Литий

редактировать
Химический элемент с атомным номером 3

Химический элемент с атомным номером 3
Литий, 3Li
Lithium paraffin.jpg Литий, плавающий в масле
Литий
Произношение​()
Внешний видсеребристо-белый
Стандартный атомный вес A r, std (Li)[6,938, 6,997] условно: 6,94
Литий в периодической таблице
Водород Гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Rh одий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Йод Ксенон
Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть (элемент) Таллий Свинец Висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Калий Мейтнерий Дармштадций Рентгений Коперниций Нихоний Флеровий Московий Li верморий Теннессин Оганессон
H. ↑. Li. ↓. Na
гелий ← литий → бериллий
Атомный номер (Z)3
Группа группа 1 : H и щелочные металлы
Период период 2
Блок s-блок
Категория элемента Щелочной металл
Электронная конфигурация [He ] 2s
Электроны на оболочку2, 1
Физические свойства
Фаза при STP твердое тело
Точка плавления 453,65 K (180,50 ° C, 356,90 ° F)
Температура кипения 1603 K (1330 ° C, 2426 ° F)
Плотность (около rt )0,534 г / см
в жидком состоянии (при т.пл. )0,512 г / см
Критическая точка 3220 K, 67 МПа (экстраполировано)
Теплота плавления 3,00 кДж / моль
Теплота испарения 136 кДж / моль
Молярная теплоемкость 24,860 Дж / (моль · К)
Давление пара
P(Па)1101001 k10 k100 k
при T (K)797885995114413371610
Атомный пр. operties
Состояние окисления +1(сильно основной оксид)
Электроотрицательность Шкала Полинга: 0,98
Энергия ионизации
  • 1-я: 520,2 кДж / моль
  • 2-й: 7298,1 кДж / моль
  • 3-й: 11815,0 кДж / моль
Атомный радиус эмпирический: 152 pm
Ковалентный радиус 128 ± 7 пм
Ван-дер-Ваальсовый радиус 182 пм
Цветные линии в спектральном диапазоне Спектральные линии лития
Другие свойства
Естественное происхождениеизначальное
Кристаллическая структура объемно-центрированная кубическая (bcc) Объемно-центрированная кубическая кристаллическая структура для лития
Скорость звука тонкий стержень6000 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширение 46 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Тепловое электропроводность 84,8 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивление 92,8 нОм · м (при 20 ° C)
Магнитное упорядочение парамагнитное
Магнитная восприимчивость + 14,2 · 10 см / моль (298 K)
Модуль Юнга 4,9 ГПа
Модуль сдвига 4,2 ГПа
Объемный модуль 11 ГПа
Твердость по Моосу 0,6
Твердость по Бринеллю 5 МПа
Номер CAS 7439-93-2
История
Dis covery Йохан Август Арфведсон (1817)
Первая изоляцияУильям Томас Бранд (1821)
Основные изотопы лития
Изотоп Изобилие Период полураспада (t1/2)Режим распада Продукт
Li7,59%стабильный
Li92,41%стабильный
КатегорияКатегория: Литий.
  • просмотр
  • обсуждение
| ссылки

Литий (от греч. : λίθος, романизированный : lithos, lit. «камень») - это химический элемент с символом Liи атомным номером 3. Это мягкий серебристо-белый щелочной металл. При стандартных условиях это самый легкий металл и самый легкий твердый элемент. Как и все щелочные металлы, литий очень реакционноспособен и легко воспламеняется, поэтому его необходимо хранить в минеральном масле. При резке он имеет металлический блеск, но влажный воздух быстро разъедает его до тускло-серебристо-серого, а затем черного тусклого налета. Он никогда не встречается в природе свободно, а только в (обычно ионных) соединениях, таких как пегматитовые минералы, которые когда-то были основным источником лития. Благодаря своей растворимости в виде иона он присутствует в океанской воде и обычно получается из рассолов. Металлический литий изолирован электролитически из смеси хлорида лития и хлорида калия.

. Ядро атома лития находится на грани нестабильности, поскольку два стабильных изотопа лития, встречающиеся в природе, имеют одни из самых низких энергий связи на нуклон из всех стабильных нуклидов. Из-за относительной ядерной нестабильности литий менее распространен в Солнечной системе, чем 25 из первых 32 химических элементов, даже несмотря на то, что его ядра очень легкие: это исключение из тенденции, согласно которой более тяжелые ядра встречаются реже. По связанным причинам литий имеет важное применение в ядерной физике. Превращение атомов лития в гелий в 1932 году было первой полностью искусственной ядерной реакцией, а дейтерид лития служит термоядерный синтез топливо в ступенчатом термоядерном оружии.

Литий и его соединения имеют несколько промышленных применений, включая термостойкое стекло и керамику, литиевые смазки смазочные материалы, флюсовые добавки для производства чугуна, стали и алюминия, литиевые батареи и литий-ионные батареи. На эти виды использования уходит более трех четвертей производства лития.

Литий присутствует в биологических системах в следовых количествах; его функции неопределенны. Соли лития оказались полезными в качестве стабилизирующего настроение лекарственного средства при лечении биполярного расстройства у людей.

