литий - Lithium


Из Википедии, свободной энциклопедии

Литий,   3 Li
литий paraffin.jpg
Литий, плавающие в масле
литий
Произношение / Л ɪ & thetas ; я ə м / ( LITH -еЕ-əm )
Внешность серебристо-белый
Стандартный атомный вес г, станд (Li) [ 6,9386,997 ] обычный:  6,94
Литий в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
H

Li

Na
гелийлитиябериллий
Атомный номер ( Z ) 3
группа 1-я группа (щелочные металлы)
период период 2
блок S-блок
категория Элемент   щелочной металл
Электронная конфигурация [ Он ] 2s 1
Электроны в оболочке
2, 1
Физические свойства
Фаза на  STP твердый
Температура плавления 453,65  К (180,50 ° С, 356,90 ° F)
Точка кипения 1603 К (1330 ° С, 2426 ° F)
Плотность (около  к.т. ) 0,534 г / см 3
когда жидкость (при  тре ) 0,512 г / см 3
Критическая точка 3220 К, 67 МПа (экстраполировать)
Теплота плавления 3,00  кДж / моль
Теплота парообразования 136 кДж / моль
Молярная теплоемкость 24,860 Дж / (моль · К)
Давление газа
Р  (Па) 1 10 100 1 к 10 к 100 к
при  Т  (К) +797 +885 995 1144 1337 1610
Атомные свойства
Окислительные состояния +1 (сильно основной оксид)
Электроотрицательность Полинг шкала: 0,98
энергия ионизации
  • 1-й: 520,2 кДж / моль
  • 2-й: 7298,1 кДж / моль
  • Третий: 11815,0 кДж / моль
Радиус атома эмпирические: 152  м
радиус Ковалентного 128 ± 7 вечера
Ван-дер-Ваальса радиус 182 ч
Цвет линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии лития
Другие свойства
Естественное явление исконный
Кристальная структура объемно-центрированной кубической (ОЦК)
Объемно-центрированная структура кубического кристалла для лития
Скорость звука тонкого стержня 6000 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширение 46 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность 84,8 Вт / (м · К)
Электрическое сопротивление 92.8 nΩ · м (при 20 ° C)
Магнитное упорядочение парамагнитный
магнитная восприимчивость + 14,2 · 10 -6  см 3 / моль (298 К)
Модуль для младших 4,9 ГПа
Модуль сдвига 4,2 ГПа
объемный модуль 11 ГПа
твердость по Моосу 0.6
твердость по Бринеллю 5 МПа
Количество CAS 7439-93-2
история
открытие Арфведсон (1817)
Первая изоляция Уильям Томас Бранд (1821)
Основные изотопы лития
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
6 Li 5% стабильный
7 Li 95% стабильный
6 Содержание Li может быть столь же низким , как 3,75% в
природных образцах. 7 поэтому Li будет
иметь содержание до 96,25%.
| Рекомендации

Литий (от греческого : λίθος , . Транслитерированном  Lithos , лит  «камень») является химическим элементом с символом Li и атомным номером  3. Это мягкий, серебристо-белый щелочной металл . Под стандартных условиях , это самый легкий металл , и самый легкий элемент твердого вещества. Как и во всех щелочных металлов, литий обладает высокой реактивной и воспламеняется, и хранится в минеральном масле . Когда вырезать, он обладает металлическим блеском , но влажный воздух разъедает его быстро тусклый серебристо - серый, затем черный налет. Она никогда не встречается в природе свободно, но только в ионных (обычно) соединений , таких как пегматитовых минералов, которые были когда -то основным источником лития. Из - за его растворимость в качестве иона, он присутствует в воде океана и обычно получает из рассолов . Металлический литий выделяют электролитически из смеси хлорида лития и хлорида калия .

Ядро атома лития граничит с нестабильностью, поскольку два устойчивых литиевые изотопы , встречающиеся в природе имеют один из самых низких энергий связи на нуклон всех стабильных нуклидов . Из - за его относительной ядерной нестабильности, лития менее распространена в Солнечной системе , чем 25 из первых 32 химических элементов , даже если ее ядра очень легкие: это исключение к тенденции , что более тяжелые ядра являются менее распространенными. По причинам , связанным с литий имеет важное применение в ядерной физике . Превращение атомов лития в гелии в 1932 году был первым полностью техногенные ядерной реакции и лития дейтерид служит в качестве слитого топлива в поэтапных термоядерного оружия .

Литий и его соединения имеют несколько промышленных применений, в том числе термостойкого стекла и керамики , смазки литиевых смазок, флюсовых добавок для железа, стали и алюминиевого производства, литиевые батареи , и литий-ионных батарей . Эти виды использования потребляют более трех четвертей производства лития.

Литий присутствует в биологических системах , в следовых количествах; его функции являются неопределенными. Литиевые соли оказались полезными в качестве стабилизирующего настроения препарата в лечении биполярного расстройства у людей.

свойства

Атомные и физическое

Литиевые слитки с тонким слоем нитрида черного потускнения

Как и в других щелочных металлах , лития имеет один валентный электрон , который легко данный до формы катиона . Из - за этого, лития является хорошим проводником тепла и электричества, а также высокой реакционной способностью элемента, хотя это является наименее реактивной из щелочных металлов. Низкие реакционная способность Lithium происходит из - за близости его валентного электрона к его ядру (остальные два электрона находится в 1s орбитали , значительно ниже энергии, и не участвует в химических связях).

Литий - металл достаточно мягким , чтобы резать ножом. Когда вырезать, она обладает серебристо-белым цветом , который быстро изменяется до серого , как он окисляется до оксида лития . В то время как она имеет один из самых низких точек плавления среди всех металлов (180 ° C), он имеет самую высокую температуру плавления и кипения щелочных металлов.

