Литий

[править] Литература

  • Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Малая горная энциклопедия. В 3-х т. / Под ред. В. С. Белецкого. — Донецк: Донбасс, 2004. — ISBN 966-7804-14-3

Электрохимический ряд активности металлов

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2,W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au


Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
                             
H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Uue Ubn Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh  
Щелочные металлы Щёлочноземельные металлы Лантаноиды Актиноиды Суперактиноиды Переходные металлы Другие металлы Полуметаллы Другие неметаллы Галогены Благородные газы Свойства неизвестны

История открытия и изучения

Первый образец металлического лития был получен благодаря работе Гемфри Дэви. С помощью электрического тока он разложил расплав гидроксида этого щелочного металла. Через некоторое время Леопольд Гмелин проэкспериментировал с литиевосодержащими солями. Он смог выявить, что они окрашивают пламя в темный цвет.

Основная заслуга в открытии нового химического элемента и росте его популярности принадлежит Иоганну Августу. В 1817 году он нашел новое вещество в составе петалита, алюмосиликата. Через некоторое время литий нашли и в других минеральных образованиях. Такое название он получил из-за того, что впервые был найден в камнях. Название камня по гречески — «литос».

Петалит (Фото: Instagram / lopatkin_oleg)

Как добыча влияет на природу

Для выпаривания литиевых рассолов требуется огромное количество воды. Например, чтобы добыть одну тонну металла, нужно израсходовать почти 2 млн литров!

Проблема в том, что большинство известных месторождений богатого литием рассола находятся в засушливых высокогорьях на границе Боливии, Чили и Аргентины. Здесь же расположено самое сухое место на планете — пустыня Атакама, где с 2000 по 2015 годы было выбрано на 21% больше воды, чем поступило сюда естественным путем — в виде дождевых или талых вод.

На резервуары с рассолом воды хватает, а пастбища и поля зерновых остаются обезвоженными. При этом чилийские фермеры рассказывают, что до прихода добывающих компаний в регионе не было перебоев с водоснабжением.

Салар-де-Уюни. Боливия. Фото: Sifan Liu, unsplash.com

Недовольны добычей лития и португальцы, хотя запасов металла там немного – около 60 тыс. тонн. Зимой 2020 года жители района Ботикас, который имеет статус объекта всемирного сельскохозяйственного наследия, вышли на митинг против добычи лития. В результате правительство начало подготовку законопроекта о добыче полезных ископаемых, который ужесточит правила получения лицензий на добычу лития. При этом министр экономики Португалии Педро Сиза Виейра заверил, что при добыче металла «будут соблюдаться самые высокие экологические стандарты и применяться ответственные социальные методы».

Еще одна проблема – возможная утечка химических веществ в систему водоснабжения. Такое несколько раз происходило на юго-западе Китая. В 2013 году жители города Тагонга обнаружили в реке Лици мертвую рыбу, обвинив производителя лития в загрязнении воды. Власти приостановили работу шахты, но весной 2016 добыча продолжилась.

Сферы применения

Используется при изготовлении:

  1. Термоэлектропреобразователей.
  2. Высокоэффективных лазеров.
  3. Пиротехники. С его помощью окрашивают пламя фейерверков в красный цвет.
  4. Припоев.
  5. Металлогалогеновых ламп, щелочных аккумуляторов.
  6. Смазочных материалов.
  7. Стекла, покрытий для фарфоровых изделий.

Основные сферы применения:

  • ядерная энергетика;
  • металлургия;
  • медицина.

Плюсы и минусы литиевых батарей

Эти аккумуляторы и батареи просты в эксплуатации, они постоянно готовы к эксплуатации.

Литиевые источники тока

Достоинства Недостатки
Хороший ресурс эксплуатации (до 10 лет) Взрывоопасны при нарушении герметичности корпуса
Запас циклов зарядки-разрядки более 1000 Срок службы зависит от времени работы (не от количества циклов зарядка-разрядка)
Нет «эффекта памяти» (батареи можно регулярно подзаряжать) Работает в ограниченном температурном диапазоне (от -20 до +50оС)
Легкий вес Высокая цена

К сведению: Нобелевская премия по химии присуждена за литийионные батареи.

