Литий
| Литий | ||||
|---|---|---|---|---|
| ← Гелий | Бериллий → | ||||
| ||||
| Внешний вид простого вещества | ||||
|
Образец лития |
||||
| Свойства атома | ||||
| Название, символ, номер | Ли́тий / Lithium (Li), 3 | |||
| Группа, период, блок |
1 (устар. IA), 2, s-элемент |
|||
| Атомная масса (молярная масса) |
[6,938; 6,997][комм 1][1] а. е. м. (г/моль) | |||
| Электронная конфигурация |
[He] 2s1 1s22s1 |
|||
| Радиус атома | 145[2] пм | |||
| Химические свойства | ||||
| Ковалентный радиус | 134[2] пм | |||
| Радиус иона | 76 (+1e)[3] пм | |||
| Электроотрицательность | 0,98 (шкала Полинга) | |||
| Электродный потенциал | -3,06 В | |||
| Степени окисления | 0, +1 | |||
| Энергия ионизации (первый электрон) |
519,9 (5,39) кДж/моль (эВ) | |||
| Термодинамические свойства простого вещества | ||||
| Плотность (при н. у.) | 0,534 г/см3 | |||
| Температура плавления | 453,69 K (180,54 °C, 356,97 °F) | |||
| Температура кипения | 1613 K (1339,85 °C, 2443,73 °F) | |||
| Мол. теплота плавления | 2,89 кДж/моль | |||
| Мол. теплота испарения | 148 кДж/моль | |||
| Молярная теплоёмкость | 24,86[4] Дж/(K·моль) | |||
| Молярный объём | 13,1 см3/моль | |||
| Кристаллическая решётка простого вещества | ||||
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированная | |||
| Параметры решётки | 3,490 Å | |||
| Температура Дебая | 400 K | |||
| Прочие характеристики | ||||
| Теплопроводность | (300 K) 84,8 Вт/(м·К) | |||
| Номер CAS | 7439-93-2 | |||
| Эмиссионный спектр | ||||
|
|
||||
| 3 | Литий
|
| 1s² 2s¹ | |
Ли́тий (химический символ — Li, от лат. Lithium) — химический элемент 1-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы первой группы, IA), второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 3. Щелочной металл.
Простое вещество литий — очень лёгкий (обладает наименьшей плотностью среди всех металлов — 0,534 г/см³), мягкий металл серебристо-белого цвета, окисляющийся на воздухе. Бурно реагирует с водой, образуя гидроксид лития и водород.
История и происхождение названия
[править | править код]Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом Иоганном Арфведсоном сначала в минерале петалите Li[AlSi4O10], а затем в сподумене 2LiAl[Si2O6] и в лепидолите K2Li3Al5[Si6O20](F,OH)4. Металлический литий впервые получил Гемфри Дэви в 1818 году[5].
Своё название литий получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (др.-греч. λίθος — камень). Первоначально назывался «литион», современное название было предложено Берцелиусом.
Физические свойства
[править | править код]Литий — серебристо-белый металл, мягкий и пластичный, твёрже натрия, но мягче свинца. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой[5].
При комнатной температуре металлический литий образует кристаллы кубической сингонии (объёмно-центрированная решётка), пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = 0,35021 нм, Z = 2, координационное число 8. Ниже 78 К устойчивой кристаллической формой является плотноупакованная структура гексагональной сингонии, пространственная группа P 63/mmc, параметры ячейки a = 0,3111 нм, c = 0,5093 нм, Z = 2; в ней 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[5] 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). Вследствие своей низкой плотности литий всплывает не только в воде, но и, например, в керосине[6].
Малые размеры атома лития приводят к появлению особых свойств металла. Например, он смешивается с натрием только при температуре ниже 380 °C и не смешивается с расплавленными калием, рубидием и цезием, в то время как другие па́ры щелочных металлов смешиваются друг с другом в любых соотношениях.

Химические свойства
[править | править код]Литий является щелочным металлом, однако относительно устойчив на воздухе. Литий является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) при комнатной температуре практически не реагирует. По этой причине литий является единственным щелочным металлом, который не хранят в керосине (к тому же плотность лития столь мала, что он будет в нём плавать); он может непродолжительное время храниться на воздухе.
Во влажном воздухе медленно реагирует с азотом и другими газами, находящимися в воздухе, превращаясь в нитрид Li3N, гидроксид LiOH и карбонат Li2CO3.
Поэтому длительно литий хранят в петролейном эфире, парафине, газолине и/или минеральном масле в герметически закрытых жестяных коробках.
В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li2O.
Интересная особенность лития в том, что в интервале температур от 100 °C до 300 °C он покрывается плотной оксидной плёнкой и в дальнейшем не окисляется. В отличие от остальных щелочных металлов, дающих стабильные надпероксиды и озониды, надпероксид и озонид лития — нестабильные соединения[7].
В 1818 году немецкий химик Леопольд Гмелин установил, что литий и его соли окрашивают пламя в карминово-красный цвет, это является качественным аналитическим признаком для определения лития.
Температура самовоспламенения находится в районе 300 °C. Продукты горения раздражают слизистую оболочку носоглотки.
Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и H2.
Реагирует также с абсолютным этиловым спиртом (с образованием этилата):
Этилат лития полностью разлагается водой, с образованием гидроксида лития и этилового спирта, аналогично гидролизуется этилат натрия.