Литий имеет очень низкую плотность (0,534 г / см 3 ), сравнимый с сосновой древесиной. Это наименее плотный из всех элементов , которые являются твердыми при комнатной температуре; следующий самый легкий элемент твердого вещества (калий, при 0,862 г / см 3 ) более чем на 60% более плотный. Кроме того, помимо гелия и водорода , он имеет меньшую плотность , чем любой жидкий элемент, будучи лишь две трети плотной , как жидкий азот (0,808 г / см 3 ). Литий может плавать на самых легких углеводородных масла и является одним из трех металлов , которые могут плавать на воду, два других натрий и калий .

Литий, плавающие в масле

Литиевой коэффициент теплового расширения вдвое больше , чем алюминий , и почти в четыре раза больше , чем железа . Литий является сверхпроводящим ниже 400 мкКа при нормальном давлении и при более высоких температурах (более 9 К) при очень высоких давлениях (> 20 ГПА). При температурах ниже 70 К, литий, как натрий, претерпевает бездиффузионное преобразование с изменением фазы . При 4,2 К она имеет ромбоэдрическую кристаллическую систему (с интервалом повторения с девять слоя); при более высоких температурах он превращается в гранецентрированной кубической , а затем объемно-центрированной кубической . При температуре жидкого гелия (4 К) ромбоэдрическая структура преобладает. Несколько аллотропных формы были определены для лития при высоких давлениях.

Литий имеет массу удельную теплоемкость 3,58 килоджоулей на килограмм-кельвин, самым высоким из всех твердых веществ. Из - за этого, металлический литий часто используются в охлаждающих жидкостях для передачи тепла приложений.


Химия и соединения

Литий реагирует с водой легко, но с заметно меньшей энергией , чем у других щелочных металлов. Реакции образуется водород газ и гидроксид лития в водном растворе. Из - за своей реакционной способности с водой, литий обычно хранится в углеводородном герметиком, часто вазелином . Хотя более тяжелые щелочные металлы могут быть сохранены в более плотных веществах, такие как минеральное масло , литий не является достаточно плотным , чтобы быть полностью погружен в этих жидкостях. В влажном воздухе, литий быстро тускнеет, образуя черное покрытие из гидроксида лития (LiOH и LiOH · H 2 O), нитрид лития (Li 3 N) , и карбонат лития (Li 2 СО 3 , в результате вторичной реакции между LiOH и СО 2 ).

Гексамерная структура н-бутиллитие фрагмента в кристалле

При помещении над пламенем, литиевые соединения испускают яркий малиновый цвета, но когда он горит сильно пламя становится блестящим серебром. Литий будет воспламеняться и гореть в кислороде при воздействии паров воды или воды. Литий является воспламеняется , и это потенциально взрывоопасной , когда подвергается воздействию воздуха и особенно воды, хотя и в меньшей степени , чем в других щелочных металлов . Реакцию лития-вода при нормальной температуре бойка , но ненасильственный , потому что водород , получаемый не воспламеняется сами по себе. Как и во всех щелочных металлах, литиевые пожары трудно тушить, требующие порошковые огнетушители ( Класс D типа). Литий является одним из немногих металлов , которые вступают в реакцию с азотом при нормальных условиях .

Литий имеет диагональную связь с магнием , элемент подобного атомного и ионного радиуса . Химические сходства между двумя металлами включают образование нитрида путем реакции с N 2 , образование оксида ( Li
2
O
) и пероксид (Li
2
O
2
) при сжигании в O2,солис аналогичнойрастворимостью, атермической нестабильностьюкарбонатови нитридов. Металл реагирует с газообразным водородом при высоких температурахчтобы произвестигидрид лития(LiH).

Другие известные бинарные соединения включают галогениды ( LiF , LiCl , LiBr , LiI ), сульфидные ( Li
2
S
),супероксид(LiO
2
) икарбид(Li
2
С
2
). Многие другие неорганические соединения известныв котором литий объединяется санионамис образованием солей:боратов,амиды,карбонат,нитратилиборгидрид(LiBH
4
). Алюмогидрид лития(LiAlH
4
) обычно используютсякачестве восстанавливающего агента в органическом синтезе.

Lihe , очень слабо взаимодействующих ван - дер - Ваальса соединение , было обнаружено при очень низких температурах.

Органическая химия

Несколько реагентов литийорганические известны , в которых имеется прямая связь между углеродными атомами и лития, фактически создавая карбанион . Это чрезвычайно мощные базы и нуклеофилы . Они также применяются в асимметричном синтезе в фармацевтической промышленности. Во многих из этих литийорганических соединений, ионы лития имеют тенденцию к агрегации в кластеры высокой симметрии самого по себе, который является относительно общим для щелочных катионов. Для лабораторного органического синтеза, многие литийорганические реагенты являются коммерчески доступными в форме раствора. Эти реагенты обладают высокой реакционной способностью , а иногда пирофорное.

Изотопы

Встречающиеся в природе литий состоит из двух стабильных изотопов , 6 Li и 7 Li, причем последний более обильные (92,5% естественное изобилие ). Оба природных изотопы имеют аномально низкие ядерную энергии связи на нуклон ( по сравнению с соседними элементами на периодической таблице , гелий и бериллий ); лития является единственным элементом с низким пронумерованный , который может производить чистую энергию за счет ядерного деления . Две литиевые ядра имеют более низкую энергию связи на нуклон , чем любые других стабильных , отличные от нуклидов дейтерия и гелия-3 . В результате этого, хотя очень легкий в атомном весе, лития менее распространена в Солнечной системе , чем 25 из первых 32 химических элементов. Семь радиоизотопов были охарактеризованы, наиболее стабильные будучи 8 Li с периодом полураспада 838 мс и 9 Li с периодом полураспада 178 мс. Все остальные радиоактивные изотопы имеют периоды полураспада, которые короче , чем 8,6 мс. Кратчайшего жил изотоп лития 4 Ли, который распадается через испусканием протонов и имеет период полураспада 7,6 × 10 -23 с.

