Литий-легчайший из легких

Проектная работа
«Литий – легчайший из легких»
Работу выполнила учащаяся 9 «А» класса
МОУ «СОШ №63 с УИП» г.Саратова
Карпухина Елизавета Андреевна
Литий (латинское Lithium, обозначается символом Li) — элемент с
атомным номером 3 и атомным весом 6,941. Является элементом главной
подгруппы первой группы, второго периода периодической системы
химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева. Простое вещество
литий — мягкий, пластичный, очень легкий щелочной металл серебристобелого цвета.
История открытия.
В 1800 г. бразильский минералог де Андрада е Сильва, совершая
научное путешествие по Европе, нашел в Швеции два новых минерала,
названных им петалитом и сподуменом, причем первый из них через несколько
лет был вновь открыт на острове Уте. Арфведсон заинтересовался петалитом,
произвел полный его анализ и обнаружил необъяснимую вначале потерю около
4% вещества. Повторяя анализы более тщательно, он установил, что в петалите
содержится "огнепостоянная щелочь до сих пор неизвестной природы".
Берцелиус предложил назвать ее литионом (Lithion), поскольку эта
щелочь в отличие от кали и натра впервые была найдена в "царстве минералов"
(камней); название зто произведено от греч. - камень. В 1855 г. Бунзен и
Маттессен разработали промышленный способ получения металлического
лития злектролизом хлорида лития.
Физические свойства
Литий самый легкий из известных в природе металлов, плотность его в
твердом состоянии при 20° С равна 0,534 г/см3. Этот металл почти вдвое легче
воды, в пять раз легче алюминия, в пятнадцать раз легче железа, в двадцать раз
легче свинца и в сорок раз легче, чем осмий! В этом заключается очередная
сложность хранения этого щелочного металла — в керосине и минеральном
масле, в среде которых литий не проявляет свою химическую активность, он
просто всплывает. По этой причине приходится заполнять минеральным
маслом сосуд с литием доверху. Компактный литий — серебристо-белый
металл, быстро покрывающийся на воздухе темно-серым налетом, состоящим
из нитрида Li3N и оксида Li2O. Это одна из проблем хранения и
транспортировки металлического лития. В большинстве коллекций элементов
образец лития находится под слоем минерального масла.
Химические свойства
Из всех щелочных металлов литий обладает наименьшим атомным
радиусом (0,157 нм), следовательно, наибольшим ионизационным потенциалом
= 5,39 эВ, поэтому литий химически менее активен по сравнению с другими
щелочными металлами. Из-за небольшого радиуса и маленького ионного заряда
литий по своим свойствам больше всего напоминает не другие щелочные
металлы, а элемент второй группы магний (Mg). Многие химические реакции
лития протекают менее энергично, чем у других щелочных металлов.
Например, с совершенно сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) он
практически не реагирует при комнатной температуре и окисляется в нем
только при нагревании. Еще более активно литий взаимодействует с водородом
— даже небольшое количество металла способно связать невероятные объемы
данного газа: в 1 килограмме гидрида лития содержится 2 800 литров водорода!
С водой литий реагирует менее энергично, чем прочие щелочные металлы,
образуя при этом гидроксид LiOH и водород без вспышек и возгорания.
Литий легко сплавляется почти со всеми металлами, за исключением железа и
хорошо растворяется в ртути. Третий элемент периодической системы —
компонент многих сплавов. С магнием, цинком и алюминием этот щелочной
металл образует твердые растворы высокой концентрации, со многими другими
металлами – интерметаллиды, которые по большей части имеют высокую
твердость и весьма тугоплавки, незначительно изменяются под воздействием
воздуха, некоторые из них — полупроводники. Литий бурно реагирует с
разбавленными минеральными кислотами, а также с соляной и азотной, образуя
соли и выделяя водород; с концентрированной азотной кислотой он реагирует
медленно. Кроме того, этот щелочной металл образует многочисленные
литийорганические соединения, что определяет его большую роль в
органическом синтезе.
Биологические свойства
В организме человека (масса 70 кг) содержится около 7 мг лития.
