значимость лития в современной промышленности фраза из «Краткой химической энциклопедии»: «По значимости в современной технике литий является одним из важнейших редких элементов».

Источники:

http://edu.glavsprav.ru/info/li
http://cyclowiki.org/wiki/%D0%9B%D0%B8%D1%82%D0%B8%D0%B9
http://site-metall.com/projects/233-litiy.html