7 Li является одним из изначальных элементов (или, точнее, первичные нуклидов ) , произведенные в Больших взрывах нуклеосинтеза . Небольшое количество как 6 Li и 7 Li производятся в звездах, но , как полагают, « сжигается » так быстро , как производится. Дополнительные небольшие количества лития как 6 Li и 7 Li может быть получены из солнечного ветра, космические лучи , ударяя более тяжелые атомы, и от ранней Солнечной системы 7 Be и 10 Be радиоактивного распада. В то время как литий создан в звездах во время звездного нуклеосинтеза , дополнительно сжигают. 7 Li также может быть получен в углеродных звездах .

Изотопы лития фракционирования , по существу , в ходе широкого спектра природных процессов, в том числе образования минералов (химическое осаждение), метаболизм , и ионный обмен . Ионы лития заменитель магния и железа в октаэдрических в глинистых минералов, где 6 Li предпочтительно 7 Li, что приводит к обогащению легкого изотопа в процессах гиперфильтрации и изменения пород. Экзотические 11 Ли , как известно, обладает ядерным гало . Процесс , известный как лазерного разделения изотопов могут быть использованы для разделения изотопов лития, в частности , 7 Li от 6 Li.

Производство ядерного оружия и другие применения ядерной физики являются основным источником искусственного фракционирования лития, с легким изотопом 6 Li будучи удерживаемой промышленностью и военных запасами до такой степени , что это вызвало небольшое , но измеримое изменение в 6 Li до 7 коэффициентов Li в природных источников, таких как реки. Это привело к необычной неопределенности в стандартизованном атомном весе лития, так как эта величина зависит от естественного содержания этих соотношений в природе стабильных изотопов литии, поскольку они доступны в коммерческом литии минеральных источников.

Оба стабильные изотопы лития может быть лазерным охлаждением и были использованы для создания первого квантового вырожденный Бозе - Ферми смеси.

Вхождение

Литий примерно так же часто , как хлор в верхней части континентальной земной коры , на основе каждого атома.

астрономический

Хотя он был синтезирован в Большом взрыве , лития (вместе с бериллием и бора), заметно меньше , в изобилии во Вселенной , чем другие элементы. Это является результатом сравнительно низких температур звездных необходимых для уничтожения лития, наряду с отсутствием общих процессов , чтобы произвести его.

Согласно современной космологической теории, литий-в обеих стабильных изотопах (литий-6 и литий-7) -был один из трех элементов , синтезированных в Большом взрыве. Хотя количество литии генерируется в больших взрывах нуклеосинтеза зависит от числа фотонов на барион , для принятых значений обилия лития может быть вычислено, и есть «космологическое Расхождение литии» во Вселенной: старые звезды , кажется, имеют меньше литии чем они должны, и некоторые молодые звезды имеют гораздо больше. Отсутствие лития в более старых звезд, по- видимому , вызванное «смешивания» лития в недрах звезд, где она разрушается, в то время как литий производится в более молодых звезд. Хотя это трансформирует в двух атомы гелия из - за столкновения с протоном при температурах выше 2,4 миллиона градусов по Цельсию (большинство звезд легко достичь этой температуры в их недрах), литий более обильный , чем текущие вычисления бы предсказать звезды позже поколение.

Нов Центавр 2013 является первым , в котором доказательство лития было обнаружено.

Литий также найден в коричневых карликах субзвездных объектов и определенных аномальных оранжевых звездах. Потому что литий присутствует в более холодных, менее массивных коричневых карликах, но разрушается в горячих красных карликовых звездах, его присутствие в спектрах звезд может быть использовано в „тесте литии“ , чтобы отличить эти два, поскольку оба меньше , чем Солнце , Некоторые оранжевые звезды могут также содержать высокую концентрацию лития. Те оранжевые звезды нашли , чтобы иметь более высокую , чем обычно концентрацию лития (например, Центавр Х-4 ) орбиты массивных объектов-нейтронных звезд или черных дыр, чьи силы тяжести , очевидно , тянет тяжелее лития к поверхности водородно-гелиевой звезды, вызывая больше лития которые должны соблюдаться.

земной

Хотя литий широко распространен на Земле, это , естественно , не происходит в элементарной форме из - за его высокой реакционной способности . Общее содержание лития морской воды очень велик и оценивается в 230 млрд тонн, в котором элемент существует при относительно постоянной концентрации от 0,14 до 0,25 частей на миллион (частей на миллион), или 25 микромолей ; более высокие концентрации приближается 7 частей на миллион находятся вблизи гидротермальных источников .

Оценки Земли земной коры диапазона содержани от 20 до 70 частей на миллион по весу. В соответствии со своим названием, литий образует небольшую часть изверженных пород , с наибольшими концентрациями в гранитах . Гранитные пегматиты также обеспечивают наибольшее обилие содержащих литий минералов, с сподумен и петалит являются наиболее коммерчески жизнеспособных источников. Еще одним важным минералом лития лепидолитовая , который в настоящее время является устаревшим название для ряда , образованного полилитионита и trilithionite. Более новый источник лития гекторитовая глина, единственное активное развитие которого через Western Lithium Corporation в Соединенных Штатах. При 20 мг на кг лития земной коры, лития 25 - й самый распространенный элемент.