Содержание
  • 1 Свойства
    • 1.1 Атомные и физические
    • 1.2 Химия и соединения
      • 1.2.1 Органическая химия
    • 1.3 Изотопы
  • 2 Возникновение
    • 2.1 Астрономические
    • 2.2 Наземные
    • 2.3 Биологические
  • 3 История
  • 4 Производство
    • 4.1 Запасы
    • 4.2 Цены
    • 4.3 Добыча
    • 4.4 Инвестиции
  • 5 Области применения
    • 5.1 Керамика и стекло
    • 5.2 Электротехника и электроника
    • 5.3 Консистентные смазки
    • 5.4 Металлургия
    • 5.5 Кремниевая наносварка
    • 5.6 Другое химическое и промышленное применение
      • 5.6.1 Пиротехника
      • 5.6.2 Очистка воздуха
      • 5.6.3 Оптика
      • 5.6.4 Органическая и полимерная химия
      • 5.6.5 Военное применение
    • 5.7 Ядерная промышленность
    • 5.8 Медицина
  • 6 Биологическая роль
  • 7 Меры предосторожности
  • 8 См. Также
  • 9 Примечания
  • 10 Источники
  • 11 Внешние ссылки
Свойства

Атомные и физические

Литиевые слитки с тонким слоем черного нитрида тусклого налета

Как и другие щелочные металлы, литий имеет единственный валентный электрон, который легко превращается в катион . Из-за этого литий является хорошим проводником тепла и электричества, а также элементом с высокой реакционной способностью, хотя он наименее реактивен из щелочных металлов. Низкая реакционная способность лития связана с близостью его валентного электрона к его ядру (оставшиеся два электрона находятся на 1-й орбитали, что значительно ниже по энергии, и не участвуют в химических связях). Однако расплавленный литий значительно более активен, чем его твердая форма.

Металлический литий достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать ножом. После резки он приобретает серебристо-белый цвет, который быстро меняется на серый при окислении до оксида лития. Хотя он имеет одну из самых низких точек плавления среди всех металлов (180 ° C, 453 K), он имеет самые высокие точки плавления и кипения среди щелочных металлов.

Литий имеет очень высокую температуру. низкая плотность (0,534 г / см), сопоставимая с древесиной сосны. Это наименее плотный из всех элементов, находящихся в твердом состоянии при комнатной температуре; следующий по легкости твердый элемент (калий 0,862 г / см) более чем на 60% плотнее. Кроме того, за исключением гелия и водорода, в твердом виде он менее плотен, чем любой другой элемент в виде жидкости, будучи только на две трети плотнее, чем жидкий азот <162.>(0,808 г / см). Литий может плавать в самых легких углеводородных маслах и является одним из трех металлов, которые могут плавать в воде, два других - натрий и калий.

Литий, плавающий в масле

Литий коэффициент теплового расширения вдвое больше, чем у алюминия, и почти в четыре раза больше, чем у железа. Литий сверхпроводящий ниже 400 мкК при стандартном давлении и при более высоких температурах (более 9 К) при очень высоких давлениях (>20 ГПа). При температурах ниже 70 К литий, как и натрий, претерпевает бездиффузионные фазовые превращения. При 4,2 К он имеет ромбоэдрическую кристаллическую систему (с девятислойным повторяющимся интервалом); при более высоких температурах он превращается в гранецентрированный куб, а затем в объемноцентрированный куб. При температурах жидкого гелия (4 К) преобладает ромбоэдрическая структура. Для лития при высоких давлениях были идентифицированы множественные аллотропные формы.

Литий имеет массу удельную теплоемкость 3,58 килоджоулей на килограмм-кельвин, что является самым высоким показателем среди всех твердых веществ. Из-за этого металлический литий часто используется в охлаждающих жидкостях для теплопередачи.

Химия и соединения

Литий легко реагирует с водой, но с заметно меньшей энергией, чем другие щелочные металлы. В результате реакции образуется водород газ и гидроксид лития в водном растворе. Из-за своей реакционной способности с водой литий обычно хранится в углеводородном герметике, часто вазелин. Хотя более тяжелые щелочные металлы могут храниться в более плотных веществах, таких как минеральное масло, литий недостаточно плотный, чтобы полностью погрузиться в эти жидкости. Во влажном воздухе литий быстро тускнеет с образованием черного покрытия из гидроксида лития (LiOH и LiOH · H 2 O), нитрида лития (Li 3 N) и карбонат лития (Li 2CO3, результат вторичной реакции между LiOH и CO2 ).

гексамерной структурой фрагмента н-бутиллития в кристалле

При размещении над пламенем соединения лития приобретают поразительный малиновый цвет, но когда металл сильно горит, пламя становится сверкающим серебром. Литий воспламеняется и горит в кислороде при воздействии воды или водяных паров. Литий легковоспламеняющийся, и он потенциально взрывоопасен при контакте с воздухом и особенно с водой, хотя и в меньшей степени, чем другие щелочные металлы. Реакция лития с водой при нормальных температурах протекает быстро, но ненасильственно, поскольку Произведенный водород не воспламеняется сам по себе. Как и в случае со всеми щелочными металлами, литиевые возгорания трудно тушить, требуя порошковых огнетушителей (класса D типа). Литий - один из немногих металлов, который реагирует с азотом в нормальных условиях.

Литий имеет диагональное соотношение с магнием, элементом аналогичного атомный и ионный радиус. Химическое сходство между двумя металлами включает образование нитрида в результате реакции с N 2, образование оксида (Li. 2O) и пероксида. (Li. 2O. 2) при сжигании в солях O 2, с аналогичной растворимостью и термической нестабильностью карбонатов и нитридов. Металл реагирует с газообразным водородом при высоких температурах с образованием гидрида лития (LiH).

Другие известные бинарные соединения включают галогениды (LiF, LiCl, LiBr, LiI ), сульфид (Li. 2S ), супероксид (LiO. 2 ) и карбид (Li. 2C. 2 ). Известно много других неорганических соединений, в которых литий соединяется с анионами с образованием солей: бораты, амиды, карбонат, нитрат. или борогидрид (LiBH. 4 ). Литийалюминийгидрид (LiAlH. 4) обычно используется в качестве восстановителя в органическом синтезе.

LiHe, очень слабо взаимодействующее соединение Ван-дер-Ваальса, было обнаружено при очень низких температурах.

В отличие от других элементов в группе 1, неорганические соединения лития следуют правило дуэта, а не правило октетов.

