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.
Что представляет собой
Литий – 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.
Отличить литий от других щелочных металлов позволяют его характеристики:
Большой выбор украшений из натуральных камней и минералов со скидкой -50%
- Самый легкий металл группы.
- Самый «неплотный» из металлов.
По плотности литий вдвое уступает воде, поэтому не тонет в ней и керосине.
- Взаимодействует с другими элементами группы только в особых условиях.
- На воздух реагирует при повышенной влажности, на другие газы и вещества (аммиак, галогены, кремний, серу) – при повышенной температуре.
- Горит пурпурным пламенем.
- 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.
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.
Добыча ведется не всегда обычными способами.
Источника сырья два:
- 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.
- Глины солончаков. Из них раствор выкачивают.
Ежегодно в мире добывается 40-50 тыс. тонн литиевого сырья.
Более 8000 видов товара из 500 разновидностей натурального камня. Ежедневное обновление!
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.
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.