В соответствии с Handbook лития и природного кальция , «Литий является сравнительно редкий элемент, хотя во многих пород и некоторых рассолов, но всегда в очень низких концентрациях. Есть довольно большое количество как литиевых минеральных и солевых отложений , но только сравнительно немногие из них имеют действительную или потенциальную коммерческую ценность. Многие из них очень малы, другие слишком низко в классе.»

Геологическая служба США оценивает , что в 2010 году в Чили были самыми большими запасами ФАП (7,5 млн тонн) , а самый высокий годовой объем производства (8,800 тонн). Одна из самых больших резервных баз литии находится в Салар - де - Уюни районе Боливии, который имеет 5,4 миллиона тонн. Другие крупные поставщики включают Австралию, Аргентину и Китай. По состоянию на 2015 г. Чешская Геологические рассмотрели все Рудные горы в Чехии провинции литии. Пять месторождений зарегистрированы, один возле Cínovec  [ CS ] рассматривается как потенциально экономного депозит, 160 000 тонн лития.

В июне 2010 года The New York Times сообщила , что американские геологи проводили наземные обследования на сухих соленых озер на западе Афганистана , полагая , что крупные залежи лития расположены там. «Представители Пентагона заявили , что их первоначальный анализ в одном месте , в провинции Газни показал потенциал для литиевых месторождений как крупные , как у Боливии, которая в настоящее время занимает первое место в мире разведанными запасами лития.» Эти оценки «основаны главным образом на старых данных, которая была собрана в основном Советами во время оккупации Афганистана 1979-1989 годов». Стивен Питерс, руководитель проекта Афганистан Minerals Геологической службы США, говорит , что он не знал о USGS участия в каких - либо новых съемочными полезных ископаемых в Афганистане в течение последних двух лет. "Мы не знаем ни открытия литии, сказал он«.

Лития ( «лития рассол») связана с оловянными районами добычи в Корнуолле , Англии и проект оценки от 400-метровой глубины испытаний скважин находится на рассмотрении. В случае успеха горячих рассолы также обеспечат геотермальную энергию для питания процесса экстракции литии и обогащения.

биологическая

Литий содержится в следовых количествах в многочисленных растений, планктона и беспозвоночных, при концентрациях 69 до 5760 частей на миллиард (частей на миллиард). У позвоночных концентрация несколько ниже, и почти все позвоночные ткани и жидкости организма содержат литий в диапазоне от 21 до 763 частей на миллиард. Морские организмы имеют тенденцию к биоаккумуляции лития больше, чем наземные организмы. Являются ли литий имеет физиологическую роль в любом из этих организмов неизвестно.

история

Арфведсон приписывают открытие лития в 1817 году

Петалита (LiAlSi 4 O 10 ) был обнаружен в 1800 году бразильский химик и государственный деятель Хосе Bonifácio де Андраде э Сильва в шахте на острове УТО , Швеция. Тем не менее, он не был до 1817 , что Арфведсон , затем работал в лаборатории химик Берцелиус , обнаруженного на присутствие нового элемента при анализе петалита руды. Этот элемент образован соединение , аналогичный натрия и калия , хотя его карбонат и гидроксид был менее растворимы в воде и менее щелочной . Берцелиус дал щелочной материал название « lithion / lithina », от греческого слова λιθoς (транслитерации , как Lithos , что означает «камень»), чтобы отразить его открытие в твердом минерале, в отличие от калия, который был обнаружен в растительном пепле , и натрий, который был известен отчасти из- за его высокой численности в крови животных. Он назвал металл внутри материала «лития».

Arfwedson позже показал , что этот же элемент присутствовал в минералах сподумена и лепидолите . В 1818 году Кристиан Гмелин был первым заметить , что соли лития дают ярко - красный цвет пламени. Тем не менее, как и Arfwedson Гмелин пытались и не удалось выделить чистый элемент из его солей. Он не был изолирован до 1821 года, когда Уильям Томас Бранд получил его путем электролиза из оксида лития , процесс , который ранее был использован в химик сэр Гемфри Дэви , чтобы изолировать металлы калий и натрий щелочи. Бранд также описаны некоторые чистые соли лития, такие как хлорид, и, оценивая , что Лития ( оксид лития ) содержит около 55% металла, по оценкам , атомный вес лития, составит около 9,8 г / моль (современное значение ~ 6,94 г / моль ). В 1855 году, большие количества лития были получены путем электролиза хлорида лития путем Роберта Бунзена и Аугустуса Matthiessen . 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 .

Производство и использование лития претерпело несколько резких изменений в истории. Первое крупное применение лития в условиях высокой температуры литиевых смазок для авиационных двигателей и других подобных приложений в Второй мировой войне и вскоре после этого . Это использование было подтверждаются тем фактом , что на основе лития мыла имеет более высокую температуру плавления , чем другие щелочные мыла, и в меньшей степени , чем коррозионные мыла на основе кальция. Небольшой спрос на мыло литии и консистентные смазки при поддержке несколько небольших горных работ, в основном , в США.

Спрос на литий резко возрос во время холодной войны с производством слитого ядерного оружия . Оба лития-6 и литий-7 производит тритий при облучении нейтронов, и, следовательно , пригодны для производства трития сам по себе, а также в виде твердого слитого топлива , используемого внутри водородных бомб в форме дейтерида лития . США стал главным производителем лития в период с конца 1950 - х годов до середины 1980 - х годов. В конце концов, запасы лития была примерно в 42 000 тонн гидроксида лития. Складированная лития истощена лития-6 на 75%, что было достаточно , чтобы повлиять на измеренный атомный вес лития во многих стандартных химических веществах, и даже атомный вес лития в некоторых «естественных источниках» ион лития , который был «загрязнено "от литиевых солей , сбрасываемых из разделения изотопов объектов, которые нашли свой путь в грунтовые воды.

