Літій – що це таке? У даній статті ми постараємося відповісти саме на це питання. Тут буде дано визначення як атома літію, так і металу, що він утворює. Також ми розглянемо його фізичні та хімічні властивості, застосування і знаходження в природі, способи видобутку і деякі історичні дані.
Введення
Li – це елемент хімічної таблиці Менделєєва Д. І.. Він входить у першу групу (відповідно до застарілої класифікації) 2-го періоду. Атомний номер – №3. Просте речовина, яке утворене атомами літію, представлено у вигляді лужного і м’якого металу сріблясто-білого кольору.
Історичні дані
Літій відкрили в 1817 році. Зробив це шведський хімік Іоганн Арфведсон. Спочатку Li був виявлений у складі мінералу петалита, а далі його знайшли в сподумене і лепидолите. Металеву форму отримав першим Гемфрі Деві в 1818 році.
Назва було дано через те, що виявили Li вперше в каменях, які в перекладі з грецької мають співзвучне будова слова з самим літієм. Спочатку його називали литионом, проте потім Я. Берцеліус запропонував змінити назву.
Фізичний ряд характеристик
Літій – що це таке? Відповідаючи на це питання, важливо відзначити його фізичні та хімічні характеристики.
Li – це метал, який має сріблясто-білим кольором, він досить м’який і пластичний. Дане просте речовина піддається обробці пресуванням та/або прокаткою.
В умовах кімнатної температури цього металу властива об’емноцентрірованная решітка, а його просторова група – m3m. В умовах нижче температури нижче 78 До він стає стійким, а кристалічна форма решітки переходить в стан гексагональної щільної структури, в якій всі атоми літію мають по дванадцять «близьких сусідів», які розташовані на вершині кубооктаэдра.
Серед всіх металів лужного типу літій володіє самою високою температурою, при якій він починає кипіти (1340 °C) або плавитися (180,54 °C). При кімнатній температурі щільність літію, серед тієї ж групи металів, найнижча і навіть менше щільності H2O.
Трохи про хімічні особливості
Li – лужний метал, проте він володіє відносною стійкістю на повітрі. Він найменш активний серед своєї групи металів. Наприклад, він майже не реагує з молекулами сухого кисню в умовах кімнатної температури. З цієї причини літій ніколи не зберігають в гасі. Перебуваючи в повітрі з помірною кількістю вологи, може вступати в реакцію з різними газами. Прикладом можуть служити гази нітриду, гідроксиду і карбонату. Атомна маса літію дорівнює 6.941 а. е. м.
З цієї причини Li тримають у петролейных ефірах, парафіні, мінеральних оліях або газоліні. При цьому бляшана коробка повинна бути герметичною. Однією з цікавих особливостей літію є його здатність покриватися оксидною плівкою з високою щільністю при температурі від 100 до 300 °C.
Отримання
Літій – що це таке? Ще одним пунктом у розгляді цього питання є визначення шляхів його отримання і видобутку.
На сьогоднішній день цей метал отримують з природних мінералів. Також широко застосовуються розкладання сірчаних кислот, спікання з CaO або CaCO3. Серед менш широко використовуваних способів виділяють обробку K2SO4, з подальшим вилуговуванням за допомогою води. Яким би не був метод отримання, в кінцевому підсумку утворюється карбонат літію, який погано розчиняється у воді. Потім це речовина переносять у хлорид (LiCl). Хлорид літію піддають електролізу із застосуванням сумішей KCl або BaCl2, які знижують температуру плавлення. Очищення літію відбувається за допомогою використання методу вакуумної дистиляції.
Найбільша вироблення Li відбувається на території Австралії, Чилі і Аргентини. У 2015 році було видобуто близько 32,5 тисячі тонн цього металу. Розпад СРСР привів до повної втрати виробництва літію на території РФ, однак у 2017 році була запущена експериментальна установка, що дозволяє добувати його з бідних руд, витрачаючи на це мала кількість коштів.
Експлуатація
Відповідаючи на питання про те, що це таке – літій, вкрай важливо ознайомитися зі способами його використання.
В даний час існує величезна кількість способів застосування металу Li. Одним з таких прикладів є виготовлення напівпровідників зі сплаву сульфідів міді і літію, які застосовують у термоэлектропреобразователях.
