Літій (лат. Lithium), Li, хімічний елемент 1 групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 3, атомна маса 6,941, відноситься до лужним металам . Природний Л. складається з двох стабільних ізотопів — 6 Li (7,42%) і 7 Li (92,58%).
Л. був відкритий в 1817 шведським хіміком А. Арфведсоном в мінералі петаліте; назва від греч.(грецький) líthos — камінь. Металевий Л. вперше отриманий в 1818 англійським хіміком Р. Деві.
Поширення в природі. Л. — типовий елемент земної кори (вміст 3,2×10 -3 % по масі), він накопичується в найбільш пізніх продуктах диференціації магми — пегматітах. У мантії мало Л. — в ультраосновних породах всього 5×10 -3 % (у основних 1,5×10 -3 %, середніх — 2×10 -3 %, кислих 4×10 -3 %). Близькість іонних радіусів Li + , Fe 2+ і Mg 2+ дозволяє Л. входити в грати магнезійно-залізистих силікатів — піроксенов і амфіболов. У гранітоїдах він міститься у вигляді ізоморфної домішки в слюді. Лише у пегматітах і в біосфері відомо 28 самостійних мінералів Л. (силікати, фосфати і ін.). Всі вони рідкі (див. Літієві руди ). У біосфері Л. мігрує порівняно слабо, роль його в живій речовині менша, ніж останніх лужних металів. З вод він легко витягується глинами, його відносно мало в Світовому океані (1,5×10 -5 %). Промислові родовища Л. пов'язані як з магматичними породами (пегматіти, пневматоліти), так і з біосферою (солоні озера).
Фізичні і хімічні властивості. Компактний Л. — сріблисто-білий метал, що швидко покривається темно-сірим нальотом, що складається з нітриду Li 3 N і окисли Li 2 O. При звичайній температурі Л. кристалізується в кубічних об'емноцентрірованной гратах, а = 3,5098 . Атомний радіус 1,57, іонний радіус Li+ 0,68 . Нижче -195°С грати Л. гексагональна щільноупакована. Л. — найлегший метал; щільність 0,534 г/см 3 (20°С); t пл. 180,5°С, t кіп. 1317°С. Питома теплоємність (при 0—100°С) 3,31(103 дж/ ( кг ×К), тобто 0,790 кал/ ( г · град ) ; термічний коефіцієнт лінійного розширення 5,6×10 -5 . Питомий електричний опір (20°С) 9,29×10 -8 ом · м-код (9,29 мком · см ) ; температурний коефіцієнт електричного опору (0—100°С) 4,50×10 -3 . Л. парамагнітен. Метал вельми пластичний і в'язок, добре обробляється пресуванням і плющенням, легко протягується в дріт. Твердість по Моосу 0,6 (твердіше, ніж Na і До), легко ріжеться ножем. Тиск виділення (15—20°С) 17 Мн/м 2 (1,7 кгс/мм 2 ). Модуль пружності 5 Гн/м 2 (500 кгс/мм 2 ), межа міцності при розтягуванні 116 Мн/м 2 (11,8 кгс/мм 2 ), відносне подовження 50—70%. Пари Л. забарвлюють полум'я в карміново-червоний колір.
Конфігурація зовнішньої електронної оболонки атома Л. 2s 1 ; у всіх відомих з'єднаннях він одновалентний. При взаємодії з киснем або при нагріванні на повітрі (горить блакитним полум'ям) Л. утворює окисел Li 2 O (перекис Li 2 O 2 виходить лише непрямим дорогою). З водою реагує менш енергійно, чим ін. лужні метали, при цьому утворюються гідроокис LIOH і водень. Мінеральні кислоти енергійно розчиняють Li (стоїть першим у ряді напруги, його нормальний електродний потенціал — 3,02 в ).
Л. з'єднується з галогенами (з йодом при нагріванні), утворюючи галогеніди (найважливіший — літію хлорид ). При нагріванні з сіркою Л. дає сульфід Li 2 S, а з воднем — літію гідрид . З азотом Л. повільно реагує вже при кімнатній температурі, енергійно — при 250°С з утворенням нітриду Li 3 N. З фосфором Л. безпосередньо не взаємодіє, але в спеціальних умовах можуть бути отримані фосфіди Li 3 P, LIP, Li 2 P 2 . Нагрівання Л. з вуглецем приводить до здобуття карбіду Li 2 C 2 , з кремнієм — силіциду Л. Бінарниє з'єднання Л. — Li 2 O, LIH, Li 3 N, Li 2 C 2 , LICI і ін., а також LIOH вельми реакционноспособни; при нагріванні або плавленні вони руйнують багато металів, фарфор, кварц і ін. матеріали. Карбонат (див. Літію карбонат ), фторид LIF, фосфат Li 3 Po 4 і ін. з'єднання Л. за умовами освіти і властивостям близькі до відповідних похідних магнію і кальцію.
Л. — компонент багатьох сплавів. З деякими металами (Mg, Zn, Al) він утворює тверді розчини значної концентрації, з багатьма — інтерметалліди (Liag, Lihg, Limg 2 , Lial і мн.(багато) ін.). Останні часто вельми тверді і тугоплавкі, трохи змінюються на повітрі; деякі з них — напівпровідники. Вивчено більше 30 бінарних і ряд потрійних систем за участю Л.; відповідні ним сплави вже знайшли вживання в техніці.
