Литий
Если бы была возможность создать мультик о спортивных состязаниях элементов, он оказался бы чрезвычайно забавным, хорошо отражающим характеры и привычки многих из них. На спортивной площадке состязания в полном разгаре, суета приличная, элементов много, но мы обратим внимание на некоторые из них. В соревнованиях по бегу на короткой дистанции устанавливает рекорд чрезвычайно активный фтор, так как за финишной чертой высится гора электронов, и он мчится быстрее всех, чтобы присоединить недостающий до октета внешний электрон и, наконец-то, превратиться в благородный элемент.
Водород, как самый легкий из всех участников устанавливает рекорды по прыжкам в высоту и в длину, ему не стоит особых усилий подпрыгнуть и перелететь к обозначенному месту. Вездесущий кислород занимает лидирующие позиции по умению налаживать контакты и связи со всеми участниками соревнований, он в курсе всех событий, первым узнает новости и результаты состязаний. Увесисто ступая, подходит к штанге тяжеловесный уран и в очередной раз устанавливает новый рекорд в сверхтяжелой весовой категории. А у входа на стадион одиноко сидит и плачет ртуть, так как никто ей не разрешает участвовать в играх из-за ее ядовитого характера. Вдали от спортивной суеты и беготни в секции ВИП восседают благородные, ленивые наблюдатели состязаний — инертные газы. Соревнования не завершены, они идут изо дня в день, но нетрудно предположить, что самое большое количество рекордов и медалей регулярно завоевывает скромный литий, на который, скорее всего, никто бы из зрителей не обратил внимания.
Литий обладает самым меньшим атомным весом среди всех известных нам металлов. По сути, только два элемента перед ним в таблице Менделеева- водород и гелий, легче, чем он. Но он то металл. Второй рекорд — его плотность, она в пятнадцать раз меньше , чем у железа, и вдвое меньше, чем у дерева. Морские суда, построенные из лития, обладали бы исключительной грузоподъемностью, если бы литий так активно не реагировал с водой. Литиевый автомобиль могли бы свободно поднять два подростка. Правда, такой автомобиль нужно было бы хранить в вакууме, так как этот металл энергично реагирует с главными составными частями воздуха- кислородом и азотом.
Третий рекорд лития- огромный диапазон между температурами плавления и кипения, почти 1200 градусов. Помните, у воды эта разница составляет 100 градусов. Четвертое и не последнее достижение – его общительность, умение договариваться и вступать в соединения со многими элементами, в том числе и с весьма инертными, такими как азот. К его достижениям мы еще вернемся, но и перечисленных достаточно, чтобы убедить вас в том, что он на спортивных и жизненных состязаниях не раз поднимался на высший пьедестал почета по праву.
В 1817 году шведский химик Август А́рфведсон анализируя достаточно редкий минерал петалит, обнаружил в нем неизвестный доселе элемент. Позже, его присутствие было найдено и в составе другой твердой каменистой породы — в сподумене. Поэтому новому элементу с порядковым номером три было даровано имя литий, что в переводе с греческого слова «литос» означает «камень». Первоначально назывался литион, современное название предложил шведский химик Якоб Берцелиус. Металлический литий впервые получил английский ученый Гэмфри Дэви в 1818 г.
Литий — серебристо-белый металл, самый легкий из всех существующих на Земле. Он энергично взаимодействует с водой, кислородом воздуха, поэтому хранить его непросто. Другие щелочные металлы защищены от окисления в керосине, для лития это не подходит, из-за малой плотности он в керосине не тонет. Поэтому приходится вплавлять его в кусок парафина или хранить в запаянных ампулах.
В природе лития, а точнее его соединений, достаточно много, около 0,02% от общего количества атомов земной коры. Самые крупные мировые месторождения твердых пород лития находятся в Австралии. Шахтный способ добычи этого металла на сегодня считается нерентабельным, хотя в послевоенный период — время холодной войны, это был главный способ извлечения руды еще и потому, что литиевые соединения тогда использовались для производства ядерного оружия. Но полностью от него не отказались, так как литий, получаемый из твердых пород, чище и его извлечение из соединений занимает меньше времени, а, следовательно, он дешевле.
Литий находится в виде соединений в насыщенных растворах соляных озер. В толще соляных отложений озера Серлс в Калифорнии обнаружили пустоты, заполненные насыщенным раствором соединений хлористого лития до 0,02%. Активная добыча этого металла из соляных озер ведется в так называемом литиевом треугольнике в Южной Америке, он охватывает территории Чили, Боливии и Аргентины. Помимо «литиевого треугольника», его месторождения разрабатываются практически на всех континентах.
Применение лития
Историки утверждают, что в древнем городе Эфесе, сейчас это территория Турции, существовали целебные источники, богатые соединениями лития, поэтому в современной литературе можно встретить понятие «литиевая» вода, относящиеся к этим источникам. В древности не существовало название «литий», не проводился тогда и химический анализ вод. Но люди, и особенно врачи древности, замечали удивительные
лечебные свойства этих минеральных источников. Известный древнегреческий врач Соран Эффеский (2 столетие н.э.), рекомендовал прием местных минеральных вод при лечении меланхолии и «мании», что
сейчас соответствует депрессиям, психозам. Современная практика подтвердила, что литий-это природный регулятор настроения. Жители Эфеса употребляя эту воду для питья или купания, получали микродозы
этого элемента, что действительно оказывало положительный эффект на психику человека. В те времена Эфес был огромным мегаполисом, многие жители страдали от стрессов, шума, неспокойной городской жизни.