Органическая химия

Известны литийорганические реагенты, в которых существует прямая связь между углеродом и атомами лития. Эти соединения имеют ковалентные связи металл-углерод, которые сильно поляризованы по отношению к углероду, что позволяет им эффективно служить в качестве стабилизированных металлом карбанионов, хотя их раствор и твердотельная структура более сложны, чем предполагает этот упрощенный взгляд. за счет образования олигомерных кластеров. Таким образом, это чрезвычайно мощные основания и нуклеофилы. Они также применялись в асимметричном синтезе в фармацевтической промышленности. Для лабораторного органического синтеза многие литийорганические реагенты коммерчески доступны в форме растворов. Эти реагенты обладают высокой реакционной способностью, а иногда и пирофорными.

Подобно его неорганическим соединениям, почти все органические соединения лития формально подчиняются правилу дуэта (например, BuLi, MeLi). Однако важно отметить, что в отсутствие координирующих растворителей или лигандов литийорганические соединения образуют димерные, тетрамерные и гексамерные кластеры (например, BuLi на самом деле представляет собой [BuLi] 6, а MeLi на самом деле представляет собой [MeLi] 4), которые имеют многоцентровую связь и увеличивают координационное число вокруг лития. Эти кластеры распадаются на более мелкие или мономерные единицы в присутствии растворителей, таких как диметоксиэтан (DME), или лигандов, таких как тетраметилэтилендиамин (TMEDA). В качестве исключения из правила дуэтов, двухкоординатный лифтный комплекс с четырьмя электронами вокруг лития, [Li (thf) 4 ] [((Me 3 Si) 3C)2Li ], был охарактеризован кристаллографически.

Изотопы

Встречающийся в природе литий состоит из двух стабильных изотопов, Li и Li, причем последний является более распространенным (92,5% естественное содержание ). Оба природных изотопа имеют аномально низкую энергию связи ядра на нуклон (по сравнению с соседними элементами в периодической таблице, гелий и бериллий ); литий - единственный элемент с низким номером, который может производить чистую энергию посредством ядерного деления. Два ядра лития имеют более низкую энергию связи на нуклон, чем любые другие стабильные нуклиды, кроме дейтерий и гелий-3. В результате этого, хотя и очень легкий по атомному весу, литий менее распространен в Солнечной системе, чем 25 из первых 32 химических элементов. Семь радиоизотопы были охарактеризованы, наиболее стабильными из которых являются Li с периодом полураспада 838 мс и Li с периодом полураспада 178 мс. Все оставшиеся радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 8,6 мс. Самым короткоживущим изотопом лития является Li, который распадается посредством испускания протона и имеет период полураспада 7,6 × 10 с.

Li является одним из первичных элементов (или, точнее, первичные нуклиды ), полученные в нуклеосинтезе Большого взрыва. Небольшое количество Li и Li производится в звездах, но считается, что они «сгорают » так же быстро, как и производятся. Дополнительные небольшие количества лития как из лития, так и из лития могут образовываться из солнечного ветра, космических лучей, поражающих более тяжелые атомы, и из-за радиоактивного распада Be и Be в ранней солнечной системе. В то время как литий создается в звездах во время звездного нуклеосинтеза, он далее сжигается. Li также может образовываться в углеродных звездах.

Изотопы лития существенно фракционируются во время широкого спектра естественных процессов, включая образование минералов (химическое осаждение), метаболизм и ионный обмен. Ионы лития замещают магний и железо в октаэдрических участках в глинистых минералах, где Li предпочтительнее Li, что приводит к обогащению легким изотопом в процессах гиперфильтрации и изменения пород. Известно, что экзотический Li демонстрирует ядерный гало. Процесс, известный как лазерное разделение изотопов, может использоваться для отделения изотопов лития, в частности лития от лития.

Производство ядерного оружия и другие приложения ядерной физики являются основным источником искусственного фракционирования лития. при этом легкий изотоп Li остается в промышленных и военных запасах до такой степени, что вызывает небольшое, но измеримое изменение отношения Li к Li в природных источниках, таких как реки. Это привело к необычной неопределенности в стандартизованном атомном весе лития, поскольку это количество зависит от естественных соотношений содержания этих встречающихся в природе стабильных изотопов лития, поскольку они доступны в коммерческих источниках минерального лития.

Оба стабильных изотопа лития могут быть охлаждены лазером и были использованы для получения первой квантово-вырожденной смеси Бозе - Ферми.

Встречаемость
Литий примерно так же распространен, как хлор в верхней континентальной коре, в расчете на один атом.

Астрономические данные

Хотя это был синтезирован во время Большого взрыва, литий (вместе с бериллием и бором) значительно менее распространен во Вселенной, чем другие элементы. Это результат сравнительно низких звездных температур, необходимых для разрушения лития, а также отсутствия общих процессов для его производства.

Согласно современной космологической теории, литий - в обоих стабильных изотопах (литии-6 и литии). -7) - был одним из трех элементов, синтезированных в результате Большого взрыва. Хотя количество лития, образующегося в нуклеосинтезе при Большом взрыве, зависит от количества фотонов на барион, для принятых значений можно вычислить содержание лития, и там представляет собой «космологическое несоответствие лития » во Вселенной: более старые звезды, кажется, содержат меньше лития, чем должны, а некоторые более молодые звезды имеют гораздо больше. Недостаток лития в старых звездах, по-видимому, вызван «подмешиванием» лития внутрь звезд, где он разрушается, в то время как литий образуется в более молодых звездах. Хотя он превращает в два атома гелия из-за столкновения с протоном при температурах выше 2,4 миллиона градусов Цельсия (большинство звезд легко достигают этой температуры в своих недрах), литий более распространен, чем предсказывают современные вычисления, в звездах более позднего поколения.

Новая Центавра 2013 - первая, в которой были обнаружены доказательства лития.

Литий также обнаружен в коричневом карлике. субзвездные объекты и некоторые аномальные оранжевые звезды. Поскольку литий присутствует в более холодных и менее массивных коричневых карликах, но разрушается в более горячих красных карликах звезд, его присутствие в спектрах звезд можно использовать в «литиевом тесте», чтобы различить эти два карлика, поскольку оба меньше Солнца. Некоторые оранжевые звезды также могут содержать высокую концентрацию лития. Эти оранжевые звезды, как было обнаружено, имеют более высокую, чем обычно, концентрацию лития (например,) на орбите массивных объектов - нейтронных звезд или черных дыр - чья гравитация, очевидно, притягивает более тяжелый литий к поверхности водородно-гелиевой звезды, что приводит к обнаружению большего количества лития.