Изменение цен на литий (спотовые цены)

Спотовые цены на карбонат лития в Китае снизились примерно с $11 600 за тонну в начале года до $ 7300 за тонну в декабре. Для крупных фиксированных контрактов средняя годовая цена карбоната лития в США в 2019 году составила $13 000 за метрическую тонну, что на 24% меньше, чем в 2018 году.
Спотовые цены на гидроксид лития в Китае снизились примерно с $15 500 за тонну в начале года до $ 8000 за тонну в декабре.
Спотовые цены на металлический литий (99,9% Li) в Китае снизились примерно со 120 000 долларов за тонну в начале года до 82 000 долларов за тонну в декабре.

Вследствие перепроизводства и снижения цены, несколько крупных производителей отложили планы по расширению мощностей.

В тоже время, стабильность и безопасность поставок лития стала главным приоритетом для технологических компаний в Соединенных Штатах и Азии.
Стратегические альянсы и совместные предприятия между технологическими и горнодобывающими компаниями продолжали создаваться для обеспечения надежных, диверсифицированных поставок лития поставщикам аккумуляторных батарей и производителям транспортных средств.

Свойства лития

Характеристики:

  • относится к пластичным и мягким металлам (легко режется ножом);
  • его легко отличить от других металлов — он самый легкий на Земле, не тонет даже в керосине (плотность почти в 2 раза меньше плотности воды);
  • структура кристаллической решетки объемноцентрированная, кубическая;
  • в ряду щелочных металлов у лития самые высокие температуры плавления и кипения.

Интересно: если сделать из лития самолет, его легко поднимут два человека.

Химические свойства:

  1. В условиях повышенной влажности реагирует с газами воздуха. Образуются соединения с литием — нитриды, карбонаты, гидроксиды.
  2. Постоянная валентность лития 1+.
  3. С водой реагирует по формуле 2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂↑.
  4. Охотно реагирует с галогенами (кроме йода), образует галогениды.
  5. При температуре от 100 до 300 градусов образует на поверхности оксидную пленку.
Свойства атома
Название, символ, номер Ли́тий / Lithium (Li), 3
Атомная масса
(молярная масса)
 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация 2s1, 1s22s1
Радиус атома 145 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 134 пм
Радиус иона 76 (+1e) пм
Электроотрицательность 0,98 (шкала Полинга)
Электродный потенциал -3,06 В
Степени окисления +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)
Уд. теплота плавления 2,89 кДж/моль
Уд. теплота испарения 148 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,86 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

Интересно: летящим через океан давали спас-жилет. В нем были порошок от акул, а в подкладку зашивали таблетки гидрида лития (LiH). При попадании в воду таблетки выделяли водород, он наполнял спасательный жилет и не давал утонуть пассажиру.

Как открыли литий?

Впервые ученые познакомились с новым элементом в 1817 году – тогда химик Иона Арфведсон впервые выделил литий из минерала петалита. Следующие несколько десятилетий ученые увлеченно изучали основные физические свойства нового металла. А в 1855 году химики Роберт Бунсен и Аугустус Матьєссен разработали систему добычи лития электролизом из раствора хлорида лития. Так появилось небольшое промышленное производство этого металла в 1916 году, а для широкой продажи он начал выпускаться в 1923 году.

Во Второй мировой войне литий использовали как устойчивую к высокой температуре смазку для авиационных двигателей. После этого литий отличился при создании водородной бомбы: ионы лития-6 и лития-7 помогли создать тритий.

При добыче солей лития используется много ручного труда из-за дешевизны рабочей силы

Главным производителем лития с 1950-х по 1980-е годы были США, которые предоставили около 42 тысяч тонн этого материала. В 1976 году США поставляли около 80% мировых потребностей, но ситуация изменилась уже в 1984 году, когда в Чили открыли крупнейшие залежи этого металла. В 1997 году подобное месторождение также нашли в Аргентине.

Сегодня Чили и Аргентина поставляют 60% мирового лития. Австралия и Китай занимают еще 30% этого рынка. Оставшиеся 10% оказывают другие мелкие производители, например, США и Россия. Общие запасы металла оцениваются на уровне 13 миллионов тонн.

Работа над находкой. Исторически литий добывают из растворов солей или из твердых солевых отложений. Последнее ничем не отличается от того, как добывают другие материалы – железо, золото, медь, серебро и тому подобное.