Вступает в реакцию с водородом (при 500—700 °C) с образованием гидрида лития:
Реагирует с аммиаком при нагревании, при этом сначала образует амид лития (220 °C), а затем имид лития (400 °C):
Реагируя с галогенами (с иодом — только при нагревании, выше 200 °C) образует соответствующие галогениды:
При 130 °C реагирует с серой с образованием сульфида:
В вакууме при температуре выше 200 °C реагирует с углеродом (образуется ацетиленид):
При 600—700 °C литий реагирует с кремнием с образованием силицида:
Химически растворим в жидком аммиаке (−40 °C), образуется синий раствор.
В водном растворе ион лития имеет самый низкий стандартный электродный потенциал (−3,045 В) из-за малого размера и высокой степени гидратации иона лития.
Металлический литий вызывает ожоги при попадании на влажную кожу, слизистые оболочки и в глаза.
Нахождение в природе
[править | править код]Геохимия лития
[править | править код]Литий по геохимическим свойствам относится к крупноионным литофильным элементам, в числе которых калий, рубидий и цезий. Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 г/т, в морской воде — 0,17 мг/л[8].
Основные минералы лития — слюда лепидолит — KLi1,5Al1,5[Si3AlO10](F, OH)2 и сподумен — 2LiAl[Si2O6] либо Li2O·Al2O3·4SiO2. Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в широко распространённых породообразующих минералах.
Месторождения лития приурочены к редкометалльным гранитным интрузиям, в связи с которыми развиваются литиеносные пегматиты или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты — граниты с магматическим топазом, высоким содержанием фтора и воды и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в том числе и лития.
Другой тип месторождений лития — рассолы некоторых сильносолёных озёр и ставших солончаками древних озёр, благодаря растворимости в виде иона.
Изотопы лития
[править | править код]Природный литий состоит из двух стабильных изотопов: 6Li (7,5 %) и 7Li (92,5 %); в некоторых образцах лития изотопное соотношение может быть сильно нарушено вследствие природного или искусственного фракционирования изотопов. Это следует иметь в виду при точных химических опытах с использованием лития или его соединений. У лития известны 7 искусственных радиоактивных изотопов (4Li — 12Li) и два ядерных изомера (10m1Li и 10m2Li). Все они короткоживущи, наиболее устойчивый из них, 8Li, имеет период полураспада 0,8403 с. Экзотический изотоп 3Li (трипротон), по-видимому, не существует как связанная система.
7Li является одним из немногих изотопов, возникших при первичном нуклеосинтезе (то есть в период от 1 секунды до 3 минут после Большого Взрыва[9]) в количестве не более 10−9 от всех нуклидов первичного нуклеосинтеза[10][11]. Некоторое количество изотопа 6Li, как минимум в десять тысяч раз меньшее, чем 7Li, также образовано в первичном нуклеосинтезе[9].
Примерно в десять раз больше 7Li образовались в звёздном нуклеосинтезе. Литий является промежуточным продуктом на одном из путей протон-протонного цикла, являющегося основным источником энергии Солнца и других не слишком горячих звёзд главной последовательности. При высоких температурах литий-7, взаимодействуя с протонами, активно преобразуется в два ядра гелия-4[12][13] (через 8Be).
В космосе
[править | править код]Аномально высокое содержание лития наблюдается в звёздных образованиях, состоящих из красного гиганта (или сверхгиганта), внутри которого находится нейтронная звезда — объектах Ландау — Торна — Житков[14].
Также имеется большое количество звёзд-гигантов с необычно высоким содержанием лития, что объясняется попаданием лития в атмосферу звёзд при поглощении ими экзопланет-гигантов[15][16].
Получение
[править | править код]Исходным сырьём для лития служат два источника: минеральное сырьё (например, сподумен), а также солевые растворы из соляных озёр, богатые солями лития. В обоих случаях результатом работы является карбонат лития Li2CO3 (LCE). Большая часть добывается из естественных водных линз в толще соляных озёр, в насыщенных соляных растворах которых концентрируется хлорид лития. Раствор выкачивается и выпаривается на солнце, полученная смесь солей перерабатывается. Содержание лития в растворе колеблется от 0,01 % до 1 %. Также значительная доля добычи приходится на минеральное сырьё (например, минерал сподумен).
Сподумен (силикат лития и алюминия) можно перерабатывать несколькими способами[17]. Например, спеканием с сульфатом калия получают растворимый сульфат лития, который осаждают из раствора карбонатом натрия (кальцинированной содой):
Солевые растворы предварительно выпаривают. В солевых растворах содержится хлорид лития LiCl. Однако вместе с ним содержатся большие количества других хлоридов. Для увеличения концентрации лития из выпаренного раствора осаждают карбонат лития Li2CO3, например по схеме
В РФ разработан «бисульфатный процесс» получения карбоната лития из руды (сподумена) с использованием сульфата аммония[18][19][20].
- Получение металла
Металлический литий чаще всего получают электролизом расплава солей или восстановлением из оксида[21].
- Электролиз
При электролизе используется хлорид лития. Его получают из карбоната по схеме:
Поскольку температура плавления хлорида лития близка к температуре кипения лития, применяют эвтектическую смесь с хлоридом калия или бария, что понижает температуру расплава и позволяет избавиться от необходимости улавливать пары металла. Электролиз расплава ведут при 400—460 °C. Железные кожуха электролизных ванн футеруются материалами, устойчивыми к расплавленному электролиту. Анодом служат графитовые, а катодом — железные стержни. Расход электроэнергии до 14 кВт∙ч на 1 кг лития. На другом электроде получают газообразный хлор.