27 мая 2020 года астрономы сообщили, что классические новые звезды взрывы являются галактическими производителями лития.

Наземные

Хотя литий широко распространен на Земле, он не встречается в природе в элементарной форме из-за его высокой реакционной способности. Общее содержание лития в морской воде очень велико и оценивается в 230 миллиардов тонн, где элемент существует в относительно постоянной концентрации от 0,14 до 0,25 частей на миллион (ppm), или 25 микромолярных ; более высокие концентрации, приближающиеся к 7 ppm, обнаруживаются около гидротермальных источников.

Оценки содержания в земной коре находятся в диапазоне от 20 до 70 ppm по весу. Литий составляет около 0,002 процента земной коры. В соответствии со своим названием литий составляет незначительную часть магматических пород, с наибольшими концентрациями в гранитах. Гранитные пегматиты также содержат наибольшее количество литийсодержащих минералов, причем сподумен и петалит являются наиболее коммерчески жизнеспособными источниками. Другим важным минералом лития является лепидолит, который в настоящее время является устаревшим названием группы, образованной полилитионитом и трилитионитом. Новым источником лития является гекторит глина, единственная активная разработка которой осуществляется через Western Lithium Corporation в США. Литий, содержащий 20 мг лития на кг земной коры, занимает 25-е место по распространенности.

Согласно Справочнику по литию и природному кальцию, «Литий - сравнительно редкий элемент, хотя он содержится во многих породах и некоторых рассолах, но всегда в очень низких концентрациях. Существует довольно большое количество обоих месторождения литиевых минералов и рассола, но лишь сравнительно немногие из них представляют фактическую или потенциальную коммерческую ценность. Многие из них очень малы, другие имеют слишком низкое содержание ".

Геологическая служба США считает, что в 2010 году у Чили были самые большие запасы (7,5 млн тонн) и самый высокий годовой объем добычи (8 800 тонн). Одна из крупнейших резервных баз лития находится в районе Салар де Уюни в Боливии, где имеется 5,4 миллиона тонн. Другие крупные поставщики включают Австралию, Аргентину и Китай. По состоянию на 2015 год все Рудные горы в Чешской Республике считались литиевой провинцией. Зарегистрировано пять месторождений, одно около [cs ] рассматривается как потенциально экономичное месторождение, содержащее 160 000 тонн лития. В декабре 2019 года финская горнодобывающая компания Keliber Oy сообщила, что доказанные и вероятные запасы ее литиевого месторождения Рапасаари оцениваются в 5,280 миллиона тонн.

В июне 2010 года The New York Times сообщила, что американские геологи проводили наземные исследования на сухих соленых озерах в западном Афганистане, полагая, что там находятся большие залежи лития. «Представители Пентагона заявили, что их первоначальный анализ в одном месте в провинции Газни показал, что потенциал залежей лития такой же большой, как и в Боливии, которая теперь обладает крупнейшими известными запасами лития в мире». Эти оценки «основаны главным образом на старых данных, которые были собраны в основном Советским Союзом во время оккупации Афганистана с 1979–1989 годов». Стивен Петерс, глава проекта по разработке полезных ископаемых в Афганистане Геологической службы США, сказал, что ему не было известно об участии Геологической службы США в каких-либо новых изысканиях полезных ископаемых в Афганистане за последние два года. «Нам не известно о каких-либо открытиях лития», - сказал он. «

Лития (« литиевый рассол ») связана с местами добычи олова в Корнуолле, Англия, и рассматривается проект оценки испытательных скважин глубиной 400 м. В случае успеха горячие рассолы также будут обеспечивать геотермальной энергией для обеспечения процесса добычи и очистки лития.

Биологические

Литий в следовых количествах содержится во многих растениях, планктоне и беспозвоночных, в концентрациях от 69 до 5760 частей на миллиард (ppb). У позвоночных концентрация немного ниже, и почти все ткани и жидкости позвоночных животных содержат литий. от 21 до 763 частей на миллиард. Морские организмы склонны к биоаккумуляции лития больше, чем наземные организмы. Неизвестно, играет ли литий физиологическую роль в любом из этих организмов.

История
Открытие приписывают Йохану Августу Арфведсону лития в 1817 г.

Петалит (LiAlSi 4O10) был открыт в 1 800 бразильским химиком и государственным деятелем Хосе Бонифасио де Андрада и Силва в шахте на острове Утё, Швеция. Однако только в 1817 году Йохан Август Арфведсон, тогда работавший в лаборатории химика Йонса Якоба Берцелиуса, обнаружил присутствие нового элемента, в то время как анализ петалитовой руды. Этот элемент образует соединения, аналогичные соединениям натрия и калия, хотя его карбонат и гидроксид менее растворимы в воде и менее щелочной. Берцелиус дал щелочному веществу название «литион / литина» от греческого слова λιθoς (транслитерированного как lithos, что означает «камень»), чтобы отразить его открытие в твердом минерале, в отличие от калия, который был обнаружен в золе растений., и натрий, который был известен отчасти своим высоким содержанием в крови животных. Он назвал металл внутри материала «литием».

Арфведсон позже показал, что этот же элемент присутствует в минералах сподумен и лепидолит. В 1818 году Кристиан Гмелин первым заметил, что соли лития придают пламени ярко-красный цвет. Однако и Арфведсон, и Гмелин пытались, но не смогли выделить чистый элемент из его солей. Он не был изолирован до 1821 года, когда Уильям Томас Бранде получил его с помощью электролиза оксида лития, процесса, который ранее использовал химик Сэр Хэмфри Дэви для выделения щелочных металлов калия и натрия. Бранде также описал некоторые чистые соли лития, такие как хлорид, и, оценив, что литий (оксид лития ) содержит около 55% металла, оценил атомный вес лития примерно в 9,8 г / моль (современный значение ~ 6,94 г / моль). В 1855 году большие количества лития были произведены путем электролиза хлорида лития Робертом Бунзеном и Августом Маттиссеном. Открытие этой процедуры привело к коммерческому производству лития в 1923 году немецкой компанией Metallgesellschaft AG, которая выполнила электролиз жидкой смеси хлорида лития и хлорида калия.