Через разбросанность лития добывать его из твердой породы экономически не выгодно – нужно переработать слишком много грунта и потратить огромное количество энергии и топлива. Поэтому чаще металл получают из солевых растворов. Их откачивают в закрытые водоемы, в которых солнце испаряет влагу, и на местах остаются концентрированные твердые остатки.

Литий шагает по миру

В 1994 году стоимость производства Li-ion батарей типоразмера 18650 (используются в ноутбуках, автомобилях Tesla, фонариках) с емкостью 1100 мА*ч составила более $10. Но уже в 2001 году стоимость производства снизилась до $2, а емкость выросла до 1900 мА*ч. Сегодня емкостные элементы 18650 имеют емкость более 3000 мА*ч, а их цена постоянно снижается.

В 2009 году примерно 38% продаж приходилось на Li-ion батареи. В 2014 году этот рынок имел объем в $5,7 млрд, и за несколько лет он вырастет в четыре раза, прогнозируют эксперты. К 2023 году его объем составит $24,1 млрд, из которых около $15 млрд будет приходиться на электромобили, утверждают в Navigant Consulting.

Основными потребителями лития в мире являются батарейки с аккумуляторами. Производители машин даже начинают строить собственные фабрики по производству аккумуляторов. Tesla, например, планирует вложить $5 млрд в свою «гигафабрику», которая будет производить больше литиевых аккумуляторов, чем произвели во всем мире в 2013 году.

[править] Геохимия

По геохимическими свойствами литий относится к литофильным элементам, среди которых есть также калий, рубидий и цезий. Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 г / т.

Основные минералы лития — слюда лепидолит и пироксен сподумена. Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в распространенных породообразующих минералах.

Месторождения лития относятся к ридкометальних гранитных интрузий, в связи с которыми развиваются литиеносни 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 частности лития.

Другой тип месторождений лития — рапа некоторых сильносоленых озер.

Литий – металл или неметалл?

Его название связано с греческим словом “камень” и впервые звучало как “литион”. Все из-за того, что обнаружен он был в камнях или же минералах. До XIX века не было известно, металл литий или неметалл. О существовании такого элемента никто и не догадывался, пока швед Иоганн Авфердсон в 1817 году не обнаружил неизвестную щелочь в минералах сподумене и петалите.

Из-за активности вещества ученому не удалось получить из щёлочи элемент. Зато годом позже это сделал англичанин Хэмфпри Дэви посредством электролиза. После этого его можно было изучать, и научный мир смог узнать, что такое литий. Оказалось, что это легкий и мягкий металл с довольно интересными свойствами.

Уже через четверть века его научились получать промышленным путём и сразу нашли ему применение. Литий использовали в медицине, назначая его от головной боли, подагры и ревматизма. Хотя реальная его польза при этих недугах доказана не была. В XX веке на основе карбоната лития появился напиток с лимоном и лаймом. Сейчас он известен как 7Up, но соединения металла в него уже не входят.

Краткое описание

Литий — щелочной металл, который имеет выраженные пластичные свойства, серебристый цвет, характерный металлический блеск. Его легко обрабатывать, он имеет низкую температуру плавления — 180°C. Если сравнивать его с другими щелочными металлами, он обладает самой низкой плотностью. Поскольку она ниже чем у воды, материал всплывает на поверхность.

Из четырех процентов

История открытия лития началась с …математики. Химик Арфведсон анализировал минерал с рудника Уто. Ученый определил, что это обычный алюмосиликат, и содержание в нем алюминия, кремния и кислорода составляет 96%. Настырный химик задумался — что с оставшимися 4%. Отделив основные составляющие и растворив остаток, он получил раствор со щелочными свойствами. Логично было предположить, что открыт новый элемент.

Описанием минерала, из которого извлекли новый элемент, служат слова: «обычный булыжник». Потому и назвали новый металл литием (litos по латыни камень).

Химические свойства

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.

 6Li + N2 ⟶ 2Li3N

 2Li + 2H2O ⟶ 2LiOH + H2

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.

 4Li + O2 ⟶ 2Li2O

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.

В 1818 немецкий химик Леопольд Гмелин установил, что литий и его соли окрашивают пламя в карминово-красный цвет, это является качественным 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.