- Восстановление
Поскольку литий — активный металл, его восстановление из оксидов или галогенидов возможно только при немедленном удалении лития из зоны реакции. В противном случае невозможно сместить баланс реакции в нужную сторону. Литий удаляют из зоны реакции путём поддержания температур, при которых литий испаряется и покидает зону реакции в виде паров. Другие реагенты при этом должны оставаться в расплаве. Для восстановления используются кремний или алюминий, например:
- Рафинирование
Полученный литий очищают методом вакуумной дистилляции, последовательно выпаривая разные металлы из сплава при определённых температурах.
Месторождения
[править | править код]По данным Геологической службы США на 2023 год, выявленные ресурсы (недобытые запасы) лития во всем мире значительно выросли и составляют около 98 миллионов тонн; помимо этого примерно 26 млн тонн лития уже извлечено из месторождений и хранится по всему миру[22][23].
Основным центром добычи металла на сегодня является «Литиевый треугольник» в Южной Америке (на 2018 год содержал более 75% существующих известных запасов лития[24]), охватывающий территории Чили (Салар-де-Атакама), Боливии (Салар-де-Уюни) и Аргентины (Салар-де-Арисаро). Весь экспорт лития из Треугольника идёт через обогатительные предприятия чилийской SQM[англ.] и чилийский порт Антофагаста.
Месторождения лития, помимо «Литиевого треугольника», известны в Германии[25], США, Конго, Китае (озеро Чабьер-Цака), Бразилии, Сербии, Австралии[26][27], Афганистане. В сентябре 2023 сообщено об открытии в США (штаты Невада и Орегон) крупнейшего на тот момент месторождения: от 20 до 40 млн тонн лития [28]. В октябре 2025 года компания Neptune Energy обнародовала результаты независимой оценки запасов месторождения лития в регионе Альтмарк на севере федеральной земли Саксония-Анхальт, согласно которым разведанные запасы месторождения составляют 43 млн тонн эквивалента карбоната лития, что делает его одним из крупнейших проектных месторождений лития в мире[25].
В России большая часть запасов сосредоточена в редкометалльных (рудных) месторождениях Мурманской области (только в Колмозерском месторождении содержится почти 19 % всех запасов лития на территории России, на этом месторождении планируется добывать до 50 тыс тонн карбоната лития в год[29]).
Месторождения лития есть также в Дагестане, самые крупные из которых — Южно-Сухокумское, Тарумовское и Берикейское. В Южно-Сухокумском месторождении прогнозный объём производства соединений лития оценивается в 5-6 тыс. тонн в год и планируется рассмотреть возможность создания производства карбоната лития.
Также существуют месторождения в Восточной Сибири и Якутии[30]. На всех проектах добычи лития из руды к 2030 году в РФ планируют выпускать по 68 тыс. тонн карбоната лития.
Рассматривается возможность добычи карбоната лития из подземных рассолов нефтегазовых скважин[31][32]:
- Иркутская нефтяная компания (ИНК) планирует начать промышленную добычу лития из литийсодержащих попутных вод Ярактинского нефтегазоконденсатного месторождения в 2024 г. и выбирать порядка 1000 тонн карбоната лития в год[32].
- пилотный проект будет запущен Газпромом на Ковыткинском месторождении (Иркутская область) в 2025, себестоимость добычи прогнозируется меньше себестоимости добычи из руд в Мурманской области[33];
- аналитики «Выгон Консалтинг» отмечают, что подобная ресурсная литиевая база сосредоточена в Лено-Тунгусской нефтегазовой провинции, в Урало-Поволжье и на Северном Кавказе. Суммарно из нефтегазового конденсата в России можно добывать к 2030 г. 56 тыс. тонн, к 2035 до 206 тыс. тонн, а к 2040 397 тыс. тонн лития в год[32].
Геологоразведка продолжается и ежегодно разведанные запасы основных стран добычи лития растут, несмотря на увеличивающиеся объёмы добычи, на очереди оценка запасов лития в подземных рассолах нефтегазовых скважин. Так, в 2023 году в Иране сообщили об обнаружении в остане Хамадан первого в этой стране месторождения лития, запасы которого оцениваются в 8,5 млн тонн руды[34].
| Страна | Разведанные запасы, тыс тонн |
В разработке, тыс тонн |
Производство в 2024, тыс тонн |
|---|---|---|---|
| 23000 | 4000 | 18,0 | |
| 8900 | 7000 | 88,0 | |
| 60 | — | — | |
| 23000 | — | — | |
| 1300 | 390 | 10,0 | |
| 5700 | 1200 | 4,3 | |
| 11000 | 9300 | 49,0 | |
| 6800 | 3000 | 41,0 | |
| 1300 | — | — | |
| 3000 | — | — | |
| 55 | — | — | |
| 4000 | — | — | |
| 200 | — | — | |
| 5900 | — | — | |
| 45 | — | — | |
| 1200 | — | — | |
| 1700 | — | — | |
| 230 | 14 | 2,7 | |
| 1000 | — | — | |
| 270 | 60 | 0,38 | |
| 1000 | — | — | |
| 1200 | — | — | |
| 320 | — | — | |
| 14000 | 1800 | — | |
| 860 | 480 | 22,0 | |
| Другие страны | — | 2800 | — |
| Всего | 116000 | 30000 | 240,0 |
Добыча и производство
[править | править код]В основном литий используется в виде двух соединений — карбоната (Li2СО3) и гидроксида (LiOH), для удобства в экономической статистике используется карбонатный эквивалент.