Литий был использован для снижения температуры плавления стекла и улучшить поведение плавления оксида алюминия при использовании процесса Холла-Эру . Эти два варианта использования доминировали на рынке до середины 1990 - х годов. После окончания гонки ядерных вооружений , спрос на литий уменьшается , а продажа отдела энергетических запасов на открытом рынке дальнейшего снижения цен. В середине 1990 - х годов, несколько компаний начали добывать литий из рассола , который оказался менее дорогостоящим , чем вариант добычи подземным или открытым способом. Большинство шахт закрыто или переключил свое внимание на другие материалы , потому что только руда из зональных пегматитов может быть добыта по конкурентоспособной цене. Например, американские мины в районе Кингс - Маунтин , штат Северная Каролина закрыта до начала 21 - го века.

Развитие ионно-литиевых батарей увеличились спрос на литий и стало доминирующим использованием в 2007 году с всплеском спроса лития в батареях в 2000-х годах, новые компании расширили усилие добычи рассола для удовлетворения растущего спроса.

производство

alt1
alt2
Спутниковые образы Салар дель Hombre Muerto, Аргентина (слева) и Уюни , Боливия (справа), солончаки , которые богаты литием. Литий-богатый рассол концентрируют путем откачки его в солнечные пруды испарения (видимые на лев изображения).

Производство литий значительно увеличилось с конца Второй мировой войны . Металл отделен от других элементов в вулканических минералах . Металл получают путем электролиза из смеси 55% плавленого хлорида лития и 45% хлорида калия при температуре около 450 ° С.

По состоянию на 2015 года, большая часть производства лития в мире находится в Южной Америке, где литий-содержащего рассол, извлеченная из подземных бассейнов и сосредоточенная солнечного испарением. Стандартный метод экстракции для испарения воды из рассола. Каждая партия занимает от 18 до 24 месяцев.

В 1998 году цена лития была около 95 USD / кг (или 43 USD / фунт ).

резервы

Во всем мире , определенные резервы в 2018 году оцениваются Геологической службы США (USGS) на уровне 16 млн тонн , хотя точная оценка мировых запасов лития трудно. Одной из причин этого является то , что большинство схем классификации литии разработаны для твердых рудных месторождений, в то время как солевой раствор представляет собой жидкость , которая является проблематичной для лечения с одной и той же схемой классификации в связи с различными концентрациями и насосными эффектами. Мир, по оценкам, содержит около 15 миллионов тонн запасов литии, в то время как 65 миллионов тонн известных ресурсов являются обоснованными. В общей сложности 75% всего обычно можно найти в десятку крупнейших месторождений мира. В другом исследовании отмечено , что 83% геологических ресурсов лития расположены в шести рассола, два пегматите, и двух осадочных отложений.

Первые в мире 3 литиевых стран-производителях с 2016 года, как сообщила в Геологической службе США являются Австралия, Чили и Аргентина. Пересечение Чили , Боливия и Аргентина составляет область , известную как литиевая треугольник . Lithium треугольник известен своим высоким качеством соляных включая Боливии Салар - де - Уюни , Чили Салар - де - Атакама и Аргентины Салар де Arizaro . Литий треугольник , как полагают, содержат более 75% существующих известных запасов лития. Депозиты в Южной Америке на протяжении Анд горной цепи. Чили является ведущим производителем, а затем Аргентина. Обе страны восстановления лития из рассола бассейнов. По данным Геологической службы США, Боливии Уюни Пустынный имеет 5,4 миллиона тонн лития. Половина известные в мире запасы расположены в Боливии вдоль центральной части восточного склона Анд. В 2009 году Боливия переговоры с японскими, французскими и корейскими фирмами начать добычу.

Производство Lithium шахты (2017), запасы и ресурсы в тоннах в соответствии с USGS
Страна производство резервы Ресурсы
 Аргентина +5500 2000000 9800000
 Австралия 18700 2700000 5000000
 Австрия - - 50000
 Боливия - - 9000000
 Бразилия 200 48000 180000
 Канада 480 180000 1900000
 Чили 14100 7500000 8400000
 Чехия - - 840000
 ДР Конго - - 1000000
 Мали - - 200000
 Мексика - - 180000
 Китайская Народная Республика 3000 3200000 7000000
 Португалия 400 60000 100000
 Россия - - 1000000
 Сербия - - 1000000
 Испания - - 400000
 Соединенные Штаты 870 35000 6800000
 Зимбабве 1000 23000 500000
Всего в мире 43000 16000000 53,000,000+

В США, литий извлекает из рассола бассейнов в Неваде . Депозит открыт в 2013 году в Вайоминге Rock Springs Uplift оценкам содержит 228,000 тонн. Дополнительные вклады в той же формации, по оценкам, целых 18 миллионов тонн.

Мнения расходятся по поводу возможного роста. Исследование 2008 пришло к выводу , что «производство реально достижим карбонат лития будет достаточно лишь небольшой часть будущего PHEV и EV требованиям глобального рынка», что «спрос со стороны портативного сектора электроники будет поглощать большую часть запланированного увеличения объемов производства в следующем десятилетии» , и что «массовое производство карбоната литии не является экологически безопасным, он нанесет непоправимый экологический ущерб экосистемам , которые должны быть защищены , и что LiIon двигательным несовместим с понятием„Зеленый автомобиль“».