З літію створюють аноди для хімічних джерел струму та елементів гальванічного типу з твердими електролітами.
Кобальтаты і молибдаты літію показують одне з кращих експлуатаційних властивостей, а також високий рівень енергоємності в якості літієвих електродів з позитивним зарядом для акумуляторів. Сполуки гідроксиду літію використовують як елемент при створенні акумуляторів лужного типу. Додавання цього ж речовини в тягові батареї деяких видів акумуляторів може підвищити термін придатності пристрою в 2-3 рази.
Енергію літію використовують при створенні лазерів з високим ККД (близько 80 %). Якщо точніше, то застосовують монокристали фториду літію. Також із застосуванням цієї речовини виготовляють оптику з широкими спектральними смугами пропускання.
Сплави Li з іншими металами також широко застосовуються людиною. Наприклад, з’єднання срібла, золота і літію є вкрай ефективним засобом припою. Цей же метал, але в з’єднанні з Mg, Cd, Al і Cu не так давно почали використовувати в авіаційній і космічній промисловості. Алюмінати і силікати літію є основою для створення кераміки, яка твердне в умовах кімнатою температури. Вона використовується у військовому ремеслі, металургійної діяльності. Скла, створені на основі Li, відрізняються величезною міцністю і можуть зміцнюватися волокном карбіду кремнію. Також даний метал зміцнює свинцеві сплави, збільшуючи їх показник пластичності і стійкості до корозії.
В електроніці трибораты літію-цезію використовують в якості оптичного матеріалу для радіоапаратури. Ниобад і танталат літію (LiNbO3 і LiTaO3) також застосовуються в галузях виробництва акустооптики, оптоелектроніки та нелінійної оптики. Ще літій застосовують для наповнення освітлювальних ламп газорозрядного металлогалогенового типу.
У металургійних галузях Li використовують з метою розкислення та/або збільшення показника пластичності і міцності певного сплаву. Іноді літій застосовують в якості відновника в ході методу металотермії, який використовують для відновлення рідкісного ряду металів.
Літій у біології
Людський організм потребує в невеликій кількості Li (добова норма близько 100 мкг для дорослого). Велика частина металу, що знаходиться в тканинах серця, печінки, лімфовузлах, плазмі крові, надниркових залозах, а також у щитовидній залозі.
Літій бере участь в деяких найважливіших біохімічних процесах:
- грає важливу роль в обміні жирів і вуглеводів;
- надає підтримку імунній системі;
- бере участь у попередженні виникнення алергії;
- знижує нервову збудливість.
Препарати на основі літію використовуються в терапії з метою усунення або пригнічення психічних дисфункцій свідомості і мозку. Виводиться цей метал з організму за допомогою нирок.
Про акумулятор
Літій-іонні акумулятори – один з видів електричних приладів, які використовують для збереження і експлуатації енергетичних ресурсів, а тому їм ми приділимо трохи окремої уваги.
Такі акумулятори широко поширені в середовищі сучасної побутової техніки і застосовуються, наприклад, в електромобілях або накопичувачах, встановлених в енергетичних системах. В стільникових телефонах, ноутбуках, цифрових фотоапаратах, відеокамерах і раніше згаданих електромобілях такий вигляд акумулятора є найпоширенішим. Перший подібний прилад був випущений корпорацією Sony в 1991 році.
Пристрій акумулятора
Літій-іонні акумулятори складаються з електродів, які розділені сепаратором з порами. При цьому його просочують електролітами. Електродний пакет поміщають у герметичну оболонку, а набір катодів і анодів прикріплюють до токосъемным клем. Оболонку (корпус) можуть оснащувати запобіжними клапанами, сбрасывающими внутрішній тиск в разі виникнення аварійної ситуації або порушення в роботі експлуатації. Розрізняють такі акумулятори типу катодних матеріалів, які використовують в пристрої. Ядро літію в них володіє кількістю протонів, яке відрізняється від суми електронів, що оточили ядро. Тому такі пристрої і називають іонними. Переносять електрони в акумуляторі іони Li з позитивним зарядом. Такі частинки здатні впроваджуватися в кристалічні решітки іншого ряду матеріалів і утворювати хімічні зв’язки, внаслідок чого утворюються оксиди і солі металів.