Мировой рынок лития в основном состоит из американских, азиатских и австралийских производителей. Крупнейшими производителями соединений лития являются Albemarle Corporation[англ.] (Виргиния, США), Sociedad Quimica y Minera de Chile[англ.] (Чили), Tianqi Lithium, Ganfeng Lithium (КНР) и Livent[англ.] (Пенсильвания, США). Конкуренция на мировом литиевом рынке существует по качеству, ассортименту, надёжности поставок и дополнительным услугам покупателю (например, по утилизации использованных элементов питания)[36].
В России собственная добыча лития была полностью утрачена после распада СССР[37], но в 2017 году Россия запустила экспериментальную установку, позволяющую добывать литий из бедных руд с небольшими затратами[38]. В 2004 году 1 т карбонатного эквивалента стоила чуть больше 2 тыс. долл., к 2015 году цена выросла до 6 тыс. долл. В 2015 году в мире добыли 32,5 тыс. тонн лития и его соединений в пересчёте на металл[39]. Крупнейшие страны по добыче — Австралия, Чили и Аргентина.
По состоянию на конец 2007 — начало 2008 года, цены на металлический литий (чистота 99 %) составляли 6,3—6,6 тыс. долларов за 1 т. Цена в 2018 году составила 16,5 долларов за 1 кг[40].
В 2018 году спотовые цены достигли исторического максимума — 20 тыс. долл./т, после чего начали снижаться (по отрасли сильно ударил кризис, вызванный пандемией COVID-19).
В 2019 году добыли 315 тыс. тонн лития, цена на середину 2020 г. составляла $6750/т[41].
В апреле 2022 г. года стоимость LiOH на бирже достигала $86 600/т; в ноябре — $84,5 тыс./т, в декабре — $85 000/т, снижаясь с января 2023 г. и упав к маю на треть, до $41 300/т[42].
Спрос на литий начал расти с начала 2010-х годов, первотолчком в этом процессе стал спрос на ёмкие и лёгкие батареи к гаджетам (мобильным телефонам и т. п.). К процессу подключилась автомобильная отрасль, выпустившая гибридные автомобили (способных двигаться как при помощи ДВС, так и электромотора). Позднее спрос на литий стал разгоняться программой электрификации транспорта . Так, Евросоюз с его программой энергоперехода, предписывающей удалить легковые автомобили с рынка ТС к 2035 году, а грузовые — к 2050 г., подстегнул спрос, который на изделия с применением лития будет огромным и долгосрочным[43]. Потребление эквивалента карбоната лития с 2000 году по 2019 год увеличилось в 4 с лишним раза — с 68 тыс. т до 315 тыс. т (для сравнения, мировое потребление нефти за тот же период выросло менее чем на треть). Литиевая индустрия стала одной из самых быстрорастущих в области добычи полезных ископаемых. Максимальная стоимость этого металла была зафиксирована в апреле 2022 года — $86 600/т.
В 2022 г. производство лития выросло на 43 % (до 737 000 т), в сравнении с 2021 годом. Цены на него устойчиво снижались с января 2023 года: в декабре 2022 литий стоил $85 тыс./т, в январе цена опустилась до $83,8 тыс./т; к осени цены упали до минимума более чем за 1,5 года (до $33,15 тыс./т, за месяц подешевление на 23 %), это произошло на фоне резкого роста числа новых проектов добычи металла[44][45]. В 2024 г. цены на литий упали на 80 % (до $13,2 тыс./т), из-за падения спроса на электромобили в Китае (темпы роста электромобильного рынка замедлились на фоне экономической неопределенности и глобального роста процентных ставок)[46].
Применение
[править | править код]
Сплав сульфида лития и сульфида меди — эффективный полупроводник для термоэлектропреобразователей (ЭДС около 530 мкВ/К).
Из лития изготовляют аноды химических источников тока (аккумуляторов, например, литий-хлорных аккумуляторов) и гальванических элементов с твёрдым электролитом (например, литий-хромсеребряный, литий-висмутатный, литий-окисномедный, литий-двуокисномарганцевый, литий-иодсвинцовый, литий-иодный, литий-тионилхлоридный, литий-оксидванадиевый, литий-фторомедный, литий-двуокисносерный элементы), работающих на основе неводных жидких и твёрдых электролитов (тетрагидрофуран, пропиленкарбонат, метилформиат, ацетонитрил).
Кобальтат лития и молибдат лития показали лучшие эксплуатационные свойства и энергоёмкость в качестве положительного электрода литиевых аккумуляторов.
Гидроксид лития используется как один из компонентов щелочного электролита для аккумуляторов. Добавление гидроксида лития к электролиту тяговых железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых аккумуляторных батарей повышает их срок службы в 3 раза и ёмкость на 21 % (за счёт образования никелатов лития).
Алюминат лития — наиболее эффективный твёрдый электролит (наряду с цезий-бета-глинозёмом).
Монокристаллы фторида лития используются для изготовления высокоэффективных (КПД 80 %) лазеров на центрах окраски и для изготовления оптики с широкой спектральной полосой пропускания.
Перхлорат лития используют в качестве окислителя.
Сульфат лития используют в дефектоскопии.
Нитрат лития используют в пиротехнике для окрашивания огней в красный цвет[48].