Согласно 2011 исследованию Национальной лаборатории Лоренса Беркли и Калифорнийского университета в Беркли , по оценкам , в настоящее время ресурсная база лития не должно быть ограничивающим фактором для крупномасштабного производства батарей для электрических транспортных средств , поскольку , по оценкам 1000000000 40 кВт литий-основе батареи могут быть построены с текущими запасами - около 10 кг литии на автомобиль. Еще 2011 исследование в Университете штата Мичиган и Ford Motor Company нашли достаточно ресурсов, чтобы поддерживать глобальный спрос до 2100 года , в том числе лития , необходимого для потенциального широкого использования транспорта. Исследование показало , глобальные запасы на 39 млн тонн, а общий спрос на литий в течение 90-летнего периода в годовом исчислении на 12-20 млн тонн, в зависимости от сценариев , касающихся экономического роста и темпы утилизации.

С 9 июня 2014 года Financialist заявил , что спрос на литий растет более чем на 12% в год. По данным Credit Suisse, этот показатель превышает прогнозируемую доступность на 25%. Издание по сравнению с ситуацией 2014 лития с нефтью, в результате чего «повышение цен на нефть стимулировало инвестиции в дорогих методов производства глубоководных и нефтеносных песков»; то есть, цена литии будет продолжать расти до более дорогих методов производства , которые могут повысить общий объем производства получить внимание инвесторов.

16 июля были обнаружены 2018. 2,5 млн тонн сортовых ресурсов литии и 124 млн фунтов урана ресурсов в Falchani жесткого рока месторождении в регионе Пу, Перу.

ценообразование

После финансового кризиса 2007 года , основные поставщики, такие как Sociedad Química у Minera (SQM), упал карбонат лития цены на 20%. Цены выросли в 2012 году 2012 Business Week статьи обрисовал олигополии в пространстве лития: «SQM, контролируемая миллиардером Хулио Понсе , является вторым по величине, после Роквуд , который при поддержке Генри Kravis в KKR & Co., и Филадельфии основанное FMC», с Talison упоминается как крупнейший производитель. Глобальное потребление может подскочить до 300000 метрических тонн в год к 2020 году около 150 000 тонн в 2012 году, чтобы соответствовать спрос на литиевых батареях , который растет около 25% в год, опережая 4% до 5% общего коэффициента усиления в производстве лития.

экстракция

Анализ извлечения лития из морской воды, опубликованное в 1975 году

Соли лития извлекаются из воды в минеральных источников , рассола бассейнов и насыщенным раствором соли отложений. Рассол раскопки, вероятно, единственная технология извлечения лития широко используется сегодня, как фактическая добыча руд лития намного дороже и были вытеснены с рынка.

Литий присутствует в морской воде, но до сих пор не разработаны коммерчески жизнеспособные методы экстракции.

Другой потенциальный источник лития является фильтратом из геотермальных скважин , которые переносятся на поверхность. Восстановление лития было продемонстрировано в данной области; лития отделяют простым фильтрованием. Затраты процесса и окружающей среды, в первую очередь тем из уже работает хорошо; чистые воздействия на окружающую среду таким образом , может быть положительным.

инвестиции

В настоящее время существует целый ряд вариантов, доступных на рынке, чтобы инвестировать в металле. При покупке физического запаса лития вряд ли возможно, инвесторы могут покупать акции компаний, занимающихся добычей лития и производства. Кроме того, инвесторы могут приобрести специальный литиево ETF предлагая подвергание группы товаропроизводителей.

Приложения

Оценки глобального лития используется в 2011 году (фото) и 2015 (цифры ниже)
  Керамика и стекло (32%)
  Батареи (35%)
  Консистентные смазки (9%)
  Непрерывное литье (5%)
  Очистка воздуха (5%)
  Полимеры (4%)
  Производство первичного алюминия (1%)
  Фармацевтические препараты (<1%)
  Другое (9%)

Керамика и стекло

Оксид лития широко используется в качестве потока для обработки диоксида кремния , снижая температуру плавления и вязкость материала и приводит к глазури с улучшенными физическими свойствами , в том числе с низким коэффициентом теплового расширения. Во всем мире, это один из самых больших для использования соединений лития. Глазури , содержащие оксиды лития используются для посуды. Карбонат лития (Li 2 СО 3 ) , как правило , используется в данной заявке , поскольку он превращается в оксид при нагревании.

Электротехника и электроника

В конце 20 - го века, литий стал важным компонентом электролитов батареи и электродов, из - за его высокий потенциал электрода . Из - за его низкой атомной массой , он имеет высокую зарядовой и соотношение мощности к весу. Типичная литий-ионная аккумуляторная батарея может генерировать около 3 вольт на клетку, по сравнению с 2,1 вольт для свинцово-кислотных и 1,5 вольт для цинк-углерод . Литий-ионные батареи, которые являются перезаряжаемыми и имеют высокую плотность энергии , отличаются от литиевых батарей , которые являются одноразовой ( первичной ) батареей , с литием или его соединениями в качестве анода . Другие аккумуляторные батареи , которые используют литий включают полимерную батарею литий-ионных , литий железа фосфат батареи , и нанопроволоки батарею .

Консистентные смазки

Третье Наиболее распространенное использование лития в смазках. Гидроксид литии является сильным основанием и, при нагревании с жиром, производит мыло , изготовленное из лития стеарата . Литий мыло обладает способностью сгущаться масла, и он используется для производства все-цели, высокотемпературный Консистентные смазки .

металлургия

Литий (например , как карбонат лития) используется в качестве добавки к непрерывной разливки шлаков флюса , где он увеличивает текучесть, с использованием которого составляет 5% от глобального использования лития (2011). Соединения лития также используются в качестве добавок (потоков) для литейного песка для литья железа , чтобы уменьшить прожилок.

