3 ЛитиЙ 6,941
Литий (от греческого - камень), открыт в 1817 году. Шведский химик И.А.Арфведсон (ученик Берцелиуса) анализировал минерал (Петалит), найденный в железном руднике. Он установил, что это - типичный алюмосиликат, выяснил сколько в нем Кремния, Алюминия, Кислорода. На долю этих трех элементов приходилось 96% веса минерала.
Оставалось выяснить химическую природу веществ, составляющих оставшиеся 4%. Эти вещества, будучи отделенными от трех вышеуказанных и растворенными в воде, придавали раствору щелочные свойства. На этом основании Арфведсон предположил, что в минерале есть щелочной металл.
Одна из солей этого металла растворялась в воде в 6 раз лучше, чем аналогичные соли калия и натрия. А поскольку в то время были известны лишь два щелочных металла, Арфведсон решил, что открыл новый элемент, подобный натрию и калию.
Литий - очень своеобразный элемент, и не только потому, что он - первый среди металлов по легкости и удельной теплоемкости, а также по положению в ряду напряжений металлов.
Литий имеется более чем в 150 минералах, из них около 30 являются его собственными минералами. Но промышленное значение приобрели только пять:
- Сподумен;
- Лепидолит;
- Петалит - минерал, в котором Литий обнаружен впервые;
- Амблигонит;
- Циннвальдит.
Промышленные запасы Лития распределены равномерно: месторождения его минералов есть на всех континентах.
Соли Лития окрашивают бесцветное пламя в карминово-красный цвет.
В 1825 году Берцелиус нашел Литий в водах германских минеральных источников. А вскоре выяснилось, что Литий есть и в морской воде.
Металлический Литий впервые получил Хэмфри Дэви в 1818 году. Тогда и выяснилось, что Литий почти вдвое легче воды, а так же что Литий обладает ярким металлическим блеском.
Но блеск серебристо-белого Лития можно увидеть только в случае, если металл получают в вакууме - как и все щелочные металлы, Литий стремительно окисляется Кислородом воздуха и превращается в окись - бесцветные кристаллы кубической формы.
Окись Лития (Li2O) легко, но менее энергично, чем окислы других щелочных металлов, соединяется с водой, превращаясь в щелочь (LiOH). Эти кристаллы так же бесцветны.
В воде гидроокись Лития растворяется хуже, чем гидроокиси Калия и Натрия.
Как бесцветные кристаллы, выглядят и Литиевые соли галогеноводородных кислот. Иодид, бромид и хлорид Лития весьма гигроскопичны, расплываются на воздухе и очень хорошо растворяются в воде.
Фторид Лития - в воде растворяется очень слабо и практически не растворяется в органических растворителях. Еще в прошлом веке это вещество начали применять в металлургии как компонент многих флюсов.
В значительных количествах металлический Литий первыми получили в 1855 году (независимо друг от друга) немецкий химик Бунзен и англичанин Матиссен.
Как и Дэви, они получали Литий электролизом, только электролитом в их опытах служил расплав не гидроокиси, а хлорида Лития.
Этот способ остается промышленным способом получения Лития. Правда в электролитом служит смесь хлоридов (LiCl и KCl), а характеристики тока подбирают такие, чтобы на катоде осаждался только Литий.
Выделяющийся на аноде хлор - также ценный побочный продукт.
В 1919 г. вышла брошюра В.С.Сырокомского «Применение редких элементов в промышленности». В ней есть такие строки:
«Главнейшее применение Литий находит в данный момент в медицине, где углекислый и салицилово-кислый Литий служат средством для растворения мочевой кислоты, выделяющейся в организме человека при подагре и некоторых других болезнях...».
Литий имеет сродство к Кислороду, Водороду, Азоту. Последнее особенно важно - ни один элемент не реагирует с азотом так активно, как Литий. Эта реакция, хотя и медленно, идет уже при комнатной температуре, а при 250°C ход ее значительно ускоряется.
Литий является эффективным средством для удаления из расплавленных металлов растворенных в них газов.
Небольшими добавками Лития легируют чугун, бронзы, монель-металл («природный» сплав из медно-никелевых руд), сплавы на основе магния, алюминия, цинка, свинца и некоторых других металлов.
Соединения Лития делают стеклянную массу более вязкой, что упрощает технологию. Кроме того, они придают стеклу большую прочность и сопротивляемость атмосферной коррозии.
Такие стекла, в отличие от обычных, частично пропускают ультрафиолетовые лучи. Поэтому их применяют в телевизионной технике. А в производстве оптических приборов широко стали использовать кристаллы фтористого Лития - прозрачные для ультракоротких (длиной до 1000 A) волн.
По химическим свойствам Литий напоминает не только (и не столько) другие щелочные металлы, но и магний. Литийорганические соединения применяют там же, где и магнийорганические (в реакциях Гриньяра), но соединения Лития - более активные реагенты, чем соответствующие Гриньяровские реактивы.
В годы второй мировой войны гидрид Лития (бесцветные кристаллы, приобретающие при хранении голубоватую окраску) стал стратегическим материалом.
Как и все гидриды, гидрид Лития (LiH) бурно реагирует с водой, образуя в результате гидроокись Лития и, газообразный Водород. Однако из всех гидридов щелочных и щелочноземельных металлов, гидрид Лития - это самое устойчивое соединение.
Именно поэтому, гидрид Лития стал служить легким (он действительно очень легкий - плотность 0,776) портативным источником Водорода - для заполнения аэростатов и спасательного снаряжения при авариях самолетов и судов в открытом море.
Из килограмма гидрида Лития получается 2,8 м³ Водорода.
Образующаяся в реакции гидрида Лития с водой его гидроокись, тоже нашла в те годы массовое применение - добавка этого вещества к электролиту щелочных аккумуляторов, примерно на 1/5 увеличивает их емкость, а срок службы таких аккумуляторов возрастает в 2 - 3 раза.
В 50-е годы Литий стал «атомным» металлом.
К тому времени во многих странах уже работали ядерные реакторы - тогда их называли атомными котлами. Конструкторов этих котлов по многим причинам не устраивала вода, которую приходилось применять в качестве теплоносителя. И появились реакторы, в которых избыточное тепло отводилось расплавленными металлами - в первую очередь Натрием и Калием.
Но по сравнению с этими металлами, у Лития много преимуществ - он легче, у него больше теплоемкость и меньше вязкость. Диапазон жидкого состояния Лития (разница между температурами плавления и кипения) - значительно шире. Коррозионная активность Лития намного меньше, чем Натрия и Калия...
Одних этих преимуществ было бы достаточно для того, чтобы сделать Литий «атомным» элементом. Но так как в человеческой природе главенствует только и исключительно тяга к разрушению, то Литию суждено было стать одним из незаменимых участников смертоносной реакции термоядерного синтеза - для изготовления бомбы...
...Строительство в США завода по разделению изотопов Лития - факт из истории американского предпринимательства. В июле 1951 года, контракт на это строительство заключил банкрот. Тем не менее строительство велось в бешеном темпе.
Банкротом была - Комиссия по атомной энергии.
Средства, отпущенные на создание «сверх бомбы», были израсходованы полностью, но ничего реального у физиков не получалось. А о том, что при реакции соединения ядер тяжелых изотопов Водорода (Дейтерия и Трития) должна высвободиться энергия, во много раз большая, чем при распаде ядер Урана, знали уже давно.
Однако на пути этого превращения лежало одно неразрешимое на тот момент противоречие. Для того чтобы смогли слиться ядра Дейтерия и Трития, нужна температура порядка 50 000 000°C. И для того чтобы реакция пошла, нужно еще чтобы атомы столкнулись. Вероятность такого столкновения (и последующего слияния) тем больше, чем плотнее «упакованы» атомы в веществе.
Это возможно только в том случае, если вещество находится хотя бы в жидком состоянии. А Дейтерий и Тритий становятся жидкостями лишь при температурах, близких к абсолютному нулю...
С одной стороны - необходимы сверхвысокие температуры, а с другой - сверхнизкие. И это - в одном и том же веществе, в одном и том же физическом теле!
Водородная бомба стала возможной только благодаря разновидности гидрида Лития - Дейтериду Лития-6. Это соединение Дейтерия изотопа Лития с массовым числом 6.
Дейтерид Лития-6 важен по двум причинам: это твердое вещество и позволяет хранить «сконцентрированный» Дейтерий при плюсовых температурах.
Кроме того, сам компонент Литий-6 (6Li) является сырьем (промышленным источником) для получения Трития - самого дефицитного изотопа Водорода.
Нейтроны, необходимые для этой ядерной реакции, дает взрыв атомного «капсюля» водородной бомбы. Он же создает условия (температуру порядка 50 000 000°C) для реакции термоядерного синтеза.
Для атомной техники важно еще одно моно-изотопное соединение Лития - фторида Лития-7 (7LiF). Оно применяется для растворения соединений Урана и Тория непосредственно в реакторах.
Как теплоноситель в реакторах применяется именно Литий-7 (имеющий малое сечение захвата тепловых нейтронов), а не природная смесь изотопов Лития.
Над проблемой же мирного (управляемого) термоядерного синтеза, ученые во всем мире бесплодно работают уже много десятилетий.
Природный Литий состоит из двух изотопов с массовыми числами 6 и 7. По способности захватывать тепловые нейтроны (поперечное сечение захвата) ядра этих изотопов отличаются очень сильно.
Более тяжелый изотоп (7Li) имеет сечение захвата 0,033 барна. Он практически прозрачен для нейтронов. Зато Литий-6 активно поглощает тепловые нейтроны - его сечение захвата 912 барн.
Несмотря на то, что легкого Лития в природе в 12 раз меньше, чем тяжелого, сечение захвата природного Лития велико - 71 барн. И «виновник» этого - изотоп 6Li.
Искусственным путем получены еще два изотопа Лития. Время их жизни крайне невелико: у Лития-8 период полураспада равен 0,841 секунды, а у Лития-9 - 0,168 секунды.
Как и прочие щелочные металлы, Литий активен, мягок (режется ножом), всегда и во всех случаях проявляет строго постоянную валентность 1+.
Отличается от других щелочных металлов он тем, что значительно легче реагирует с Азотом, Углеродом, Водородом. Зато с водой он взаимодействует менее активно - хотя и вытесняет из нее Водород, но не воспламеняет его.
Не только фторид, но и карбонат, и ортофосфат Лития плохо растворяются в воде - соответствующие соединения прочих щелочных металлов очень хорошо растворимы.
И Литий - единственный щелочной металл, способный к образованию комплексных соединений.
С Кислородом Литий соединяется даже при обычной температуре, а при нагревании он воспламеняется и горит голубоватым пламенем.
И в том и в другом случае образуется окись Лития (Li2O) - тугоплавкое вещество, малорастворимое в воде.
Другое соединение Лития с Кислородом - перекись Лития (Li2О2). Получают его конечно особым способом - при взаимодействии перекиси Водорода с насыщенным спиртовым раствором гидрата окиси Лития.
При этом из раствора выпадает кристаллогидрат перекисей Водорода и Лития. И если этот осадок выдержать в вакууме над фосфорным ангидридом, то образуется свободная перекись Лития.
То, что это соединение получается только «окольными путями», свидетельствует о нехарактерности для Лития образования перекисных соединений.
Литиевые соли галогеноводородных кислот (кроме фторида - LiF) очень хорошо растворяются в воде. Но не это их главное достоинство. Растворы этих солей способны поглощать из воздуха Аммиак, амины и другие примеси.
Кроме того, при изменении температуры они обратимо поглощают пары воды.
Это свойство позволило применить хлорид и бромид Лития в установках для кондиционирования воздуха.
Электролиз - лишь последняя стадия производства Лития. Даже в самых богатых Литием минералах - содержание его окиси редко превышает 7%.
Один из распространенных методов извлечения Лития из сподумена - обработка раздробленного минерала серной кислотой.
При этом образуются окиси Кремния и Алюминия и, растворимый в воде сульфат Лития. Его выщелачивают водой и превращают сначала в карбонат, а затем в хлорид, который и идет на электролиз.
Медики не раз наблюдали, что некоторые соединения Лития (в соответствующих дозах) оказывают положительное влияние на больных, страдающих маниакальной депрессией. Объясняют этот эффект двояко.
С одной стороны - Литий способен регулировать активность некоторых ферментов, участвующих в переносе из межклеточной жидкости в клетки мозга ионов Натрия и Калия.
С другой стороны - ионы Лития непосредственно воздействуют на ионный баланс клетки.
А от баланса Натрия и Калия зависит в значительной мере состояние больного: избыток Натрия в клетках характерен для депрессивных пациентов, недостаток - для страдающих маниями.
Выравнивая Натрий-Калиевый баланс, соли Лития оказывают положительное влияние и на тех, и на других.
Карта сайта
Мой адрес Электронной почты: q2212@yandex.ru
Номер моего мобильного телефона: +79030100732