австралийский психиатр Джону Кейду приписывают повторное внедрение и популяризацию использования лития для лечения мании в 1949 году. Вскоре после этого, на протяжении середины 20-го века, стабилизирующее настроение литий стало применяться при мании и депрессии Взлетели в Европе и США.

Производство и использование лития претерпело несколько радикальных изменений в истории. Первое крупное применение лития было в высокотемпературных литиевых смазках для авиационных двигателей и аналогичных применений во время Второй мировой войны и вскоре после этого. Это использование подтверждается тем фактом, что мыла на основе лития имеют более высокую температуру плавления, чем другие щелочные мыла, и менее агрессивны, чем мыла на основе кальция. Небольшой спрос на литиевое мыло и консистентные смазки поддерживался несколькими небольшими горнодобывающими предприятиями, в основном в США.

Спрос на литий резко возрос во время холодной войны с производством ядерного термоядерного оружия. И литий-6, и литий-7 производят тритий при облучении нейтронами и, таким образом, полезны для производства самого трития, а также в виде твердого термоядерного топлива, используемого внутри водородных бомб в виде дейтерид лития. США стали основным производителем лития в период с конца 1950-х до середины 1980-х годов. В конце концов, запасы лития составляли примерно 42000 тонн гидроксида лития. Накопленный литий был обеднен литием-6 на 75%, что было достаточно, чтобы повлиять на измеренный атомный вес лития во многих стандартизированных химических веществах и даже на атомный вес лития в некоторых «естественных источниках» лития. иона, который был «загрязнен» солями лития, выпущенными из установок для разделения изотопов, которые попали в грунтовые воды.

Литий использовался для снижения температуры плавления стекла и улучшения плавления оксид алюминия при использовании процесса Холла-Эру. Эти два вида использования доминировали на рынке до середины 1990-х годов. После окончания гонки ядерных вооружений спрос на литий снизился, а продажа запасов энергии на открытом рынке еще больше снизила цены. В середине 1990-х годов несколько компаний начали добывать литий из рассола, что оказалось менее дорогостоящим вариантом, чем подземная или открытая добыча. Большинство рудников закрылись или переключились на другие материалы, потому что только руду из зональных пегматитов можно было добывать по конкурентоспособной цене. Например, американские шахты возле Кингс-Маунтин, Северная Каролина, закрылись до начала 21 века.

Разработка ионно-литиевых батарей увеличила спрос на литий и стала доминирующей областью применения в 2007 году. С резким ростом спроса на литий в батареях в 2000-х годах новые компании расширили усилия по извлечению рассола, чтобы удовлетворить растущий спрос.

Утверждалось, что литий будет одним из главных объектов геополитической конкуренции в мире, работающем на возобновляемых источниках энергии и зависящем от батарей, но эта точка зрения также подвергалась критике за недооценку силы экономических стимулов для расширения

Производство
alt1 alt2 Спутниковые снимки Салар-дель-Хомбре Муэрто, Аргентина (слева) и Уюни, Боливия (справа), солончаков, которые богат литием. Богатый литием рассол концентрируется путем закачки его в пруды-испарители (видно на левом изображении).

Производство лития значительно увеличилось с конца Второй мировой войны. Металл отделен от других элементов в магматических минералах. Металл получают посредством электролиза из смеси расплавленного 55% хлорида лития и 45% хлорида калия при температуре около 450 ° C.

По состоянию на 2015 год большая часть мирового производства лития приходится на Южную Америку, где литийсодержащий рассол добывается из подземных бассейнов и концентрируется путем солнечного испарения. Стандартный метод экстракции - выпаривание воды из рассола. Каждая партия занимает от 18 до 24 месяцев.

.

Запасы

Мировые выявленные запасы в 2017, 2018, 2019 и 2020 годах были оценены Геологической службой США (USGS) в 14 миллионов., 16 миллионов, 14 миллионов и 17 миллионов тонн соответственно. Точная оценка мировых запасов лития затруднена. Одна из причин этого заключается в том, что большинство схем классификации лития разработаны для месторождений твердых руд, тогда как рассол представляет собой жидкость, которую проблематично обрабатывать с помощью той же схемы классификации из-за различных концентраций и эффектов закачки.

Выявлены мировые ресурсы лития. по USGS начал расти в 2017 году в связи с продолжением геологоразведочных работ. Выявленные ресурсы в 2016, 2017, 2018, 2019 и 2020 годах составляли 41, 47, 54, 62 и 80 миллионов тонн соответственно.

Согласно оценкам, в 2013 году мировые запасы лития составляли около 15 миллионов тонн, тогда как 65 миллионов тонн известных ресурсов были разумными. В общей сложности 75% всего обычно можно найти в десяти крупнейших месторождениях мира. Другое исследование показало, что 83% геологических ресурсов лития расположены в шести месторождениях рассола, двух пегматитовых и двух осадочных месторождениях.

Четыре ведущие страны-производители лития с 2019 года, по данным Геологической службы США. Австралия, Чили, Китай и Аргентина. На пересечении Чили, Боливии и Аргентины образуется регион, известный как Литиевый треугольник. Литиевый треугольник известен своими высококачественными солончаками, включая боливийский Салар де Уюни, чилийский Салар де Атакама и аргентинский Салар де Арисаро. Считается, что в Литиевом треугольнике содержится более 75% существующих известных запасов лития. Отложения находятся в Южной Америке по всей горной цепи Анд. Чили является ведущим производителем, за ним следует Аргентина. Обе страны извлекают литий из бассейнов с рассолом. По данным USGS, в боливийской пустыне Уюни содержится 5,4 миллиона тонн лития. Половина мировых запасов находится в Боливии вдольцентрально-восточного склона Анд. В 2009 году Боливия провела переговоры с японскими, французскими и корейскими фирмами о начале добычи.