Литий (как фторид литии ) используются в качестве добавки к алюминиевым заводам ( Холл-Эра процесс ), снижая температуру плавления и увеличивая электрическое сопротивление, с использованием которого составляет 3% от производства (2011).

При использовании в качестве флюса для сварки или пайки , металлический литий способствует плавлению металлов в ходе процесса и исключает формирование оксидов пути поглощения примесей. Сплавы металла с алюминием, кадмием , медью и марганцем используются для изготовления деталей самолетов высокой производительности (смотрите также литий-алюминиевые сплавы ).

Кремний нано-сварки

Литий был найден эффективным в содействии совершенствованию кремниевых нано-сварных швов в электронных компонентов для электрических батарей и других устройств.

Другие химические и промышленного применения

Использование литий в факелах и пиротехнических связанно с его розово-красным пламенем.

Пиротехника

Соединения лития используются в качестве пиротехнических красителей и окислителей в красных фейерверков и вспышек .

очистка воздуха

Хлорид лития и бромид лития являются гигроскопичными и могут быть использованы в качестве сиккативов для газовых потоков. Гидроксид лития и пероксид лития являются соли , используемые в самых труднодоступных местах, таких как на борту космического аппарата и подводных лодок , для удаления диоксида углерода и очистки воздуха. Гидроксид лития поглощает двуокись углерода из воздуха путем формирования карбоната лития, и является предпочтительным по сравнению с другими щелочными гидроксидами для своего малого веса.

Литий - пероксид (Li 2 O 2 ) в присутствии влаги не только реагирует с диоксидом углерода с образованием карбоната лития, но и высвобождает кислород. Реакция выглядит следующим образом :

2 Li 2 O 2 + 2 СО 2 → 2 Li 2 CO 3 + O 2 .

Некоторые из указанных выше соединений, а также перхлората лития , используются в кислородных свечей , которые поставляют подводные лодки с кислородом . Они также могут включать в себя небольшие количества бора , магний , алюминий , кремний , титан , марганец и железо .

оптика

Фторида лития , искусственно выращенный в кристалле , является чистым и прозрачным и часто используются в специализированной оптике для ИК , УФ и ВУФ ( вакуумных УФ ) приложений. Он имеет один из самых низких показателей преломления и дальнего диапазона передачи в глубоком УФ большинстве распространенных материалов. Мелко измельченный порошок фторида лития был использован для термолюминесцентной радиационной дозиметрии (TLD): когда образец таких подвергаются воздействию радиации, он накапливается кристаллическими дефектами , которые при нагревании, решить с помощью выпуска голубоватого света, интенсивность которого пропорционален поглощенной дозы , таким образом позволяя это быть количественно. Фторида лития иногда используется в фокальных объективов телескопов .

Высокая нелинейность ниобата литии также делает его полезным в нелинейных оптических применениях . Он широко используется в телекоммуникационных продуктах , такие как мобильные телефоны и оптические модуляторы , для таких компонентов , как резонансные кристаллы . Литиевые приложения используются в более чем 60% мобильных телефонов.

Органическая и химия полимеров

Литийорганические соединения широко используются в производстве полимеров и тонкой химии. В полимерной промышленности, которая является доминирующим потребителем этих реагентов, литийалкильное соединение являются катализаторы / инициаторы . в анионной полимеризации из нефункционализированных олефинов . Для производства тонкой химии, органические соединени функционировать в качестве сильных оснований и в качестве реагентов для образования углерод-углеродных связей . Литийорганические соединения получают из металлического лития и алкилгалогенидов.

Многие другие соединения лития используют в качестве реагентов для получения органических соединений. Некоторые популярные соединения включают литийалюминийгидрид (LiAlH 4 ), литийтриэтилборгидрид , н-бутиллития и трут-бутиллития обычно используются в качестве чрезвычайно сильных оснований , называемого супероснованием .

Военное применение

Металлический литий и его комплексные гидриды , такие как Li [AlH 4 ] , используются в качестве высокоэнергетических добавок к ракетным топливам . Гидрид лития алюминия , также может быть использован сам по себе в качестве твердого топлива .

Запуск торпеды с использованием лития в качестве топлива

Марк 50 торпеды хранится химическая энергия двигательной системы (SCEPS) использует небольшой бак гексафторида серы газа, который распыляется над блоком твердого лития. Реакция генерирует тепло, создавая пар для приведения в движение торпеды в замкнутом Ренкина цикла .

Гидрид лития , содержащий литий-6 используется в термоядерном оружии , где он служит в качестве топлива для стадии плавления бомбы.

ядерной

Литий-6 оцениваются в качестве исходного материала для трития производства и в качестве поглотителя нейтронов в ядерном синтезе . Природная лития содержит около 7,5% литии-6 , из которых большое количество лития-6 было произведено путем разделением изотопов для использования в ядерном оружии . Литий-7 получил интерес для использования в ядерных реакторах теплоносителей .

Литий дейтерид был использован в качестве топлива в замок Bravo ядерного устройства.

Литий и дейтерий был термоядерное топливо выбора в ранних версиях водородной бомбы . При облучении нейтронов , как 6 Li и 7 Li производят тритий - эта реакция, которая не была полностью изучена , когда водородные бомбы впервые были испытаны, была ответственной за беглый выход на замок Bravo ядерного испытания . Тритий соединяется с дейтерием в слитой реакции , которая является относительно легко достичь. Хотя детали остаются в секрете, литий-6 и дейтерий , по- видимому все еще играет важную роль в современных ядерных вооружениях в качестве термоядерного материала.