Здобуття і вживання. З'єднання Л. виходять в результаті гідрометалургійної переробки концентратів — продуктів збагачення літієвих руд. Основний силікатний мінерал — сподумен переробляють по вапняному, сульфатному і сернокислотному методах. У основі першого — розкладання сподумена вапняком при 1150—1200°С:
Li 2 O×Al 2 O 3 ×4SiO 2 + 8caco 3 = Li 2 Oal 2 O 3 + 4(2cao×SiO 2 )+ 8co 2 .
При вилуговуванні спека водою у присутності надлишку винищити алюмінат Л. розкладається з утворенням гідроокису Л.:
Li 2 O×Al 2 O 3 + Ca(ВІН) 2 = 2lioh + Cao×Al 2 O 3 .
По сульфатному методу сподумен (і ін. алюмосилікати) спекают з сульфатом калія:
Li 2 O×Al 2 O 3 ×4SiO 2 + K 2 So 4 = Li 2 So 4 + K 2 O×Al 2 O 3 ×4SiO 2 .
Сульфат Л. розчиняють у воді і з його розчину содою облягають карбонат Л.:
Li 2 So 4 + Na 2 Co 3 = Li 2 Co 3 + Na 2 So 4 .
По сернокислотному методу також отримують спочатку розчин сульфату Л., а потім карбонат Л.; сподумен розкладають сірчаною кислотою при 250—300°С (реакція застосовна лише для b-модіфікації сподумена):
b-li 2 O×Al 2 O 3 ×4SiO 2 + H 2 So 4 = Li 2 So 4 + H 2 O×Al 2 O 3 ×4SiO 2 .
Метод використовується для переробки руд, незбагачених сподуменом, якщо вміст в них Li 2 O не менше 1%. Фосфатні мінерали Л. легко розкладаються кислотами, проте по новіших методах їх розкладають сумішшю гіпсу і винищити при 950—1050°С з подальшою водною обробкою спеков і осадженням з розчинів карбонату Л.
Металевий Л. отримують електролізом розплавленої суміші хлоридів Л. і калія при 400—460°С (вагове співвідношення компонентів 1:1). Електролізні ванни футеруются магнезитом, алундом, муллітом, тальком, графітом і ін. матеріалами, стійкими до розплавленого електроліту; анодом служать графітові, а катодом — залізні стрижні. Чорновий металевий Л. містить механічні включення і домішки (До, Mg, Ca, Al, Si, Fe, але головним чином Na). Включення віддаляються переплавкою, домішки — рафінуванням при зниженому тиску. В даний час велика увага приділяється металотермічним методам здобуття Л.
Найважливіша сфера застосування Л. — ядерна енергетика . Ізотоп 6 Li — єдине промислове джерело для виробництва тритію (див. Водень ) по реакції:
.
Перетини захвату теплових нейтронів (s) ізотопами Л. різко розрізняються: 6 Li 945, 7 Li 0,033; для природної суміші 67 (у барнах ); це поважно у зв'язку з технічним вживанням Л. — при виготовленні регулюючих стрижнів в системі захисту реакторів. Рідкий Л. (у вигляді ізотопу 7 Li) використовується як теплоносій в уранових реакторах. Розплавлений 7 LIF застосовується як розчинник з'єднань U і Th в гомогенних реакторах. Найбільшим споживачем з'єднань Л. є силікатна промисловість, в якій використовують мінерали Л., LIF, Li 2 Co 3 і багато спеціально отримуваних з'єднань. У чорній металургії Л., його з'єднання і сплави широко застосовують для розкислювання, легування і модифікування багатьох марок сплавів. У кольоровій металургії літієм обробляють сплави для здобуття хорошої структури, пластичності і високої межі міцності. Добре відомі алюмінієві сплави, що містять всього 0,1% Л., — аерон і ськлерон; окрім легкості, вони володіють високою міцністю, пластичністю, стійкістю проти корозії і дуже перспективні для авіабудування. Добавка 0,04% Л. до свинцево-кальцієвих підшипникових сплавів підвищує їх твердість і знижує тертя. З'єднання Л. використовуються для здобуття пластичних мастил . За значимістю в сучасній техніці Л. — один з найважливіших рідких елементів.
Ст Е. Плющев.
Літій в організмі. Л. постійно входить до складу живих організмів, проте його біологічна роль з'ясована недостатньо. Встановлено, що в рослин Л. підвищує стійкість до хвороб, підсилює фотохімічну активність хлоропластів в листі (томати) і синтез нікотину (тютюн). Здатність концентрувати Л. найсильніше виражена серед морських організмів в червоних і бурих водоростей, а серед наземних рослин — у представників сімейства Ranunculaceae (василістник, жовтець) і сімейства Solanaceae (дереза). В тваринних Л. концентрується головним чином в печінці і легенях.
Літ.: Плющев Ст Е., Степін Би. Д., Хімія і технологія з'єднань літію, рубідія і цезію, М., 1970; Ландольт П., Ситтіг М., Літій, в кн.: Довідник по рідких металах, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1965.