Литиевая вода помогала расслабить нервную систему, справиться со стрессом, что и сделало Эфес не только торговым центром в те времена, но и курортным городом. Соли лития — психотропные вещества, положительное влияние которых на нервную систему было подтверждено лишь в середине XX века.
Широкое промышленное использование лития ведет отсчет с 1923 года. В этот период началось производство банметалла- сплава на основе свинца с добавлением десятых долей процента лития. Эти минимальные добавки повышали прочность сплава, необходимого для производства железнодорожных подшипников. С этого начала свой триумфальный путь металлургия лития. При добавлении 10% лития к магнию, новый сплав получался прочнее и легче, чем чистый магний. Не менее известный склерон – сплав на основе алюминия с добавкой всего 0,1% лития. Без вмешательства лития алюминий теряет прочность и твердость — так необходимые ему, особенно в области авиации.
Литиевые соли стеариновой и пальмитиновой кислот являются отличным смазочным материалом, сохраняющим свои свойства в большом интервале температур: от — 50 до 150 градусов. Литиевые смазочные материалы позволяют осваивать в условиях критически низких температур Антарктиду, помогая технике выполнять свою работу.
В годы Второй мировой войны стратегическим материалом стал гидрид лития – бесцветные кристаллы, приобретающие при хранении голубоватую окраску. Из всех гидридов щелочных и щелочноземельных металлов это соединение – самое устойчивое, традиционно использовалось как источник водорода. Для этого необходимо обеспечить контакт гидрида с водой. Из одного килограмма этого соединения можно получить 2800 литров водорода,т.е. –литиевый гидрид- своеобразная портативная упаковка
водорода, необходимая для заполнения аэростатов и спасательного снаряжения .
Главная область применения гидрида лития до недавнего времени – термоядерные процессы. К большому сожалению, это соединение внесло вклад в создание ядерного оружия. Точнее, дейтерид лития — соединение
лития с дейтерием — тяжелым водородом, который является основой заряда водородных бомб. При срабатывании уранового или плутониевого запала происходит интенсивный нагрев, что дает толчок к началу ядерной реакции, в ходе которой литий и дейтерий, соединяясь друг с другом, превращаются в гелий. Эта реакция высвобождает колоссальное количество энергии. Жаль, очень жаль, что дары природы люди используют во вред себе и другим.
В 60 годы 20 столетия стал быстро расти спрос на гидроксид лития. Как оказалось, добавка этого вещества к электролиту щелочных аккумуляторов примерно на одну пятую увеличивает их емкость и в 2…3 раза – срок
службы.
Соединения лития применяются в керамике для приготовления глазурей и эмалей, а в стекольном производстве они необходимы для получения «опаловых» стекол и фильтров, пропускающих ультрафиолетовые лучи. Опаловое стекло — отличается от обычного непрозрачностью или полупрозрачностью, а главное, молочно-белым цветом, напоминающим камень опал. Эти стекла использовались в телевизионной технике в осветительных системах для студий. Опаловое стекло необходимо для создания мягкого рассеивающего света, не создающего резких теней на лицах ведущих, а также объектах съемки. Кроме этого, этот вид стекла способен выдерживать высокий нагрев от мощных осветительных ламп.
В подводных лодках и космических кораблях соединения лития используются для очистки воздуха от углекислого газа. Пиротехника не обходится без этого металла и его соединений, обеспечивая красное
окрашивание огней.
На данном историческом этапе потребность в литии существенно возросла благодаря его применению в производстве литий-ионных источников питания. В 70-е годы 20 столетия была предложена конструкция
аккумулятора с литиевым электродом. Но литий весьма активный металл, в связи с этим литиевые электроды, а точнее аккумуляторы, большой популярности не приобрели. И только создание литий-ионной батареи сдвинуло процесс с мертвой точки. Первоначально литиевые источники питания использовались в медицине, например, литиевые батарейки, приводившие в действие кардиостимуляторы. Срок службы этих источников питания при создаваемом ими напряжении в 3 вольта составляет 10 и более лет. Привычные источники питания с выходным напряжение в 1.5 вольта, как правило, перезаряжаемые, используются для питания смартфонов, плееров, планшетов, пульсометров и шагомеров. Современный вариант с анодом из графита и катодом из кобальтита лития изобрел в 1991 году японский химик, изобретатель Акира Ёсино.
Первый литий-ионный аккумулятор по его патенту выпустила корпорация Sony в 1991 году. Но все таки первоначально идея создания литиевых аккумуляторов была высказана раньше в 1970 году британско-американским химиком Майклом Стэнли Уиттингемом. А спустя десять лет в 1980 году и американским химиком Джоном Баннистером Гуденафом. Уиттингем, Гуденаф и Ёсино получили Нобелевскую премию по химии в 2019 году с формулировкой «За создание литий-ионных батарей». Сейчас их изготавливают десятками и сотнями миллионов в год. Они надежные, легкие, обладают большим запасом электроэнергии, можно с уверенностью сказать, что именно это изобретение обеспечило бурное развитие мобильной электроники на современном этапе.
Литий содержится во многих растениях, например в бурых и красных водорослях, в наземных растениях в сравнительно больших количествах находится в лютике, татарнике, табаке.
Петр Рейнгольдович Таубе, Евгений Иванович Руденко «От водорода до…..»
hij.ru, факты и фактики Литий: факты и фактики А. Мотыляев «Химия и жизнь»,2017 №7