Сплавы лития с серебром и золотом, а также медью являются очень эффективными припоями. Сплавы лития с магнием, скандием, медью, кадмием и алюминием — новые перспективные материалы в авиации и космонавтике (из-за своей лёгкости). На основе алюмината и силиката лития создана керамика, затвердевающая при комнатной температуре и используемая в военной технике, металлургии и, в перспективе, в термоядерной энергетике. Огромной прочностью обладает стекло на основе литий-алюминий-силиката, упрочняемого волокнами карбида кремния. Литий очень эффективно упрочняет сплавы свинца и придаёт им пластичность и стойкость против коррозии.
Триборат лития-цезия используется как оптический материал в радиоэлектронике. Кристаллические ниобат лития LiNbO3 и танталат лития LiTaO3 являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в нелинейной оптике, акустооптике и оптоэлектронике.
Литий также используется при наполнении осветительных газоразрядных металлогалогеновых ламп.
Гидроксид лития добавляют в электролит щелочных аккумуляторов для увеличения срока их службы.
Литий используют для улучшения кремниевых наносварных соединений в электронных компонентах электрических батарей и других устройств[49].
В чёрной и цветной металлургии литий используется для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов. Литий иногда применяется для восстановления методами металлотермии редких металлов.
- Металлургия алюминия
Карбонат лития является важнейшим вспомогательным веществом (добавляется в электролит) при выплавке алюминия, и его потребление растёт с каждым годом пропорционально объёму мировой добычи алюминия (расход карбоната лития 2,5—3,5 кг на тонну выплавляемого алюминия[50]).
Введение лития в систему легирования позволяет получить новые сплавы алюминия с высокой удельной прочностью.
Добавка лития снижает плотность сплава и повышает модуль упругости. При содержании лития до 1,8 % сплав имеет низкое сопротивление коррозии под напряжением, а при 1,9 % сплав не склонен к коррозионному растрескиванию. Увеличение содержания лития до 2,3 % способствует возрастанию вероятности образования рыхлот и трещин. Механические свойства при этом изменяются: пределы прочности и текучести возрастают, а пластические свойства снижаются.
Наиболее известны системы легирования Al-Mg-Li (пример — сплав 1420, применяемый для изготовления конструкций летательных аппаратов) и Al-Cu-Li (пример — сплав 1460, применяемый для изготовления ёмкостей для сжиженных газов).
Изотопы 6Li и 7Li обладают разными ядерными свойствами (сечение поглощения тепловых нейтронов, продукты реакций) и сфера их применения различна. Гафниат лития входит в состав специальной эмали, предназначенной для захоронения высокоактивных ядерных отходов, содержащих плутоний.
- Литий-6
Применяется в термоядерной энергетике и в производстве термоядерного оружия.
При облучении нуклида 6Li тепловыми нейтронами получается радиоактивный тритий 3H:
Благодаря этому литий-6 может применяться как замена радиоактивного, нестабильного и неудобного в обращении трития как в военных (термоядерное оружие), так и в мирных (управляемый термоядерный синтез) целях. В термоядерном оружии обычно применяется дейтерид лития-6 (6Li 2H)[51][52].
Перспективно также использование лития-6 для получения гелия-3 (через тритий) с целью дальнейшего использования в дейтерий-гелиевых термоядерных реакторах.
Разделение лития-6 и лития-7 практикуется с помощью ряда способов. В частности, до 1960-х годов использовался процесс COLEX[англ.] (от англ. column exchange — обмен в колонне), основанный на большей растворимости лития-6 в ртути[53][54]. Другие методы основаны на вакуумной дистилляции[55], на электромагнитном разделении, электрохимическом разделении и дистилляционной хроматографии[54]
- Литий-7
Образуется как побочный продукт при производстве лития-6. Применяется в ядерных реакторах[53]. Благодаря очень высокой удельной теплоёмкости и низкому сечению захвата тепловых нейтронов жидкий литий-7 (часто в виде сплава с натрием или цезием) служит эффективным теплоносителем. Фторид лития-7 в сплаве с фторидом бериллия (66 % LiF + 34 % BeF2) носит название «флайб» (FLiBe) и применяется как высокоэффективный теплоноситель и растворитель фторидов урана и тория в высокотемпературных жидкосолевых реакторах, а также для производства трития (который возникает в эндотермической ядерной реакции при облучении лития-7 быстрыми нейтронами с энергией выше 2,466 МэВ).
Соединения лития, обогащённые по изотопу лития-7 (точнее, обеднённые по литию-6 до 0,01 %, чтобы избежать наработки трития под действием тепловых нейтронов), применяются на некоторых типах водо-водяных ядерных реакторов (PWR) для поддержания водно-химического режима (7LiOH добавляется в воду первого контура для снижения коррозии трубопроводов, которая вызывается борной кислотой, добавляемой для управления реактивностью реактора), а также в деминерализаторах первого контура. Ежегодная потребность ядерной энергетики США оценивается в 200—300 кг, производством обладают лишь Россия и Китай, хотя в российских водо-водяных реакторах ВВЭР вместо гидроксида лития-7 используется гидроксид калия[53][56].
Высокогигроскопичные бромид LiBr и хлорид лития LiCl применяются для осушения воздуха и других газов.
Медицина
[править | править код]Соли лития (в основном, карбонат лития) обладают нормотимическими и другими лечебными свойствами. Поэтому они находят применение в психиатрии.