 2Li + 2H2O → 2LiOH + H2

Реагирует также с этиловым спиртом (с образованием этанолята):

 2Li + 2C2H5OH ⟶ 2C2H5OLi + H2

Вступает в реакцию с водородом (при 500—700 °C) с образованием гидрида лития:

 2Li + H2 ⟶ 2LiH

Реагирует с аммиаком при нагревании, при этом сначала образует амид лития (220 °C), а затем имид лития (400 °C):

 2Li + 2NH3 ⟶ 2LiNH2 + H2 

 2Li + NH3 ⟶ Li2NH + H2 

Реагируя с галогенами (с йодом — только при нагревании, выше 200 °C) образует соответствующие галогениды:

 2Li + F2 ⟶ 2LiF

 2Li + Cl2 ⟶ 2LiCl 

 2Li + Br2 ⟶ 2LiBr

 2Li + I2 ⟶ 2LiI 

При 130 °C реагирует с серой с образованием сульфида:

 2Li + S ⟶ Li2S

В вакууме при температуре выше 200 °C реагирует с углеродом (образуется ацетиленид):

 2Li + 2C ⟶ Li2C2 

При 600—700 °C литий реагирует с кремнием с образованием силицида:

 4Li + Si ⟶ Li4Si 

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.

Зачем человеку литий

Продажи электротранспорта растут не только в России, но и в мире: по данным The Guardian, в 2020 году рост составил 43%, а в Северной Европе доля рынка электромобилей достигла 54%. Это значит, что добыча редкого металла затронет еще больше уголков нашей планеты.

Литиевые аккумуляторы быстро заряжаются (время зарядки электробуса — 20 минут), не выделяя при этом вредных веществ, и обладают высокой эффективностью: используется до 95% энергии батареи. Кроме того, литий – самый легкий металл на планете, что повышает его привлекательность у производителей. По прогнозам Bloomberg, к 2030 году потребность в литиевых батареях увеличится в девять раз.

Литий — не новый для человечества металл, его использовали с 19 века: сначала в производстве стекла и фарфора, позднее — в металлургии и атомной энергетике. В начале 21 века спрос на литий резко вырос — в первую очередь из-за развития гаджетов и электротранспорта. Для производства одной батареи для электромобиля Tesla Model S, например, требуется 63 кг лития! 

В 2019 году мировое потребление лития оценивалось в 57 700 тонн — это на 18% больше, чем годом ранее. Аналитическая компания GlobalData прогнозирует, что к 2024 году спрос на редкий металл увеличится в два с половиной раза — до 117 тысяч тонн. Это значит, что добыча редкого металла затронет еще больше уголков нашей планеты.

Мировая добыча лития

Запасы Лития для Аргентины, Австралии, Бразилии, Чили, Соединенных Штатов и Зимбабве были пересмотрены на основе новой информации из правительственных и отраслевых источников.

Добыча лития
2018 2019 резервы
Соединенные Штаты нет данных нет данных 630 000
Аргентина 6400 6400 1 700      000
Австралия 58 800 4200 62 800 000
Бразилия 300 300 95 000
Канада 2400 200 370 000
Чили 17 000 18 000 8 600 000
Китай 7100 7500 1 000 000
Намибия 500 нет данных нет данных
Португалия 800 1200 60 000
Зимбабве 800 1200 60 000
остальные 1 100 000
В мире (округленно)*                                           95 000*                                          77 000* 17 000 000
* без учета производства в США

Мировые запасы лития на 2019

Благодаря продолжающейся разведке, выявленные ресурсы лития значительно увеличились во всем мире и составляют около 80 миллионов тонн.
Запасы лития в Соединенных Штатах — 6,8 миллиона тонн.
Запасы лития в других странах были пересмотрены до 73 миллионов тонн.

Ресурсы лития в порядке убывания:Боливия — 21 млн тоннАргентина — 17 млн тоннЧили — 9 млн тоннАвстралия — 6,3 млн тоннКитай — 4,5 млн тоннКонго (Киншаса) — 3 млн тоннГермания — 2,5 млн тоннКанада — 1,7 млн тоннМексика — 1,7 млн тоннЧехия — 1,3 млн тонн;Мали — 1 млн тоннРоссия — 1 млн тоннСербия — 1 млн тоннЗимбабве — 540 000 тоннБразилия — 400 000 тоннИспания — 300 000 тоннПортугалия — 250 000 тоннПеру — 130 000 тоннАвстрия, Финляндия и Казахстан — по 50 000 тонн;Намибия — 9  000 тонн.

