СЕВЕРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ НАЦИОНАЛЬНОГО  ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЯДЕРНОГО УНИВЕРСИТЕТА «МИФИ». 

Кафедра ХиТМСЭ 
 
 

«Литий»

Реферат. 
 
 
 
 
 

Преподаватель:

Профессор Матюха В.А.

<<….>>__________2009г. 

Студент гр. Д-149:

Борисова  М.А.

<<….>>__________2009г. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Северск 2010г. 
СОДЕРЖАНИЕ

 
 
 

1. Ведение………………………………………………………………….….3
2. Общая характеристика Лития………………………………………...…4-5
3. Получение лития………………………………………………………...…6
4. Физические свойства………………………………………………………7
5. Химические свойства……………………………………………….……..8
6. Вычисление энтальпий образования перовскитоподобных

   литий-ионных  проводников…………………………………………...9-10

7. Неорганические соединения лития…………………………………..11-14
8. Литийорганические соединения……………………………………...15-17
9. Распространение лития в природе и его промышленное

  извлечение……………………………………………………………..18-19

10. Применение лития ……………………………………………………20-23
11. Литература……………………………………………………………...…24

 

Введение.

 

      Литий относится к металлам главной подгруппы первой группы – эти металлы называют щелочными в связи с тем, что гидроксиды двух главных представителей этой группы  - натрия и калия – издавна были известны под названием щелочей. 

     Литий — наиболее легкий из всех элементов, существующих в твердом или жидком состоянии на земле. Свойства лития нашли свое отражение во многих областях науке, металлургии и ядерной энергетике, более подробно я опишу их в своем реферате. Простой по своему строению литий обладает рядом неожиданных свойств, позволяющих найти ему применение в самых разнообразных областях техники вплоть до техники ядерных процессов. Будучи одним из наиболее простых по строению элементов, литий способствует синтезу сложнейших органических соединений и полимерных молекул, инициируя реакции построения регулярных молекул полиэтилена и синтетических молекул типа натурального каучука. 

     Я в своем реферате хочу рассмотреть  литий. Может мне не удастся открыть  что-то новое, но я постараюсь собрать  материал по этому элементу и осветить его в своем реферате. 

 

     Общая характеристика лития. 

     ЛИТИЙ (лат. Lithium), Li, химический элемент с атомным номером 3, атомная масса 6,941. Химический символ Li читается так же, как и название самого элемента.  

     Литий встречается в природе в виде двух стабильных нуклидов ⁶Li (7,52% по массе) и ⁷Li (92,48%). В периодической системе Д. И. Менделеева литий расположен во втором периоде, группе IA и принадлежит к числу щелочных металлов. Конфигурация электронной оболочки нейтрального атома лития 1s²2s¹. В соединениях литий всегда проявляет степень окисления +1. Стандартный электродный потенциал Li/Li+ имеет наибольшее отрицательное значение (E°298 = –3,05 B) по сравнению со стандартными электродными потенциалами других металлов. Это обусловлено большой энергией гидратации маленького иона Li+, что значительно смещает равновесие в сторону ионизации металла [1]: 

     Li-твердый  <> Li+раствор + e– 

     Для слабо сольватирующих растворителей  значение электродного потенциала лития  соответствует его меньшей химической активности в ряду щелочных металлов. 

     В 1967 году литий - элемент Периодической  системы Д. И. Менделеева, стоящий  в таблице первым среди металлов, отмечал 150-летие со дня открытия. Свой юбилей металл встретил в расцвете сил: деятельность его в технике  интересна и многогранна. Тем  не менее специалисты считают, что элемент отнюдь не раскрыл еще полностью свои возможности, и предсказывают ему большое будущее. Но давайте совершим экскурс в прошлое столетие - заглянем в тихую лабораторию шведского химика Арфведсона. Итак: Швеция, 1817 год. 