Стеарат лития («литиевое мыло») используется в качестве загустителя для получения пастообразных высокотемпературных смазок машин и механизмов. См. напр.: Литол, ЦИАТИМ-201. Третье по распространённости применение лития[57][58].
Регенерация кислорода в автономных аппаратах
[править | править код]Гидроксид лития LiOH, пероксид Li2O2 применяются для очистки воздуха от углекислого газа; при этом последнее соединение реагирует с выделением кислорода (например, 2Li2O2 + 2CO2 → 2Li2CO3 + O2), благодаря чему используется в изолирующих противогазах, в патронах для очистки воздуха на подлодках, на пилотируемых космических аппаратах и т. д.
Силикатная промышленность
[править | править код]Литий и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия фарфоровых изделий. Оксид лития используют как флюс при обработке кремнезёма, что снижает температуру плавления и вязкость материала. Это позволяет получать глазури с улучшенными физическими свойствами, включая низкие коэффициенты теплового расширения. Во всём мире это — один из основных видов использования соединений лития[59][60]. Глазури с оксидом лития используют в изготовлении печной посуды: обычно это карбонат лития, который при нагревании превращается в оксид[61].
Оптика
[править | править код]Фторид лития, искусственно выращенный в виде кристалла, чист и прозрачен, часто используют в специализированной оптике для ИК, УФ и ВУФ (вакуумного УФ). У него один из самых низких показателей преломления и самый дальний диапазон пропускания в «глубоком» ультрафиолете среди большинства распространенных материалов[62]. Мелкодисперсный порошок фторида лития использовался для термолюминесцентной дозиметрии (ТЛД): когда образец такого материала подвергается воздействию радиации, в нём накапливаются кристаллические дефекты, которые при нагревании раскрываются через выделение голубоватого света, интенсивность которого пропорциональна поглощенной дозе, что позволяет определить её количественно[63]. Фторид лития иногда используется в фокальных линзах телескопов[64][65].
Высокая нелинейность ниобата лития также делает его полезным в нелинейной оптике. Он широко используется в телекоммуникационных продуктах, таких как мобильные телефоны (более чем в 60 %) и оптические модуляторы, а также в компонентах (резонансные кристаллы)[66].
Прочие области применения
[править | править код]Соединения лития используются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической (изготовление косметики).
Весьма перспективно использовать литий в качестве наполнителя поплавка батискафов: этот металл имеет плотность, почти в два раза меньшую, чем вода (534 кг/м³), это значит, что один кубический метр лития может удерживать на плаву почти на 170 кг больше, чем один кубический метр бензина. Однако литий — щелочной металл, активно реагирующий с водой, следует каким-то образом надёжно разделить эти вещества, не допустить их контакта[67].
Металлический литий используется в качестве топлива в паротурбинной силовой установке американской малогабаритной глубоководной торпеды Mark 50. Продукты реакции лития с гексафторидом серы — фторид лития и чистая сера — твёрдые вещества, которые не нужно выбрасывать за борт, так что торпеда лишена демаскирующего пузырькового следа и не имеет потери мощности из-за подпора на выхлопе.
Биологическое значение лития
[править | править код]Основная статья: Литий в живых организмах
Микроэлемент
[править | править код]Литий в умеренных количествах необходим организму человека (порядка 100—200 мкг/день для взрослых). Преимущественно в организме литий находится в щитовидной железе, лимфоузлах, сердце, печени, лёгких, кишечнике, плазме крови, надпочечниках.
Литий принимает участие в важных процессах:
- участвует в углеводном и жировом обменах;
- поддерживает иммунную систему;
- предупреждает возникновение аллергии;
- снижает нервную возбудимость.
Препараты лития широко используются в терапии психических расстройств.
Выводится из организма литий преимущественно почками.
Примечания
[править | править код]Комментарии:
- ↑ Указан диапазон значений атомной массы в связи с различной распространённостью изотопов в природе.
Примечания:
- ↑ Meija J. et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2016. — Vol. 88, no. 3. — P. 265—291. — doi:10.1515/pac-2015-0305.
- ↑ 1 2 Size of lithium in several environments. WebElements. Дата обращения: 15 февраля 2014. Архивировано 27 марта 2014 года.
- ↑ atomic and ionic radius. Дата обращения: 14 февраля 2014. Архивировано 23 апреля 2015 года.
- ↑ Литий // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Даффа — Меди. — 671 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-035-5.
- ↑ 1 2 3 Литий // Казахстан. Национальная энциклопедия. — Алматы: Қазақ энциклопедиясы, 2005. — Т. III. — ISBN 9965-9746-4-0. (CC BY-SA 3.0)
- ↑ Книга рекордов Гиннесса для химических веществ
- ↑ Korber N., Jansen M. Ionic Ozonides of Lithium and Sodium: Circumventive Synthesis by Cation Exchange in Liquid Ammonia and Complexation by Cryptands (англ.) // Chemische Berichte[англ.]. — 1996. — Vol. 129, no. 7. — P. 773—777. — doi:10.1002/cber.19961290707.
- ↑ Riley J. P., Skirrow G. Chemical Oceanography (англ.). — 1965. — Vol. 1.
- ↑ 1 2 Fields B. D. The Primordial Lithium Problem (англ.) // Annual Reviews of Nuclear and Particle Science. — 2011. — Vol. 61. — P. 47—68. — doi:10.1146/annurev-nucl-102010-130445. — arXiv:1203.3551.
