Большая Советская Энциклопедия (ЛИ)

  Физические и химические свойства. Компактный Л. — серебристо-белый металл, быстро покрывающийся тёмно-серым налётом, состоящим из нитрида Li₃N и окиси Li₂O. При обычной температуре Л. кристаллизуется в кубической объёмноцентрированной решётке, а = 3,5098 . Атомный радиус 1,57 , ионный радиус Li+ 0,68 . Ниже -195°С решётка Л. гексагональная плотноупакованная. Л. — самый лёгкий металл; плотность 0,534 г/см³ (20°С); t_пл. 180,5°С, t_kип. 1317°С. Удельная теплоёмкость (при 0—100°С) 3,31(103 дж/(кг×К), т. е. 0,790 кал/(г·град); термический коэффициент линейного расширения 5,6×10^-5. Удельное электрическое сопротивление (20°С) 9,29×10^-8ом·м (9,29 мком·см); температурный коэффициент электрического сопротивления (0—100°С) 4,50×10^-3. Л. парамагнитен. Металл весьма пластичен и вязок, хорошо обрабатывается прессованием и прокаткой, легко протягивается в проволоку. Твёрдость по Моосу 0,6 (твёрже, чем Na и К), легко режется ножом. Давление истечения (15—20°С) 17 Мн/м² (1,7 кгс/мм²). Модуль упругости 5 Гн/м² (500 кгс/мм²), предел прочности при растяжении 116 Мн/м² (11,8 кгс/мм²), относительное удлинение 50—70%. Пары Л. окрашивают пламя в карминово-красный цвет.

  Конфигурация внешней электронной оболочки атома Л. 2s¹; во всех известных соединениях он одновалентен. При взаимодействии с кислородом или при нагревании на воздухе (горит голубым пламенем) Л. образует окись Li₂O (перекись Li₂O₂ получается только косвенным путём). С водой реагирует менее энергично, чем др. щелочные металлы, при этом образуются гидроокись LiOH и водород. Минеральные кислоты энергично растворяют Li (стоит первым в ряду напряжений, его нормальный электродный потенциал — 3,02 в).

  Л. соединяется с галогенами (с йодом при нагревании), образуя галогениды (важнейший — лития хлорид). При нагревании с серой Л. даёт сульфид Li₂S, а с водородом — лития гидрид. С азотом Л. медленно реагирует уже при комнатной температуре, энергично — при 250°С с образованием нитрида Li₃N. С фосфором Л. непосредственно не взаимодействует, но в специальных условиях могут быть получены фосфиды Li₃P, LiP, Li₂P₂. Нагревание Л. с углеродом приводит к получению карбида Li₂C₂, с кремнием — силицида Л. Бинарные соединения Л. — Li₂O, LiH, Li₃N, Li₂C₂, LiCI и др., a также LiOH весьма реакционноспособны; при нагревании или плавлении они разрушают многие металлы, фарфор, кварц и др. материалы. Карбонат (см. Лития карбонат), фторид LiF, фосфат Li₃PO₄ и др. соединения Л. по условиям образования и свойствам близки к соответствующим производным магния и кальция.

  Л. образует многочисленные литийорганические соединения, что определяет его большую роль в органическом синтезе.

  Л. — компонент многих сплавов. С некоторыми металлами (Mg, Zn, Al) он образует твёрдые растворы значительной концентрации, со многими — интерметаллиды (LiAg, LiHg, LiMg₂, LiAl и мн. др.). Последние часто весьма тверды и тугоплавки, незначительно изменяются на воздухе; некоторые из них — полупроводники. Изучено более 30 бинарных и ряд тройных систем с участием Л.; соответствующие им сплавы уже нашли применение в технике.

  Получение и применение. Соединения Л. получаются в результате гидрометаллургической переработки концентратов — продуктов обогащения литиевых руд. Основной силикатный минерал — сподумен перерабатывают по известковому, сульфатному и сернокислотному методам. В основе первого — разложение сподумена известняком при 1150—1200°С:

  Li₂O×Al₂O₃×4SiO₂ + 8CaCO₃ = Li₂OAl₂O₃ + 4(2CaO×SiO₂) + 8CO₂.

  При выщелачивании спека водой в присутствии избытка извести алюминат Л. разлагается с образованием гидроокиси Л.:

  Li₂O×Al₂O₃ + Ca(OH)₂ = 2LiOH + CaO×Al₂O₃.

  По сульфатному методу сподумен (и др. алюмосиликаты) спекают с сульфатом калия:

  Li₂O×Al₂O₃×4SiO₂ + K₂SO₄ = Li₂SO₄ + K₂O×Al₂O₃×4SiO₂.

  Сульфат Л. растворяют в воде и из его раствора содой осаждают карбонат Л.:

  Li₂SO₄ + Na₂CO₃ = Li₂CO₃ + Na₂SO₄.

  По сернокислотному методу также получают сначала раствор сульфата Л., а затем карбонат Л.; сподумен разлагают серной кислотой при 250—300°С (реакция применима только для b-модификации сподумена):

  b-Li₂O×Al₂O₃×4SiO₂ + H₂SO₄ = Li₂SO₄ + H₂O×Al₂O₃×4SiO₂.

  Метод используется для переработки руд, необогащённых сподуменом, если содержание в них Li₂O не менее 1%. Фосфатные минералы Л. легко разлагаются кислотами, однако по более новым методам их разлагают смесью гипса и извести при 950—1050°С с последующей водной обработкой спеков и осаждением из растворов карбоната Л.

  Металлический Л. получают электролизом расплавленной смеси хлоридов Л. и калия при 400—460°С (весовое соотношение компонентов 1:1). Электролизные ванны футеруются магнезитом, алундом, муллитом, тальком, графитом и др. материалами, устойчивыми к расплавленному электролиту; анодом служат графитовые, а катодом — железные стержни. Черновой металлический Л. содержит механические включения и примеси (К, Mg, Ca, Al, Si, Fe, но главным образом Na). Включения удаляются переплавкой, примеси — рафинированием при пониженном давлении. В настоящее время большое внимание уделяется металлотермическим методам получения Л.

  Важнейшая область применения Л. — ядерная энергетика. Изотоп ⁶Li — единственный промышленный источник для производства трития (см. Водород) по реакции:

  .

  Сечения захвата тепловых нейтронов (s) изотопами Л. резко различаются: ⁶Li 945, ⁷Li 0,033; для естественной смеси 67 (в барнах); это важно в связи с техническим применением Л. — при изготовлении регулирующих стержней в системе защиты реакторов. Жидкий Л. (в виде изотопа ⁷Li) используется в качестве теплоносителя в урановых реакторах. Расплавленный ⁷LiF применяется как растворитель соединений U и Th в гомогенных реакторах. Крупнейшим потребителем соединений Л. является силикатная промышленность, в которой используют минералы Л., LiF, Li₂CO₃ и многие специально получаемые соединения. В чёрной металлургии Л., его соединения и сплавы широко применяют для раскисления, легирования и модифицирования многих марок сплавов. В цветной металлургии литием обрабатывают сплавы для получения хорошей структуры, пластичности и высокого предела прочности. Хорошо известны алюминиевые сплавы, содержащие всего 0,1% Л., — аэрон и склерон; помимо лёгкости, они обладают высокой прочностью, пластичностью, стойкостью против коррозии и очень перспективны для авиастроения. Добавка 0,04% Л. к свинцово-кальциевым подшипниковым сплавам повышает их твёрдость и понижает трение. Соединения Л. используются для получения пластичных смазок. По значимости в современной технике Л. — один из важнейших редких элементов.