Предыдущий урок:
Первый урок:
И так, как я уже писал на предыдущем уроке, у гелия весь первый энергетический уровень заполнен электронами, которых должно быть два. В атоме лития три электрона, и третий, соответственно, идет на следующий, второй, уровень. На втором уровне должно быть восемь электронов. Но атому лития проще отдать свой один лишний, чем набрать семь недостающих. Поэтому атомы лития очень легко ионизируются. Более того, они вообще с электронами очень легко расстаются, и те летают свободно вокруг атомов, как в металле. Собственно, почему «как»? Литий и есть металл.
У лития один «лишний» электрон, поэтому он одновалентный, то есть, атом лития создает только одну химическую связь. Например, находясь во влажном воздухе, литий легко реагирует с азотом и водой, образуя нитрид и гидроксид:
Надо сказать, что литий наименее активный из всех щелочных металлах. С сухим воздухом он не реагирует, поэтому, теоретически, его можно не хранить в керосине или минеральном масле, как например натрий. Тем более, в керосине литий не тонет из-за своей легкости.
Литий тоже очень необходим промышленности. Кроме знаменитых литий-ионных аккумуляторов, этот металл используется для изготовления лазеров (некоторые его соединения, в частности, фторид лития, являться рабочими телами в лазерах), сульфит лития используется в дефектоскопии, нитраты лития применяют в пиротехнике (для окрашивания огня в красивый красный цвет). Еще препараты на основе лития используются в психиатрии.
Как же производят литий? Есть два пути.
Способ 1. В расплав хлорида лития опускают электроды и пропускают по ним ток. На одном электроде выделятся хлор, на другом – литий. Температура расплава чуть выше 400 градусов Цельсия.
Где берут хлорид лития? Его получают путем смешивания карбоната лития с соляной кислотой. При этом происходит вот такая реакция:
Способ 2. Восстановления из оксида лития. В качестве восстановителя используют кремний, при этом идет вот такая реакция:
Заметили стрелку вверх? Она означает, что литий улетучивается. Но как так, он же вроде твердый металл? Да, твердый, но при температуре чуть выше 180 градусов Цельсия он уже жидкий, а при 1340 градусов Цельсия вообще испаряется. То есть, именно при такой температуре и идет реакция.
Стоит заметить, что литий – активный металл, и при его восстановлении тут же идет обратная реакция. Чтобы этого не было восстановления и ведут процесс при такой температуре, когда литий испаряется. Этот пар потом собирают и превращают в металлический литий.
Для справки, температура плавления диоксида кремния, который образуется при этой реакции – 1600 градусов Цельсия, а кипения – 2950 C.
Но может возникнуть вопрос: а где взять карбонат или оксид лития?
Карбонат лития можно получить из сподумена, или силиката лития, который встречается в природе как минерал (литиевая руда). Из нее получают сульфат лития путем спекания с сульфатом калия:
Полученный сульфат лития растворим, в растворенном состоянии он реагирует с карбонатом натрия (кальцинированной содой). Получаемый при этом карбонат лития выпадает в осадок:
Другой способ получения карбоната лития – из солевых растворов, которые берут из солевых озер. Эти растворы выпаривают, чтобы повысить содержание лития. Как правило, литий содержится в них в виде хлорида лития. В это вещество так же добавляют карбонат натрия (кальцинированную соду), в результате идет реакция, при которой образуется карбонат лития и выпадает в осадок:
Теперь о том, откуда взять оксид лития. Во-первых, как и силикат лития, оксид лития входит в состав сподумена. Во-вторых, оксид лития содержится в пегматитах – крупнозерновых магматических породах. Наконец, соляные озера и термальные источники так же содержат различные соединения лития, в том числе и оксиды.
Я описал, как получают литий в промышленных условиях. А в домашних или лабораторных?
Вот представим, что вы химик и вам вот позарез понадобился литий. Что вы будете делать? Можно повторить все эти производственные процессы в меньших масштабах. Например, взять раствор или расплав хлорида лития и пропустить через него электрический ток. Хлор будет улетучиваться, литий выпадать в осадок. Только в воде не надо растворять хлорид лития. Его нужно растворять в каком-либо неорганическом растворителе.
А откуда взять хлорит лития? Можно так же, как и в промышленности, соединить карбонат лития с соляной кислотой. Хотя… проще всего его купить. Хлорид лития применяется в хозяйстве. А еще это лекарство, и его можно купить в аптеке. Сам не проверял, но скорее всего, с вас попросят рецепт, так как этот препарат используется для лечения всяких психов. Но вообще, хлорид лития есть в аккумулятор, так что может быть и покупать его не надо, а просто разобрать аккумулятор. Только разбирать надо не абы какие аккумуляторы, а литий-хлорные аккумуляторы. В обычных литий-ионных аккумуляторах вы хлорид лития вряд ли найдете.
Итак, подытожим. Литий – это щелочной легкий металл серебристо-белого цвета. Он одновалентный и довольно химический активный, хотя из всех щелочных металлов он наименее активен. Его используют в литий-ионных аккумуляторах, в лекарствах и еще много где. Литий получают из литиевой руды или из отложений солевых озер.
На следующем уроке поговорим о бериллии.
Следующий урок: