Литий — самый лёгкий металл¶

Литий — химический элемент 1-й группы периодической таблицы, атомный номер 3. Наиболее распространённый и наименее плотный металл: его плотность составляет 0,534 г/см³ при 20 °C, что примерно вдвое меньше плотности воды. Литий — единственный щелочной металл, который плавает на воде.

¶Физические свойства

Литий относится к щелочным металлам (литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций). Его основные характеристики:

Плотность лития настолько мала, что он легче всех прочих твёрдых элементов, кроме водорода, гелия и некоторых других неметаллов. Для сравнения: алюминий имеет плотность 2,7 г/см³, натрий — 0,97 г/см³, вода — 1,0 г/см³. Поэтому образец лития в виде кусочка металла погружается в воду, всплывая на поверхности, хотя при этом бурно реагирует с ней с выделением водорода.

При обычных условиях литий — серебристо-белый металл с лёгким желтоватым оттенком. Он достаточно мягкий: по твёрдости по шкале Мооса оценивается примерно в 0,6, что сопоставимо с натрием. Литий легко режется ножом.

¶Происхождение названия и открытие

Элемент открыт в 1817 году шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом при анализе петаллита (минерала из шахты на острове Уто). Берцелиус обнаружил в образце неизвестный щелочной металл, который давал красное пламя при горении. Название «литий» происходит от греческого слова «λίθος» — камень, что подчёркивает отличие нового элемента от щелочных металлов, открытых ранее в растительных остатках (натрий — от «натрон», калий — от «кали»).

¶Природные запасы и добыча

Литий не является редким элементом в земной коре — его кларк оценивается примерно в 0,0032 %. Однако крупных месторождений относительно немного. Основные способы промышленной добычи:

• Испарение солёных озёр (саларов). Крупнейшие мировые запасы сосредоточены в «литиевом треугольнике» — Чили, Аргентина и Боливия. Солёные рапы обогащают солями лития и выпаривают на площадках под открытым небом.
• Горнопромышленная добыча из сподуменовых руд. Крупнейшие месторождения такого типа расположены в Австралии (Гринбушес), Китае и Бразилии.
• Из рап и подземных вод — метод набирает значение в США, России и других странах.

Россия обладает рядом месторождений литийсодержащих руд: Тулуйское (Бурятия), Кольское (Мурманская область), а также известны проявления в Якутии. Добыча в стране ведётся в небольших объёмах, значительная часть потребности покрывается импортом.

¶Применение

Литий и его соединения применяются в нескольких ключевых отраслях:

• Аккумуляторы. Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы — самое массовое применение элемента. Они используются в мобильных телефонах, ноутбуках, электромобилях, накопителях энергии. Высокая удельная ёмкость и низкая плотность делают литий незаменимым для портативной техники.
• Металлургия. Литий применяется как легирующая добавка в алюминиевых сплавах (литий снижает плотность и повышает прочность), в производстве жаропрочных сталей и специальных стёкол.
• Ядерная энергетика. Изотоп литий-6 используется для производства трития в термоядерных реакциях, а соединения лития — в теплоносителях реакторов.
• Медицина. Карбонат лития (лития карбонат) применяется как психотропное средство для лечения биполярного расстройства — он стабилизирует настроение и снижает частоту маниакальных эпизодов.
• Авиация и космонавтика. Литий входит в состав твёрдых ракетных топлив и тепловыделяющих элементов.

¶Химические особенности

Литий — сильный восстановитель. Наиболее характерные соединения: гидроксид лития (LiOH), карбонат (Li₂CO₃), бутиллитий (органическое соединение, применяется в синтезе). Интересно, что среди щелочных металлов литий наименее активен: его стандартный электродный потенциал равен −3,04 В, что делает его наиболее мощным восстановителем среди металлов.

Литий образует три природных изотопа: стабильные литий-6 (7,5 %) и литий-7 (92,5 %), а также радиоактивный литий-8.

¶Экологические и медицинские аспекты

Избыток лития в организме может вызвать тремор, тошноту, нарушения работы почек — это состояние называется литиевой интоксикацией. Однако в малых дозах литий изучается как микроэлемент, возможно влияющий на профилактику некоторых нейродегенеративных заболеваний. В природе концентрация лития в питьевой воде варьируется, и в ряде регионов отмечена обратная зависимость между содержанием лития в воде и частотой психических расстройств — эти данные остаются предметом научных дискуссий.

Источники:

• Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
• В. А. Руденко, А. И. Ефимов. «Литий: ресурсы, производство, применение»
• Справочник химика: свойства элементов и их соединений
• Геологические отчёты Роснедра о литийсодержащих месторождениях РФ