- ↑ Постнов К. А. Лекции по общей астрофизике для физиков. Дата обращения: 30 ноября 2013. Архивировано 23 августа 2011 года.; см Рис. 11.1
- ↑ Архивированная копия. Дата обращения: 13 ноября 2013. Архивировано 13 ноября 2013 года.
- ↑ Lecture 27: Stellar Nucleosynthesis Архивная копия от 28 мая 2015 на Wayback Machine // Университет Toledo — «The Destruction of Lithium in Young Convective Stars» slide 28
- ↑ Greg Ruchti, Lithium in the Cosmos Архивная копия от 4 марта 2016 на Wayback Machine — «Lithium is Fragile» slide 10
- ↑ Подтверждено существование сверхгиганта с нейтронной звездой внутри. Дата обращения: 15 марта 2016. Архивировано 16 марта 2016 года.
- ↑ Астрофизики разгадали литиевую тайну. Дата обращения: 20 марта 2016. Архивировано 21 марта 2016 года.
- ↑ Космос и жизнь. Литий. Дата обращения: 20 марта 2016. Архивировано 30 марта 2016 года.
- ↑ Обзор рынка лития и его соединений в СНГ. Дата обращения: 3 мая 2017. Архивировано 17 ноября 2017 года.
- ↑ Ресурсосберегающая технология извлечения лития из российского сырья на основе замкнутого бисульфатного цикла с полной рекуперацией используемых реагентов. Дата обращения: 3 июля 2023. Архивировано 3 июля 2023 года.
- ↑ «Полностью замкнутый химический цикл»: российские учёные создали экологически чистую технологию получения лития — РТ на русском. Дата обращения: 3 июля 2023. Архивировано 3 июля 2023 года.
- ↑ Технологический шанс русского лития (3 июля 2023) | Expert.ru. Дата обращения: 3 июля 2023. Архивировано 3 июля 2023 года.
- ↑ Получение металлического лития. Дата обращения: 20 апреля 2019. Архивировано 20 апреля 2019 года.
- ↑ Lithium Statistics and Information | U.S. Geological Survey (англ.). www.usgs.gov. Дата обращения: 1 мая 2023. Архивировано 1 мая 2023 года.
- ↑ Источник. Дата обращения: 1 мая 2023. Архивировано 3 мая 2023 года.
- ↑ The Lithium Triangle | Latin Trade (амер. англ.). latintrade.com. Дата обращения: 14 июля 2025. Архивировано 10 июня 2018 года.
- ↑ 1 2 Lithium production in the Altmark region generates potential gross value added of €6.4 billion (англ.). www.neptuneenergy.de (15 октября 2025). Дата обращения: 18 октября 2025.
- ↑ Lithium Resources and Production: a critical global assessment Архивная копия от 11 августа 2014 на Wayback Machine // CSIRO, 2010
- ↑ Lithium Архивная копия от 29 июля 2018 на Wayback Machine // USGS
- ↑ Крупнейшее в мире месторождение лития обнаружено в США От Investing.com
- ↑ СП Росатома и "Норникеля" подало заявку на аукцион на Колмозерское месторождение лития. TACC. Дата обращения: 1 мая 2023. Архивировано 1 мая 2023 года.
- ↑ В Дагестане переоценят запасы месторождений лития для организации его промышленной добычи 16.04.2022. Дата обращения: 21 апреля 2022. Архивировано 21 апреля 2022 года.
- ↑ ГЕОЭНЕРГЕТИКА ИНФО. Дзен | Блогерская платформа. Дата обращения: 1 мая 2023. Архивировано 1 мая 2023 года.
- ↑ 1 2 3 ИНК перенесла на два года начало первой в России промышленной добычи лития. Ведомости. Дата обращения: 1 мая 2023. Архивировано 1 мая 2023 года.
- ↑ Попутный литий. Коммерсантъ (25 апреля 2023). Дата обращения: 1 мая 2023. Архивировано 24 апреля 2023 года.
- ↑ В Иране открыли первое месторождение лития. Дата обращения: 1 марта 2023. Архивировано 1 марта 2023 года.
- ↑ Mineral Commodity Summaries 2025 (англ.). US Geological Survey (31 января 2025). Дата обращения: 30 мая 2025.
- ↑ Annual report 2020. Дата обращения: 16 мая 2021. Архивировано 16 мая 2021 года.
- ↑ на Украине осталось одно из крупнейших месторождений лития, на неподконтрольной Киеву части, в ДНР; на контролируемой территории имеются запасы лития в Кировоградской области — участки «Полоховское» и «Добрый» [1] Архивная копия от 5 февраля 2024 на Wayback Machine
- ↑ В России начата добыча лития и его соединений по разработанной дешевой технологии. НАУЧНАЯ РОССИЯ (11 мая 2017). Дата обращения: 3 декабря 2017. Архивировано 4 декабря 2017 года.
- ↑ Литий: сверхвозможности суперметалла. Дата обращения: 3 мая 2017. Архивировано 12 мая 2017 года.
- ↑ Архивированная копия. Дата обращения: 9 марта 2020. Архивировано 26 октября 2017 года.