Производство литиевых рудников (2019 г.), запасы и ресурсы в тоннах согласно USGS
СтранаПроизводствоЗапасыРесурсы
Аргентина 6,4001,700,00017,000,000
Австралия 42,0002,800,0006,300,000
Австрия --75,000
Боливия --21,000,000
Бразилия 30095,000400,000
Канада 200370,0001,700,000
Чили 18,0008,600,0008,600,000
Чешская Республика --1,300,000
ДР Конго --3,000,000
Финляндия --40,000
Германия --2,500,000
Казахстан --40,000
Мали --1,000,000
Мексика --1,700,000
Намибия 500?9,000
Китайская Народная Республика 7,5001,000,0004,500,000
Перу --130,000
Португалия 1,20060,000250,000
Русси a --1,000,000
Сербия --1,000,000
Испания --300,000
США 870630,0006,800,000
Зимбабве 1,600230,000540,000
Всего в мире77,00017,000,00080,000,000+

В США литий извлекают из бассейнов солевого раствора в Неваде. Месторождение, обнаруженное в 2013 году в районе Rock Springs Uplift штата Вайоминг, оценивается в 228 000 тонн. Дополнительные месторождения в том же пласте оцениваются в 18 миллионов тонн.

На протяжении многих лет мнения о потенциальном росте расходились. Исследование 2008 года пришло к выводу, что «реально достижимого производства карбоната лития будет достаточно только для небольшой части будущих потребностей мирового рынка PHEV и EV », что «спрос со стороны сектора портативной электроники будет поглотить большую часть запланированного увеличения производства в следующем десятилетии, и что »массовое производство карбоната экологически безопасным, оно наносит непоправимый экологический ущерб, который следует защищать, и что LiIon установка несовместима с понятием "зеленого автомобиля" ".

Согласно более позднему исследованию 2011 года, проведенному Национальной лабораторией Лоуренса Беркли и Калифорнийским университетом, Беркли, тогда оцененные запасы лития не должны быть ограничивающими. фактор для крупномасштабного производства аккумуляторов для электромобилей, потому что примерно 1 миллиард 40 кВтч литиевых аккумуляторов можно было бы построить с этими запасами - около 10 кг лития на автомобиль. Другое исследование 2011 года на Мичиганский университет и Ford Motor Company использовать достаточно ресурсов, чтобы поддерживать мировой спрос до 2100 года, включая литий, используемый для широкого использования транспортных средств. Согласно исследованию, мировые запасы оцениваются в 39 миллионов тонн, а общий спрос для лития в 90-е годы Годовой период составил 12–20 миллионов тонн, в зависимости от сценариев экономического роста и темпов переработки.

В 2014 году The Financialist заявил, что спрос на литий растет более чем на 12% в год. По данным Credit Suisse, эта ставка превысила прогнозируемую доступность на 25%. В публикации сравнивается ситуация с литием в 2014 году с нефтью, где «более высокие цены на стимулирование инвестиций в дорогостоящие технологии добычи глубоководных и нефтеносных песков»; то есть цена на литий будет продолжать расти до тех пор, пока более дорогие методы производства, которые могут увеличить общий объем производства, привлекательное внимание производителей.

16 июля 2018 г. 2,5 миллиона высококачественных материалов лития и 124 миллиона фунтов были обнаружены в районе Пуно, Перу.

Согласно оценкам, в океанах содержится 230 миллиардов тонн лития, но его уровень составляет 0,1-0,2 части на миллион, поэтому по технологии 2020 года добывать дороже, чем из наземных рассолов и горных пород.

Ценообразование

В 1998 году цена металлического лития составляла около 95 США за кг (или 43 доллара США / фунт ). После финансового кризиса 2007 года, основные поставщики, такие как Sociedad Química y Minera (SQM), снизили цены на карбонат лития на 20%. В 2012 году цены выросли. В статье Business Week 2012 года описывалась олигополия в литиевом пространстве: «SQM, контролируемая миллиардером Хулио Понсе, является вторым по величине, за которым следует Rockwood, при поддержке Генри Крависа KKR Co. и FMC из Филадельфии », где Талисон упоминается как крупнейший производитель. Мировое потребление может вырасти до 300 000 метрических тонн в год к 2020 году с примерно 150 000 тонн в 2012 году, чтобы удовлетворить спрос на литиевые батареи, который растет примерно на 25% в год, опережая общий прирост производства лития на 4–5%.

Добыча

Анализы извлечения лития из морской воды, опубликованные в 1975 г.

Исторически литий и его соединения извлекались из твердых пород до тех пор, пока соли извлекались из воды в минеральных источников, рассол залежи и залежи рассола стали доминирующим устройством в 1990-х годы. Добыча литиевых руд была более дорогостоящей и не учитывалась рыночными ценами, но к 2018 году твердые породы снова стали вносить значительный вклад. Катоды с низким содержанием кобальта для литиевых батарей, как ожидается, потребуют гидроксида лития, а не карбоната лития в качестве сырья, и эта тенденция отдает предпочтение горным породам в качестве источника.

Электродиализ был предложен для извлечения лития из морской воды, но это не так. коммерчески жизнеспособны.

Другой потенциальный источник лития - это выщелачивание геотермальных скважин, которые выносятся на поверхность. Восстановление лития было установлено в полевых условиях; литий отделяется простой фильтрацией. Затраты на технологические процессы и охрану окружающей среды - это в первую очередь затраты на уже действующую скважину; Таким образом, чистое воздействие на Землю может быть положительным.

Инвестиции

В настоящее время на рынке существует ряд вариантов инвестирования в металл. Покупка реальных запасов лития вероятно ли возможна, инвесторы могут покупать акции компаний, занимающихся добычей и производством лития. Кроме того, инвесторы могут приобрести специальный литиевый ETF, предлагающий доступ к группе товаропроизводителей.