Фторида лития , когда сильно обогащен изотоп лития-7, образует основную составляющую фторида солевой смеси Лифшиц BEF 2 , используемой в жидких фторидных ядерных реакторах . Фторида лития является исключительно химически стабильными и LiF-BeF 2 смеси имеют низкую температуру плавления. Кроме того, 7 Li, Be, и F являются одними из немногих нуклидов с достаточно низких захвата тепловых нейтронов сечений не отравить реакции деления внутри реактора ядерного деления.

В концептуально (гипотетическом) ядерном синтезе энергетических установок, литий будет использоваться для производства трития в магнитном удержании реакторов с использованием дейтерия и трития в качестве топлива. Встречающиеся в природе тритий крайне редко, и должны быть получены синтетическим путем , окружая реагирующую плазму с «одеяле» , содержащего литий , где нейтроны из дейтерий-тритиевой реакции в плазме будет деления лития производить больше тритий:

6 Li + п → 4 He + 3 H.

Литий также используется в качестве источника альфа - частиц , или гелия ядер. Когда 7 Li бомбардировке ускоренными протонами 8 Be формируется, который претерпевает расщепление с образованием двух альфа - частиц. Этот подвиг, называется «расщепление атома» в то время, был первым полностью рукотворный ядерная реакция . Он был подготовлен Кокрофтом и Уолтон в 1932 году.

В 2013 году США подотчетности правительства говорит , дефицит лития-7 критических для работы 65 из 100 американских ядерных реакторов «ставит их способность продолжать обеспечивать электроэнергией на некоторый риск». Проблема связана с сокращением ядерной инфраструктуры США. Оборудование , необходимое для разделения лития-6 из лития-7 в основном холодная война остатки. США закрыли большую часть этого оборудования в 1963 году, когда он был огромным избыток отделенной литии, в основном , потребляемый в течение двадцатого века. В докладе говорится , что потребуется пять лет и $ 10 млн до $ 12 млн , чтобы восстановить способность отделить литий-6 из лития-7.

Реакторы , которые используют литий-7 тепла воды под высоким давлением и передача тепла через теплообменники, которые склонны к коррозии. Реакторы используют литий , чтобы противодействовать разрушительное действие борной кислоты , которую добавли ют к воде , чтобы поглотить избыток нейтронов.

Лекарственное средство

Литий является полезным при лечении биполярного расстройства . Литиевые соли могут быть также полезны для связанных диагнозов, таких как шизоаффективные и циклической большой депрессия . Активная часть этих солей является литий - ионный Li + . Они могут увеличить риск развития сердечной аномалии Эбштейна у детей , рожденных от женщин , которые принимают литий в течение первого триместра беременности.

Литий также был исследован в качестве возможного лечения кластерных головных болей .

Биологическая роль

Первичные источники питания лития являются зерновые и овощи, а также , в некоторых районах, питьевая вода также содержит значительные количества. Человек потребление варьируется в зависимости от места и питания.

Литий был впервые обнаружен в человеческих органах и тканях плода в конце 19-го века. У человека нет определенных заболеваний дефицита лития, но низкие потребление лития из водоснабжения были связаны с повышенной частотой самоубийств, убийств и ставки ареста за использование наркотиков и других преступлений. Биохимические механизмы действия лития, как представляется, многофакторным и intercorrelated с функциями нескольких ферментов, гормонов и витаминов, а также с ростом и трансформирующих факторов. Доказательства теперь, кажется, достаточно, чтобы принять лития как основные; временный RDA в 1000 мкг / дня предлагается для 70 кг взрослого.

Меры предосторожности

литий
опасности
СГС пиктограммы Пламени пиктограмма в глобальном уровне системы классификации и маркировки химических веществ (СГС)Коррозионная Пиктограмма в глобальном уровне системы классификации и маркировки химических веществ (СГС)
сигнальное слово СГС Опасность
H260 , H314
P223 , P231 + 232 , P280 , P305 + 351 + 338 , P370 + 378 , P422
NFPA 704
Flammability code 2: Must be moderately heated or exposed to relatively high ambient temperature before ignition can occur. Flash point between 38 and 93 °C (100 and 200 °F). E.g., diesel fuel Health code 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g., chlorine gas Reactivity code 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g., phosphorus Special hazard W: Reacts with water in an unusual or dangerous manner. E.g., cesium, sodiumNFPA 704 четыре цвета алмаза
2
3
2

Литий является коррозионным и требует специальной обработки , чтобы избежать контакта с кожей. Дыхание лития пыль или литиевые соединения (которые часто являются щелочные) изначально раздражают в нос и горло, в то время как выше воздействие может вызвать накопление жидкости в легких , что приводит к отеку легких . Сам металл представляет собой опасность обработки из - за контакта с влагой производит каустическую гидроксид лития. Литий надежно хранится в не-реактивных соединений , таких как нафта .

регулирование

Некоторые юрисдикции ограничивают продажу литиевых батарей , которые являются наиболее доступным источником лития для обычных потребителей. Литий может быть использован для уменьшения псевдоэфедрина и эфедрина к метамфетамин в восстановительном Birch методе, в котором использует растворы щелочных металлов , растворенных в безводном аммиаке .

Перевозка и пересылка некоторых видов литиевых аккумуляторов может быть запрещено на борту определенных видов транспорта ( в частности , самолетов) из - за способности большинства типов литиевых батарей полностью разрядить очень быстро , когда короткое замыкание , что приводит к перегреву и возможному взрыву в процессе называется тепловой пробой . Большинство потребителей литиевых батарей имеют встроенную защиту от тепловой перегрузки для предотвращения такого типа инцидента или иным образом предназначены для ограничения токов короткого замыкания. Внутренние шорты от производственного дефекта или физического повреждения могут привести к спонтанному тепловому пробою.

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

внешняя ссылка