- ↑ Настоящая новая нефть: почему рынок лития становится самым важным. Россия заинтересовалась месторождениями в Чили и Зимбабве Архивная копия от 2 мая 2021 на Wayback Machine // Известия, 22 сентября 2020
- ↑ Цены на литий с начала года упали вдвое. Аналитики допускают снижение стоимости металла ещё на 50 % Архивная копия от 2 июля 2023 на Wayback Machine //
- ↑ Россия выходит вперед в гонке за металл XXI века. «Росатом» начинает проект по добыче лития в Боливии Архивная копия от 2 июля 2023 на Wayback Machine // Взгляд, 30 июня 2023
- ↑ Цены на литий упали до минимума более чем за 1,5 года Архивная копия от 5 февраля 2024 на Wayback Machine // Ведомости, 29 августа 2023
- ↑ Цены на литий обвалились в пять раз Архивная копия от 5 февраля 2024 на Wayback Machine // BFM.ru, 30 ноября 2023
- ↑ FT: цены на литий упали на 80 % из-за падения спроса на электромобили в Китае Архивная копия от 5 февраля 2024 на Wayback Machine // ТАСС, 2024-01-25
- ↑ USGS (2011). Lithium (PDF). Архивировано (PDF) 9 июля 2017. Дата обращения: 3 ноября 2012.
- ↑ Inorganic Chemistry. — [Архивировано 19 января 2023 года.]
- ↑ Khim Karki, Eric Epstein, Jeong-Hyun Cho, Zheng Jia, Teng Li, S. Tom Picraux, Chunsheng Wang, John Cumings. Lithium-Assisted Electrochemical Welding in Silicon Nanowire Battery Electrodes // Nano Letters. — 2012. — № 12. — doi:10.1021/nl204063u. — Bibcode:2012NanoL..12.1392K.
- ↑ Кудрявцев П.Г. Литий: мировые запасы и преспективы применения // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». — 2016. — № 13—14. — С. 70. Архивировано 21 марта 2025 года.
- ↑ Термоядерная бомба и дейтерид лития. Троицкий вариант — Наука (24 ноября 2009). Дата обращения: 26 ноября 2024. Архивировано 1 декабря 2024 года.
- ↑ Владимир Решетов. Океан энергии. Вокруг света (17 июля 2006). Дата обращения: 26 ноября 2024. Архивировано 3 декабря 2024 года.
- ↑ 1 2 3 Managing Critical Isotopes: Stewardship of Lithium-7 Is Needed to Ensure a Stable Supply, GAO-13-716 Архивная копия от 20 января 2017 на Wayback Machine // U.S. Government Accountability Office, 19 September 2013; pdf Архивная копия от 14 октября 2017 на Wayback Machine
- ↑ 1 2 Badea S.-L., Niculescu V.-C., Iordache A.-M. New Trends in Separation Techniques of Lithium Isotopes: A Review of Chemical Separation Methods (англ.) // Materials. — 2023. — Vol. 16, iss. 10. — P. 3817. — doi:10.3390/ma16103817. — Bibcode:2023Mate...16.3817B. — PMID 37241444. — PMC 10222844.
- ↑ Katal'nikov S. G., Andreev B. M. The separation factor of lithium isotopes during vacuum distillation (англ.) // The Soviet Journal of Atomic Energy. — 1962. — Vol. 11, iss. 3. — P. 889–893. — doi:10.1007/BF01491187.
- ↑ PWR - литиевая угроза. ATOMINFO.RU. 23 октября 2013. Архивировано 20 июля 2015. Дата обращения: 29 декабря 2013.
- ↑ Fuels and Lubricants Handbook. — ASTM International. — 1088 с.
- ↑ Kenneth Boldt. Significance of Tests for Petroleum Products. — ASTM International, 1977. — 264 с.
- ↑ Worldwide Lithium Demand. www.fmclithium.com. Дата обращения: 14 июля 2025. Архивировано 7 сентября 2014 года.
- ↑ Lithium Statistics and Information | U.S. Geological Survey (англ.). www.usgs.gov. Дата обращения: 14 июля 2025.
- ↑ Compounds of the Group 1 elements. www.chemguide.co.uk. Дата обращения: 14 июля 2025. Архивировано 27 июня 2013 года.
- ↑ Philip C. D. Hobbs. Building Electro-Optical Systems: Making It all Work. — Wiley, 2009-07-06. — 1 с. — ISBN 978-0-470-46632-2.
- ↑ Maura Barone. Proceedings of the 7th International Conference on Advanced Technology & Particle Physics: (ICATPP-7) : Villa Olmo, Como, Italy, 15-19 October 2001. — World Scientific, 2002. — 864 с. — ISBN 978-981-238-180-4.
- ↑ Hammond, C. R. Hammond, C. R. / The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics (81st ed.). — CRC press, 2000. — ISBN 978-0-8493-0481-1.
- ↑ William M. Sinton. Infrared Spectroscopy of Planets and Stars // Applied Optics. — 1962. — Infrared Spectroscopy of Planets and Stars (№ 1). — С. 105—110. — doi:10.1364/AO.1.000105.
- ↑ You’ve got the power: the evolution of batteries and the future of fuel cells. nl.computers.toshiba-europe.com. Дата обращения: 17 июля 2025. Архивировано 14 апреля 2023 года.
- ↑ М. Н. Диомидов, А. Н. Дмитриев. Покорение глубин. — Ленинград: Судостроение, 1964. — С. 226—230. — 379 с.
Литература
[править | править код]- Плющев В. Е., Степин Б. Д. Химия и технология соединений лития, рубидия и цезия. — М.-Л.: Химия, 1970. — 407 с.
- Литий // Куна — Ломами. — М. : Советская энциклопедия, 1973. — С. 527—528. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 14).
