Литий
Группа веществ: Катионы

Li⁺

Ион лития - химического элемента 1-й группы периодической системы Менделеева.

Литий (от греч. lithos - камень; лат. Lithium) Li, относится к щелочным металлам, атомный номер 3, атомная масса 6,941. Состоит из двух стабильных изотопов ⁶Li (7,52%) и ⁷Li (92,48%), для которых поперечное сечение захвата тепловых нейтронов составляет соответственно 9,45·10^-26м² и 3,3·10^-30м² (для природной смеси изотопов 6,7 - 7,1·10^-27 м²). Конфигурация внешней электронной оболочки 2s1; степень окисления +1; энергия ионизации Li⁰ -> Li⁺ 5,39178 эВ; сродство к электрону 0,591 эВ; электроотрицательность по Полингу 0,95; атомный радиус 0,157 нм, ионный радиус Li⁺ (в скобках приведены координационные числа) 0,073 нм (4), 0,090 нм (6), 0,106 нм (8).

Содержание лития в земной коре 6,5·10^-3% по массе. Основные минералы: сподумен LiAl[Si₂O₆], лепидолит KLi_1,5Al_1,5[Si₃AlO₁₀](F,OH)₂ и петалит (Li,Na)[Si₄AlO₁₀]. Перспективные источники сырья для производства лития - межзернистая рапа соленосных отложений (41% мировых экзогенных запасов) и подземные воды (до 10 мг/л). Общие запасы Li₂O в недрах и водах зарубежных стран, кроме вод Мирового океана, составляют ок. 24 млн. т.

Свойства. Литий - серебристо-белый металл. Выше -193°С существует модификация с кубической объемноцентрированной решеткой, а = 0.350 нм, z = 2, пространственная группа Im3m, плотность 0,533 г/см , ниже -193°С она переходит в гексагoнальную плотноупакованную форму, а = 0,308 нм, с = 0,482 нм, z = 2, пространственная группа Р6₃/ттс. t пл. 180,54 °С, t кип. 1340°С; С⁰_p 24,86 Дж/(моль·K); ΔH⁰_пл 3,0 кДж/моль, ΔH⁰_возг 159,3 кДж/моль (298,15 К); S⁰₂₉₈ 29,12 Дж/(моль·К); теплопроводность 246,0 Вт/(м·К) при 0°С и 172,2 Вт/(м·К) при 427°С; ρ 8,12 мкОм·см при 0°С и 25,55 мкОм·см при 227°С; парамагнетик, магнитная восприимчивость +1,42·10^-5; γ 0,3983 Н/м при 181°С и 0,3778 Н/м при 327°С; η 5,307·10^-4 Па·с при 227°С и 3,584·10^-4 Па·с при 427°С, температурный коэффициент линейного расширения 5,9·10^-5 К^-1, объемного расширения 9,2·10^-8 К^-1 (273-451 К).

Литий - мягкий и пластичный металл, может обрабатываться прессованием и прокаткой; твердость по Бринеллю 7850 Па, модуль упругости 4,9 ГПа, σ_раст 1,16 МПа. Многие химические реакции лития протекают менее энергично, чем у других щелочных металлов. С совершенно сухим воздухом он практически не реагирует при комнатной температуре и окисляется в нём только при нагревании. Во влажном воздухе образует преимущественно Li₃N, при влажности воздуха более 80% - LiOH и Li₂CO₃. С сухим О₂ при комнатной температуре не реагирует, при нагревании горит голубым пламенем с образованием Li₂O; для чистого лития t всп. 640°С. С водой реагирует, давая LiOH и выделяя Н₂ без плавления и вспышки; расплав лития при контакте с водой взрывается. Литий непосредственно соединяется с F₂, Сl₂ и Вr₂, а при нагревании и с I₂. С разбавленными кислотами взаимодействует бурно, давая соли и выделяя Н₂. В жидком NH₃ растворяется, образуя синий раствор с металлической проводимостью. В этом растворе литий медленно реагирует с NH₃ (катализатором служит влага) с выделением Н₂ и образованием LiNH₂. С Н₂ при 500 °С дает лития гидрид LiH, при небольшом нагревании в токе сухого N₂ - нитрид Li₃N, с расплавленной S - сульфид Li₂S, при нагреве в токе С₂Н₂ или С₂Н₄ - карбид Li₂C₂. Литий легко сплавляется почти со всеми металлами и хорошо растворим в ртути. С Mg, Zn и Аl образует твердые растворы, с Ag, Hg, Mg, Zn, Tl, Al, Pb, Bi и др. - интерметаллиды (например, LiAg, LiHg, LiMg₂, Li₂Zn₃).

Амид LiNH₂ - 6ecцветные кристаллы, с тетрагональная решеткой; t пл. 430 °С; плотность 1,178 г/см³ (17,5°С); с водой образует LiOH и NH₃, с кислотами - соли лития и аммония; во влажном воздухе медленно гидролизуется, при нагревании до 450°С переходит в Li₂NH с выделением NH₃. Применяется как катализатор.

Нитрид Li₃N - зеленовато-черные кристаллы с гексагональной решёткой (а = 0,366 нм, с = 0,388 нм, z = 1, пространственная группа P/6mmm); t пл. 813°С; плотность 1,38 г/см³; С⁰_p 75,2 Дж/(моль·К); ΔH⁰_обр -164,0 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 62,6 Дж/(моль·К); энергично взаимодействие с водой с образованием LiOH и NH₃; при нагревании в среде Н₂ переходит в LiH с выделением NH₃.

Сульфид Li₂S - зеленовато-желтые кристаллы с кубической решеткой (а = 0,571 нм, z = 4, пространственная группа Fm3m); t пл. 1370°С; плотность 1,63 г/см³; ΔH⁰_обр -447,3 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 62,8 Дж/(моль·К); О₂, Н₂О₂, КСlO₃, РbО₂ и др. окисляют Li₂S при 300 °С до Li₂SO₄; с Н₂ не взаимодействует даже при высокой температуре; водой легко гидролизуется.