Перевод выполнен для сайта basemine.ru

Физические свойства

Литий — серебристо-белый металл, мягкий и пластичный, твёрже натрия, но мягче свинца. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой.
Из всех щелочных металлов литий характеризуется самыми высокими температурами плавления и кипения (180,54 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).
Маленькие 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.

Что такое литий?

Слово «литий» по-гречески означает камень. Это металл под третьим номером в периодической таблице элементов, который имеет серебристый цвет, и его можно резать обычным кухонным ножом. Это также самый легкий металл на планете, поэтому он плавает даже в воде. Хотя это обычно быстро заканчивается – литий самовоспламеняется и сгорает. Опасность представляет даже влага в воздухе, поэтому его хранят под толстым слоем минерального масла или другого подобного вещества.

Через высокую химическую активность просто «накопать» в земле чистого лития не получится – его находят в морской воде, глине и солях. Добыча этого минерала осложняется тем, что он не собирается в плотные концентрированные месторождения, а разбросан по всей планете.

Нахождение в природе

Геохимия лития

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.

Основные минералы лития — слюда лепидолит — KLi1,5Al1,5[Si3AlO10](F, OH)2 и пироксен сподумен — LiAl[Si2O6]. 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.

Месторождения

Месторождения лития известны в Чили, Боливии (Солончак Уюни — крупнейшее в мире), США, Аргентине, Конго, Китае (озеро Чабьер-Цака), Бразилии, Сербии, Австралии.

В России более 50 % запасов сосредоточено в редкометалльных месторождениях Мурманской области.

Изотопы лития

Основная статья: Изотопы лития

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). 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) в количестве не более 10−9 от всех элементов. Некоторое количество изотопа 6Li, как минимум в десять тысяч раз меньшее, чем 7Li, также образовано в первичном нуклеосинтезе.

Примерно в десять раз больше 7Li образовались в звёздном нуклеосинтезе. Литий является промежуточным продуктом реакции ppII, но при высоких температурах активно преобразуется в два ядра гелия-4 (через 8Be).

В космосе

Аномально высокое содержание лития наблюдается в звёздных образованиях, состоящих из красного гиганта (или сверхгиганта), внутри которого находится нейтронная звезда — объектах Ландау — Торна — Житкова.

Также имеется большое количество звёзд-гигантов с необычно высоким содержанием лития, что объясняется попаданием лития в атмосферу звёзд при поглощении ими экзопланет-гигантов.

FMC: Есть преимущества, но литиевый бизнес относительно невелик

У FMC (NYSE: FMC) три направления бизнеса: добыча лития, решения для сельского хозяйства, а также здравоохранение и питание, но последнее направление скоро будет передано DuPont. Компания из Филадельфии показывает отличные результаты, однако доля литиевого бизнеса в ее общей выручке и прибыли (11% и 20%, соответственно, во втором квартале) заметно ниже, чем у Albemarle и SQM. Таким образом, ее акции не подходят инвесторам, которые хотели бы инвестировать именно в литиевый бизнес.

Тем не менее, FMC также расширяет свое производство лития, чтобы удовлетворить высокий спрос на сырье для батарей. В мае компания представила трехэтапный план, который позволит ей довести объем производства гидроксида лития по меньшей мере до 30 тыс. тонн к 2019 году. Реализация первого этапа плана началась во втором квартале 2017 года.

FMC утверждает, что она самая вертикально интегрированная компания в отрасли. Ей принадлежит месторождение лития Salar del Hombre Muerto в Аргентине, а также обрабатывающие и производственные мощности, на которых из хлорида лития получается карбонат лития, который затем перерабатывается в такие продукты, как металлический литий, гидроксид лития, бром и гипохлорид. Ни у Albemarle, ни у SQM нет собственных месторождений лития в Чили.

Ранее в этом году FMC объявила о покупке части бизнеса DuPont по производству веществ для защиты растений. По мнению Европейской , DuPont должна была избавиться от этого бизнеса перед объединением с Dow Chemical. Взамен DuPont получит бизнес FMC по производству товаров для здоровья и продуктов 1,2 млрд долларов наличными. FMC ожидает, что эти транзакции будут закрыты 1 ноября.

Где используется

Использование металла отражает тенденции развития технологий.