Области применения
Оценки глобальной использования лития в 2011 г. (изображение) и 2015 г. (цифры ниже) Керамика и стекло (32%) Батареи (35%) Консистентные смазки (9%) Непрерывное литье (5%) Обработка воздуха (5%) Полимеры (4%) Производство первичного алюминия (1%) Фармацевтические препараты (<1%)Прочие (9%)

Керамика и стекло

Оксид лития широко используется в качестве флюса для обработки кремнезема, сниженная температура плавления и вязкость материала и приводит к глазури с улучшенными физическими свойствами, включая Карбонат лития (Li 2CO3) обычно используется в этом приложении, потому что он что он используется в этом приложении, потому что он используется для посуда, используются низкие коэффициенты теплового расширения.

Электрооборудование и электроника

Конец 20-го века века, литий стал важным компонентом аккумуляторной тролиты и электроды из-за высокого века дополнительно электрода. Из-за своей низкой атомной массы он имеет высокое отношение заряда и мощности к массе. Типичный литий-ионный аккумулятор может генерировать примерно 3 вольт на элемент, по сравнению с 2,1 вольтом для свинцово-кислотного и 1,5 вольт для угольно-цинкового.. Литий-ионные батареи, которые являются перезаряжаемыми и высокой плотностью энергии, отличаются от литиевых батарей, которые являются одноразовыми (первичными ) батареи с литием или его соединениями в качестве анода. Другие литиевые аккумуляторные батареи включают литий-ионную полимерную батарею, литий-железо-фосфатную батарею и батарею с нанолокой.

консистентные смазки

. третье по распространенности применения лития - в смазках. Гидроксид лития представляет собой сильное основание и при нагревании с жиром дает мыло, состоящее из стеарата лития. Литиевое мыло обладает способностью сгущать масла и используется для производства универсальных высокотемпературных консистентных смазок.

Металлургия

Литий (например, в виде карбоната лития) используется в качестве добавок к флюсовым шлакам для непрерывной разливки, где он увеличивает объемучесть, что составляет 5% от мирового потребления лития (2011). Соединения лития также используются в качестве добавок (флюсов) к формовочному песку для литья чугуна с целью уменьшения образования прожилок.

Литий (как фторид лития ) используется в качестве добавки к алюминиевые плавильные печи (процесс Холла - Эру ), снижающие температуру плавления и увеличивающее электрическое сопротивление, на использование которых приходится 3% производства (2011 г.).

При использовании в качестве флюса для сварки или пайки металлический литий способствует плавлению металлов во время процесса и устраняет образование оксидов за счет примесей. Сплавы металла с алюминием, кадмием, медью и марганцем используются для изготовления высокопроизводительных деталей самолетов (см. Также Литий-алюминиевые сплавы ).

Silicon nano -сварка

Было обнаружено, что литий эффективен в качестве совершенствованию кремниевых нано-сварных швов в электронных компонентах для электрических батарей и других устройств

Другое химическое и промышленное применение

ий Использование в факелах и пиротехника связана с его розово-красным пламенем.

Пиротехника

Соединения лития используются в качестве отехнических красителей и окислителей красного цвета фейерверки и факелы.

Очистка воздуха

Хлорид лития и бромид лития являются гигроскопичными и используются как осушители для газовых потоков. лития и пероксид лития часто употребляемой солью, наиболее используемыми в замкнуты х пространств, таких как на борту космических кораблей и подводных лодок, для удаления двуокиси углерода и очистки воздуха. Гидроксид лития абсорбирует диоксид углерода из воздуха, образуя карбонат лития, и предпочтительнее других щелочных гидроксидов из-за его небольшого веса.

Пероксид лития (Li 2O2) в присутствии влаги не только реагирует с диоксидом углерода с образованием карбоната лития, но также выделяет кислород. Реакция протекает следующим образом:

2 Li 2O2+ 2 CO 2 → 2 Li 2CO3+ O 2.

Некоторые из вышеупомянутых соединений, а также перхлорат лития, используются в кислородных свечах, которые снабжают подводные лодки кислородом . Они могут также ввести небольшие количества бора, магния, алюминия, кремния, титана, марганец и железо.

Оптика

Фторид лития, искусственно выращенный в виде кристалла, прозрачный и прозрачный и часто используется в специальной оптике для IR, UV и ВУФ (вакуумное УФ ) приложения. У него один из самых низких показателей преломления и самый дальний диапазон пропускания в глубоком УФ из самых распространенных материалов. Тонкоизмельченный порошок фторида лития использовался для термолюминесцентной дозиметрии (TLD): когда образец такого материала подвергается воздействию излучения, в нем накапливаются дефекты кристаллов, которые при нагревании исчезают через испускание голубоватого света, интенсивность которого составляет поглощенной дозе, что позволяет количественно оценить это. Фторид лития иногда используется в фокусных линзах телескопов.

Высокая нелинейность ниобата лития также делает его полезное в приложениях нелинейной оптики. Он широко используется в телекоммуникационных продуктах, таких как мобильные телефоны и оптические модуляторы, для таких компонентов, как резонансные кристаллы. Литиевые элементы используются более чем в 60% мобильных телефонов.

Органическая и полимерная химия

Литийорганические соединения широко используются в производстве полимеров и тонкой химии. В полимерной промышленности, которая является основным потребителем этих реагентов, алкиллитиевые соединения являются катализаторами / инициаторами. в анионной полимеризации нефункционализированных олефинов. В производстве тонких химикатов литийорганические соединения как сильные основания и как реагенты для образования углеродных углеродных связей. Литийорганические соединения получают из металлического лития и алкилгалогенидов.

Многие другие соединения лития используются в качестве реагентов для соединения. Некоторые популярные соединения включают алюмогидрид лития (LiAlH 4), триэтилборгидрид лития, н-бутитий и трет-бутиллитий <162.>обычно используются как используемые прочные основания, называемые супербазами.