     ...Вот уже который день ученый анализирует минерал петалит LiAl(Si4O10), найденный на руднике Уто близ Стокгольма. Снова и снова проверяет он результаты анализа, но каждый раз сумма всех компонентов оказывается равной 96%. Где же теряются 4%? А что, если...? Да, сомнений нет: в минерале содержится какой-то неизвестный доселе элемент. Арфведсон проводит опыт за опытом, и вот, наконец, цель достигнута: открыт новый щелочной металл. А поскольку, в отличие от своих близких «родственников» - калия и натрия, впервые обнаруженных в органических продуктах, новичок был найден в минерале, ученый решает назвать его литием («литеос» по-гречески - камень). 

     Вскоре  Арфведсон находит элемент и  в других минералах, а известный  шведский химик Берцелиус обнаруживает его в минеральных водах Карлс-бада и Мариенбада. Кстати, и в наши дни широкой известностью пользуются источники курорта Виши во Франции, которые благодаря присутствию солей лития обладают высокими бальнеологическими свойствами. 

     В 1855 году немецкому химику Бунзену  и независимо от него английскому физику Матиссену электролизом расплавленного хлорида лития удалось получить чистый литий. Он оказался мягким серебристо-белым металлом, почти вдвое легче воды. В этом отношении литий не знает конкурентов среди металлов: алюминий тяжелее его в 5 раз, железо—в 15, свинец—в 20, а осмий—в 40 раз [2]! 

     Литий – самый твердый из щелочных металлов. Литий реагирует с водой без плавления. Литий химически очень активен. Он способен взаимодействовать с кислородом (O) и азотом (N) воздуха при обычных условиях, поэтому на воздухе он быстро окисляется с образованием темного налета продуктов взаимодействия:

     4Li + O2 = 2Li2O, 

     6Li + N2 = 2Li3N

      

     Литий единственный щелочной металл, который  непосредственно взаимодействует  с углеродом, образуя карбид Li₂C₂ . Карбид лития при повышенной температуре снова разлагается на элементы. Литий также является единственным щелочным металлом, который взаимодействует с кремнием при нагревании, образуя силицид Li₆Si₂ . 

     Литий является переходным металлом, он похож на магний в некоторых случаях. Фторид, фосфат и карбонад лития в отличии от солей остальных элементов главной подгруппы первой группы обладают малой растворимость, чем они похожи на соли магния. Особенности присущие литию, объясняются в большей степени тем, что радиус его иона более близок к радиусу магния, чем к радиусу натрия [3]. 

 

Получение лития.

 

     Минералы  лития в зависимости от состава  разлагают H₂SO₄ (кислотный способ), или спеканием с СаО и СаСО₃ (щелочной способ), или обрабатывают K₂SO₄ (солевой способ), а затем выщелачивают водой, или обрабатывают СаСО₃ и СаСl₂ (щелочно-солевой способ). По первому методу получают раствор Li₂SO₄, который освобождают от примесей обработкой Са(ОН)₂ и Na₂CO₃. При выщелачивании спека водой при щелочном методе в раствор переходит LiOH, при солевом - Li₂SO₄, при щелочно-солевом - LiCl. Все эти методы, кроме щелочного, предусматривают получение готового продукта в виде Li2CO3, используемого непосредственно и служащего источником для синтеза других соединений лития. Металлический литий получают электролизом расплавлава смеси LiCl и КСl (или ВаСl2) с последующей очисткой от примесей вакуумной дистилляцией, ректификацией или зонной плавкой. Его также получают вакуум-термическим восстановлением LiAlO₂ алюминием при 13-66 Па и 1150-1200°С, Li₂O -кремнием или алюминием в присутствии СаО при 950-1000 °С и 0,1 Па, сподумена - ферросилицием в присутствии СаСО3 при 1050-1150 °С и 1,3-4,0 Па [4].

 

Физические свойства.

 

Атомная масса  ……………………………………………………6, 94

Плотность, г/см3 ……………..……………………………………0, 534

Температура, °С:

плавления ……………………………………………180

кипения ……………………………………………… 1340

Удельное электросопротивление при 0°С, ом . мм2/м  ….8, 55

при 20°С ……………….9, 29

при 100°С ……………12, 269

Коэффициент теплопроводности при 0°С,

кал/ (см . сек . град).........................................................................0, 17

Коэффициент линейного  расширения, 1/град………………..60 . 10-6

Удельная теплоёмкость при 0 — 100°С, кал/(г . град)  …….1, 09

Скрытая теплота  плавления, кал/г………………………..…..158

Теплота испарения, кал/г……………………………………….4680-5275

Давление истечения  при 20°С, кг/мм2 ………………………..1, 7

Модуль упругости, кг/мм2 ……………………………………….500

Предел прочности  при растяжении, кг/мм2 …...…………….11, 8

Относительное удлинение, % ………………………………...50-70 

Литий — серебристо-белый металл, мягкий и пластичный, твёрже натрия, но мягче свинца. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой. 

При комнатной  температуре металлический литий  имеет кубическую объёмноцентрированную  решётку (координационное число 8), которая при холодной обработке переходит в кубическую плотноупакованную решётку, где каждый атом, имеющий двойную кубооктаэдрическую координацию, окружён 12 другими. Ниже 78 К устойчивой кристаллической формой является гексагональная плотноупакованная структура, в которой каждый атом лития имеет 12 ближайших соседей, расположенных в вершинах кубооктаэдра. 

Из всех щелочных металлов литий характеризуется  самыми высокими температурами плавления  и кипения (180,54 и 1340 °C, соответственно), у него самая низкая плотность при комнатной температуре среди всех металлов (0,533 г/см³, почти в два раза меньше плотности воды). 

Маленькие размеры  атома лития приводят к появлению  особых свойств металла. Например, он смешивается с натрием только при температуре ниже 380° С  и не смешивается с расплавленными калием, рубидием и цезием, в то время как другие па́ры щелочных металлов смешиваются друг с другом в любых соотношениях [5].

 

Химические  свойства.

     Конфигурация  внешней электронной оболочки атома  Лития 2s1; во всех известных соединениях он одновалентен. При взаимодействии с кислородом или при нагревании на воздухе (горит голубым пламенем) Литий образует оксид Li2О (пероксид Li2O2 получается только косвенным путем). С водой реагирует менее энергично, чем другие щелочные металлы, при этом образуются гидрооксид LiOH и водород. Минеральные кислоты энергично растворяют Li (стоит первым в ряду напряжений, его нормальный электродный потенциал - 3,02 в).  

     Литий соединяется с галогенами (с иодом  при нагревании), образуя галогениды (важнейший - хлорид лития). При нагревании с серой Литий дает сульфид Li2S, а с водородом - гидрид лития. С азотом Литий медленно реагирует уже при комнатной температуре, энергично - при 250 °С с образованием нитрида Li2N. С фосфором Литий непосредственно не взаимодействует, но в специальных условиях могут быть получены фосфиды. Нагревание Лития с углеродом приводит к получению карбида Li2C2, скремнием- силицида Лития. Бинарные соединения Литий - Li2О, LiH, Li3N, Li2C2, LiCl и другие, а также LiOH весьма реакционноспособны; при нагревании или плавлении они разрушают многие металлы, фарфор, кварц и другие материалы. Карбонат, фторид LiF, фосфат Li3PO4 и другие соединения Лития по условиям образования и свойствам близки к соответствующим производным магния и кальция.  

     Литий образует многочисленные литийорганические  соединения, что определяет его большую  роль в органическом синтезе.  

     Литий - компонент многих сплавов. С некоторыми металлами (Mg, Zn, Al) он образует твердые  растворы значительной концентрации, со многими - интерметаллиды (LiAg, LiHg, LiMg2, LiAl и мн. других). Последние часто весьма тверды и тугоплавки, незначительно изменяются на воздухе; некоторые из них - полупроводники. Изучено ряд бинарных и тройных систем с участием Лития; соответствующие им сплавы уже нашли применение в технике [1].

 

Вычисление  энтальпий образования  перовскитоподобных литий-ионных проводников.

 

     Катион-проводящие проводники с высокой проводимостью (0,04-0,13 См/см) при повышенных температурах могут использоваться в качестве твердых электролитов в литиевых батареях. Перспективными Li-ионными твердыми электролитами являются соединения со структурой типа перовскита АВО₃, в особенности содержащие вакансии в кубооктаэдрической А-подрешетки. В структуре эти соединений имеются «окна» из четырех атомов кислорода, разделяющие соединения А-позиции, по которым могут мигрировать небольшие ионы Li⁺.