Традиционные отрасли

До недавнего времени главными сферами применения металла были ядерная отрасль и металлургия:

  • Литий идет на стержни для реакторов. Жидкий изотоп служит теплоносителем в ядерных реакторах. Из него получают тритий.
  • Металлургией используются сплавы, улучшающие характеристики продукта: прочность, устойчивость к коррозии, пластичность.
  • Это также стекла, задерживающие часть ультрафиолета, керамика, пигмент для окрашивания тканей, ингредиент косметических препаратов.

Литий в сплавах с другими металлами – новое поколение материалов для авиации, космонавтики, оборонпрома.

Новые сферы

Сегодня главные потребители сырья – IT-сфера и автопром нового поколения. Речь о литиевых аккумуляторах для гаджетов (айфоны, ноутбуки, планшеты) и электрокаров. В первую очередь автомобилей корпорации Илона Маска Tesla.

Литий-ионный аккумулятор

К 2023 году поставить производство электромобилей на поток намерены автогиганты США, Японии, Европы (Audi, Ford, Honda, Mercedes, BMW, другие). Годовая потребность в металле составит 96-98 тысяч тонн.

Литий — время для батареек

Доступность чистого лития позволяет перейти к изготовлению элементов питания из него. Для этого существуют специальные фабрики, а их производственный процесс можно посмотреть в ролике Discovery:

Аккумуляторы по своей конструкции очень простая вещь – набор из нескольких слоев катода (литий-кобальт оксид), анода (углерод) и сепаратора (непроводящей пористой пленки). Поэтому начало изучения и экспериментов над литием как источником питания началось в 1912 году. Однако высокая химическая активность лития почти 90 лет мешала попасть ему на прилавки магазинов.

Все изменилось в 1991 году, когда японская компания Sony представила миру первый коммерческий литиево-ионный (Li-ion) аккумулятор. Начиная с этого периода в батареях и аккумуляторах начали использовать ионы лития, вместо чистого металла лития. Ведь аккумуляторы на основе ионов лития оказались не такими пожароопасными, как их аналоги на основе чистого лития.

Батареи, произведенные по Li-ion технологии, требуют значительно меньше внимания при эксплуатации, чем батареи, произведенные другими технологиями. В Li-ion элементы, нет эффекта памяти, и они не требуют полной разрядки для сохранения своих свойств. Саморазряд у этих батарей в 2 раза ниже, чем у батарей на основе никеля. Недостатком Li-ion батарей является необходимость защитных электронных схем для предотвращения пожаров и высокая цена.

[править] Химические свойства

Карминово-красное окрашивание пламени солями лития

Литий — щелочной металл, неустойчивый на воздухе. Он является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) при комнатной температуре практически не реагирует.

Во влажном воздухе медленно окисляется, превращаясь в нитрид Li3N, гидроксид LiOH и карбонат Li2CO3. В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li2O.

Литий и его соли окрашивают пламя в карминово—красный цвет, что является качественным признаком для определения лития.

Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и водород. Реагирует также с этиловым спиртом, с аммиаком и с галогенами (с йодом — только при нагревании).

Литий хранят в петролейном эфире, парафине, газолине или минеральном масле в герметически закрытых жестяных коробках. Металлический литий вызывает ожоги при попадании на кожу, слизистые оболочки и в глаза.

Биологическое значение

Элемент был обнаружен в числе постоянных компонентов в живых организмах. У растений он повышает стойкость к различным заболеваниям. Вещество усиливает фотохимическую активность хлоропластов в листве томатов и синтез никотина в табаке.

В человеческом организме литий образуется преимущественно в почках, но также находится в щитовидной железе, печени, сердце, лёгких и кишечнике. Этот элемент участвует в важных процессах жизнедеятельности организма человека:

  • нормализует обмены жиров и углеводов;
  • укрепляет иммунную систему;
  • не даёт развиться аллергическим реакциям;
  • снижает нервную возбудимость.

Месторождения и применение лития в современном мире

Что касается месторождений лития, то его промышленные запасы можно найти на всех континентах нашей планеты. Важнейшие из них находятся в Австралии, Бразилии, Испании, Канаде, России, США, Швеции, а также в странах Южной Африки. Стоит выделить 3 главенствующие компании, которые контролируют почти всю добычу минералов лития в мире – Sons of Gwalia (Австралия), Tanco (Канада) и Bikita Minerals (Зимбабве).