Запуск торпеды с использованием лития в качестве качестве

Военное применение

Металлический ли и его сложные гидриды, такие как Ли [AlH 4], используются в качестве высокоэнергетических добавок к ракетному топливу. Литийалюминийгидрид может инсталлировать сам по себе в качестве твердого топлива.

В двигательной установке с накоплением химической энергии (SCEPS) торпеды Mark 50 используется небольшой резервуар с гексафторидом серы газ, который распыляется над блоком твердого лития. В результате реакции выделяется тепло, создаваемая пар для приведения в движение торпеды по замкнутому циклу Ренкина.

Гидрид лития, используется литий-6, используется в термоядерном оружии, где он служит топливом для стадии синтеза бомбы.

Ядерная

Литий-6 ценится как исходный материал для производства трития и нейтрона поглотитель в ядерном синтезе. Природный литий содержит около 7,5% лития-6, из которого путем разделения изотопов были произведены большие количества лития-6 для использования в ядерном оружии. Литий-7 заинтересовался использованием в ядерных реакторах теплоносителя.

Дейтерид лития использовался в качестве топлива в ядерном устройстве Замок Браво.

Дейтерид лития было термоядерным топливом в ранней версиих водородной бомбы. При бомбардировке нейтронами и Li, и Li производят тритий - эта реакция, которая не была полностью понята, когда водородные бомбы были впервые испытаны, и была причиной разгона. результат ядерных испытаний Замок Браво . Тритий соединяется с дейтерием в реакции слияния, что относительно легко осуществить. Хотя детали остаются в секрете, дейтерид лития-6, по-видимому, все еще играет роль в современном ядерном оружии в качестве термоядерного материала.

Фторид лития, будучи высокообогащенным изотопом лития-7, образует основной компонент смеси фторидных солей LiF- BeF 2, используемой в жидких фторидных ядерных реакторах. Фторид лития исключительно химически стабилен, а смеси имеют LiF-BeF 2 низкие температуры плавления. Кроме того, Ли, Be и F являются одними из немногих нуклидов с достаточно низкими сечениями захвата тепловых нейтронов, чтобы не отравлять реакции деления внутри ядерного реактора деления.

В концептуальных (гипотетических) ядерных термоядерных установках литий будет поддерживать производство трития в реакторах с магнитным ограничением с использованием дейтерия и трития в качестве топлива. плазму «бланкетом», содержащим литий, где нейтроны дейтерий-тритиевой реакции в плазме расщепляют литий с образованием большего количества трития:

Li + n → He + H.

Литий также используется в качестве источника альфа-частиц или ядер гелия. Когда Ли бомбардирует ускоренными протонами , образуется Be, который подвергается делению с образованием двух альфа-частиц. Этот подвиг, называвшийся «расщеплением атома» в то время, был первой полностью искусственной ядерной реакцией. Он был произведен Кокрофт и Уолтон в 1932 году.

В 2013 году Счетная палата правительства США сообщила, что нехватка лития-7 является критической Эксплуатацией 65 из 100 американских ядерных реакторов "ставит их способность обеспечивать электроэнергией определенным риском". Замок Браво впервые применил литий-7 в «Креветке», первое устройство, которое весило всего 10 тонн, вызвало массивное ядерное загрязнение атмосферы атолла Бикини. Возможно, этим объясняется упадок ядерной инфраструктуры США. Оборудование, необходимое для отделения лития-6 от лития-7, в основном является пережитком времен холодной войны. США остановили большую часть этого оборудования в 1963 году, когда у него был огромный запас выделенного лития, который в основном потреблялся в течение двадцатого века. В отчете говорится, что потребуется пять лет и от 10 до 12 миллионов долларов, чтобы восстановить способность отделять литий-6 от лития-7.

Реакторы, в которых литий-7 нагревает высокий давление и передает тепло за счет тепла. теплообменники, подверженные коррозии. В реакторах используется литий для противодействия коррозионному воздействию борной кислоты, которая добавляется в воду для избыточных нейтронов.

Медицина

Литий полезен при лечении биполярное расстройство. Соли лития также могут быть полезны при родственных диагнозах, таких как шизоаффективное расстройство и циклическая большая депрессия. Активной частью этих солей является ионная лития Ли. Они могут увеличить риск развития сердечной аномалии Эбштейна у младенцев, рожденных женщинами, принимающими литий в течение первого триместра беременности.

Литий также исследовался в качестве возможного лечения кластерные головные боли.

Биологическая роль

Основные пищевые источники лития - это зерно и овощи, а в некоторых регионах питьевая вода также содержит большое количество. Потребление человека рассматривается в зависимости от местоположения и диеты.

Литий впервые был обнаружен органах человека и тканях плода в конце 19 века. У людей нет определенных заболеваний, связанных с употреблением наркотиков и других преступлений. Биохимические механизмы действия лития, по-видимому, многофакторны и взаимосвязаны с функциями некоторых ферментов, гормонов и витаминов, а также факторов роста и трансформирующих факторов.

Меры предосторожности
Литий
Опасности
Пиктограммы GHS GHS02: Легковоспламеняющийся GHS05: Коррозийный
Сигнальное слово GHS Опасно
Предупреждения об опасности GHS H260, H314
Меры предосторожности GHS P223, P231 + 232, P280, P305 + 351 + 338, P370 + 378, P422
NFPA 704 (огненный алмаз)четырехцветный алмаз NFPA 704 2 3 2 W

Литий-металлический коррозионный и требует особого обращения во избежание контакта с кожей. 1. раздражает нос и горло, в то время как более сильное воздействие может вызвать скопление жидкости в легких, приводит к отеку легких. Сам металл представляет опасность при обращении, поскольку контакте с влагой образует едкий гидроксид лития. Литий безопасно хранится в нереактивных соединениях, таких как нафта.

См. Также
Примечания
Ссылки
Внешние ссылки
Последняя правка сделана 2021-05-28 03:28:45
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте