Свойства лития и его соединений

Краткая историческая справка

Металлургия легких редких металлов

4.1 Металлургия лития

Литий открыт в 1817 г. Шведским химиком Арфведсоном. В минерале петалите (алюмосиликате лития). Из минерала литий был получен в виде сульфата. В элементарном виде литий был получен англичанами Дэви и Бранде разложением оксида лития электрическим током. В 1855 г. Бунзен и Маттесен разработали промышленный способ получения лития электролизом хлорида лития.

Литий – элемент I группы периодической системы Менделеева, самый легкий из металлов.

Физические свойства. Литий – серебристо-белый мягкий металл. По своим механическим свойствам близок к свинцу. Плотность лития 0,531 г/см³. Температура плавления 180,5 ^оС, температура кипения 1370 ^оС, но летит при температуре > 700 ^оС.

Химические свойства. В химическом отношении литий менее активен, чем другие щелочные металлы. При этом литий – самый электроотрицательный элемент в водной среде. Эта аномалия объясняется высокой энергией гидратации иона лития.

На воздухе при обычной температуре литий медленно реагирует с кислородом и азотом, покрываясь оксидной и нитридной пленкой. Реагирование ускоряется в присутствии влаги. В кислороде при нагревании до 200 ^оС литий горит голубым пламенем, образуя оксид. Литий разлагает воду с выделением водорода и образованием раствора щелочи. С водородом при 500 - 600 ^оС литий образует гидрид LiH, а с азотом выше 250 ^оС нитрид Li₃N. Фтор, хлор и бром реагируют с литием на холоду, йод – при нагревании. Сера, углерод и кремний при нагревании взаимодействуют с литием с образованием соответственно сульфида Li₂S, карбида Li₂C₂ и силицида Li₆Si₂. Углекислый газ активно реагирует с литием, образуя карбонат лития.

Большинство металлов и сплавов корродирует в жидком литии. Никель и сплавы никеля с хромом стойки в жидком литии до 225 ^оС. Наиболее устойчивы против действия лития до 1000 ^оС ниобий, тантал и молибден. Кварц, стекло и фарфор быстро растворяются в литии при 200 ^оС.

Свойства соединений лития. Литий занимает особое положение среди щелочных металлов, сближаясь по ряду свойств с щелочно-земельными элементами, особенно с магнием. Это свойство проявляется в относительно малой растворимости карбоната, фосфата и фторида лития, а также в более резко выраженной, чем у остальных щелочных металлов, способности к образованию двойных солей с остальными представителями группы.

Оксид и гидроксид лития.Оксид Li₂O – бесцветное кристаллическое вещество, образующееся при окислении лития кислородом, а также термическом разложении гидроксида, карбоната или нитрата лития. Растворяется в воде с сильным разогревом с образованием раствора LiOH.

Гидроксид лития – сильная щелочь. В твердом состоянии в концентрированных растворах при обычной температуре разрушает стекло и фарфор, поэтому ее хранят в таре из пластмассы.

Карбонат лития Li₂CO₃ отличается сравнительно малой растворимостью в воде: 1,28 % при 25 ^оС и 0,83 % при 75 ^оС.

Сульфат лития Li₂SO₄ хорошо растворимая соль: 25,7 % при 20 ^оС и 23,1 % при 80 ^оС. В отличие от сульфатов натрия и калия сульфат лития не образует двойных солей типа квасцов.

Хлорид лития LiCl – бесцветное вещество. Соль хорошо растворима в воде (80,6 % при 20 ^оС). В отличие от NaCl и KCl хлористый литий растворяется в органических растворителях (спиртах, кетонах, хлороформе и др.) с образованием литийорганических соединений.

Фторид лития – белое кристаллическое вещество. Соль малорастворима в воде (0,133 % при 25 ^оС). Фторид малорастворим в соляной кислоте, но легкорастворима в азотной и серной кислотах.

Гидриды лития LiH – твердое вещество белого цвета. Получается взаимодействием расплавленного лития с водородом при 680 - 700 ^оС. При отсутствии водорода термически разлагается при 800 - 850 ^оС. Водой энергично разлагается с выделением водорода:

LiH + H₂O = LiOH + H₂ ↑ (4.1)

В связи с этим гидрид лития используют как источник водорода. В технике кроме гидрида используют алюмогидрид LiAlH₄ и борогидрид LiBH₄, они служат источниками получения дейтерия и трития.