Минералы лития востребованы в самых различных отраслях производства. Примерно их потребление можно распределить так:
– производство огнеупорных изделий – 25%
– производство стекла – 20%
– производство керамических изделий и глазурей – 20%
– химическая промышленность – 12%
– металлургическая промышленность – 10%
– производство стекловолокна – 5%
– другие отрасли – 8%

Принято считать, что основательный толчок промышленному освоению лития дала Первая Мировая война. В те годы Германии катастрофически не хватало олова, которое является важным компонентом антифрикционных сплавов – сплавов, которые предназначены для повышения долговечности трущихся поверхностей машин и механизмов. Поскольку собственных источников олова у страны нет, немецкие ученые долго ломали голову, чем его можно заменить. Выход был найден при помощи так называемого «бан-металла» — сплава свинца с литием, который оказался прекрасным антифрикционным материалом. С тех пор литий занял свое твердое место в металлургии в качестве элемента многих промышленных сплавов. Было также установлено, что литий улучшает и свойства сталей — уменьшает размеры «зерен», повышает прочность. Но поскольку литий практически не растворяется в железе и, к тому же, закипает при температуре 1317°C, его широкое применение в производстве сталей не представляется возможным.

В настоящее время известно немало сплавов лития с различными металлами. Но приоритетным направлением является разработка перспективного сплава лития с другим легковесным металлом — магнием. В чем ценность и перспектива данного сплава? В его уникальных конструкционных свойствах: если в таком сплаве будет содержаться не более 50% магния, то он будет легче воды! Также учеными давно рассматривается вариант использования лития в качестве компонента твердого ракетного топлива.

Одна из самых важных областей применения лития – это производство химических источников тока. Литиевые батарейки и аккумуляторы имеют одни из самых высоких энергетических показателей (например электрическую емкость на единицу массы) и в настоящее время используются в большистве портативных электронных приборов.

А что мы имеем в перспективе потребления металлического лития? Аналитики подтверждают рост спроса на первичные литиевые элементы (и на литий металлический в целом), но, в то же время, отмечают снижение общего потребления металла относительно литиевых солей.

Лаконично и емко определяет значимость лития в современной промышленности фраза из «Краткой химической энциклопедии»: «По значимости в современной технике литий является одним из важнейших редких элементов».

В природе

На нашей планете литий встречается только в соединениях. Он содержится в морской воде в количестве примерно 0,17 мг/л и в сильносолёных озёрах. Он также содержится в верхний слоях земной коры в количестве 21 г/т.

Литий в основном содержится в лепидолитах, сподуменах, петалитах, литиофилитах, амблигонитах и циннвальдитах. Встречается вместе с редкими элементами в пегматитах и онгонитах. Он может образовывать самостоятельные минералы, а может замещать в них калий.

Металл присутствует и в космосе, главным образом в звездах-гигантах. Огромное количество лития находится в объекте Торна-Житкова, который состоит из красного гиганта с нейтронной звездой внутри.

Применение

Литий и его соединения используют:

  1. В производстве аккумуляторов и батарей.
  2. В качестве лигатуры в сплавах.
  3. В ядерной энергетике, радиоэлектронике.
  4. В медицине (соединения лития используют в лечении подагры, как психотропные, антидепрессанты).
  5. В пиротехнике (LiNO3 даст фейерверку красный цвет).

Познавательно: добавление LiOH к электролиту в аккумуляторах на 20% увеличивает их емкость, и в 2-3 раза срок службы.

Мировое применение легкого металла распределяется так:

  • 56% производство батарей и аккумуляторов;
  • 23% керамика и стекло;
  • 6% консистентные смазки;
  • 2% воздухоочистка;
  • 13% прочие.

Интересно: очистка воздуха на подлодках и в космических кораблях происходит с помощью соединений лития (LiBr, LiCl, LiOH).

Плюсы и минусы литиевых батарей 

Эти аккумуляторы и батареи просты в эксплуатации, они постоянно готовы к эксплуатации.


Литиевые источники тока

Достоинства Недостатки
Хороший ресурс эксплуатации (до 10 лет) Взрывоопасны при нарушении герметичности корпуса
Запас циклов зарядки-разрядки более 1000 Срок службы зависит от времени работы (не от количества циклов зарядка-разрядка)
Нет «эффекта памяти» (батареи можно регулярно подзаряжать) Работает в ограниченном температурном диапазоне (от -20 до +50оС)
Легкий вес Высокая цена

К сведению: Нобелевская премия по химии присуждена за литийионные батареи.