Микроэлемент (в количестве 100 мкг, примерно) поступает в течение суток с
пищей и водой. Ионы Li+ быстро и практически полностью абсорбируются из
желудочно-кишечного тракта, из тонкого кишечника, а также из мест
парентерального введения. Ионы лития легко проникают через биологические
мембраны клеток. Среднее содержание этого элемента в различных органах
сильно колеблется: больше всего лития в лимфоузлах, костной ткани и легких,
гораздо меньше лития в печени, мышцах и головном мозге. Выведение лития
осуществляется преимущественно через почки и в меньшей степени через
кишечник и пот.
Нахождение в природе
Литий довольно широко распространен в земной коре, его среднее
содержание (кларк) в ней составляет 3,2•10–3 % по массе. По своим
геохимическим свойствам этот металл относится к крупноионным
литофильным элементам, в числе которых другие щелочные металлы — калий,
рубидий и цезий. Для лития свойственно концентрирование в кислых
магматических породах (накапливается в наиболее поздних продуктах
дифференциации магмы — пегматитах) и осадочных алюмосиликатах. При
выветривании литий относительно легко выделяется из первичных минералов
при окислении и в кислой среде, а затем связывается глинистыми минералами,
в небольшой степени он накапливается также в органическом веществе. По
этой причине содержание лития в почвах подчиняется главным образом
условиям почвообразования, нежели его начальным содержаниям в
материнских породах. Распределение лития в почвенном профиле зависит от
общих тенденций циркуляции почвенных растворов.
Низкое содержание третьего элемента выявлено для светлых песчаных
почв, особенно если они образовались на ледниковых отложениях в условиях
гумидного климата. В засушливой аридной климатической зоне литий
участвует в восходящих движениях почвенных растворов и способен
осаждаться в верхних почвенных слоях в составе легкорастворимых солей —
сульфатов, хлоридов и боратов. Этими процессами можно объяснить довольно
высокие содержания лития в каштановых почвах, солончаках и почвах прерий.
Повышенные концентрации лития выявлены также в интразональных молодых
почвах, образовавшихся на аллювиальных отложениях. Литий присутствует в
грунтовых водах тех областей, где его содержание в коренных породах и
почвах повышено.
Применение
Литий и его соединения нашли широкое применение в силикатной
промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия
фарфоровых изделий, в черной и цветной металлургии (для раскисления,
повышения пластичности и прочности сплавов), для получения пластичных
смазок. Соединения лития используются в текстильной промышленности
(отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической
(изготовление косметики). Литий используют: в производстве анодов для
химических источников тока на основе неводных и твердых электролитов; как
компонент сплавов с магнием и алюминием, антифрикционных сплавов
(баббитов), сплавов с кремнием для изготовления холодных катодов в
электровакуумных приборах. Литий выступает в роли катализатора в ряде
химических процессов. Жидкий литий — теплоноситель в ядерных реакторах.
Литий является одним из микроэлементов, содержащихся в живых
организмах. Однако его биологическая роль до конца не изучена, известно
лишь его стимулирующее действие на некоторые процессы в растениях,
способность повышать их устойчивость к заболеваниям. Учеными были
выявлены психотропные свойства данного элемента, что нашло применение
при лечении депрессий, ипохондрии, ряда психических заболеваний и даже
алкоголизма и наркомании. Однако избыток лития в организме способен
вызвать мощный сбой обмена веществ, что приводит к нарушениям в работе
внутренних органов и нервной системы.
Интересные факты
Во многих статьях, посвященных значению лития в медицине, говорится
о том, что в тех регионах, где питьевая вода содержит относительно большие
количества лития, наблюдается более низкий уровень преступности и меньшая
частота самоубийств, люди добрее и спокойнее.
В годы второй мировой войны стратегическим сырьем был признан
гидрид лития. Дело в том, что, как и прочие гидриды, LiH бурно реагирует с
водой. В результате реакции образуется гидроокись лития и газообразный
водород. Это легкое (плотность всего 0,776 г/см3) соединение прослужило всю
войну удобным портативным источником водорода — для заполнения
аэростатов и спасательного снаряжения при авариях самолетов и судов в
открытом море. Американские летчики, сбитые над океаном, использовали
таблетки из гидрида лития — под действием воды таблетки моментально
разлагались, наполняя водородом спасательные средства — надувные лодки,
жилеты, сигнальные шары-антенны. Из килограмма гидрида лития получается
2,8 м3 водорода!
Эксперимент.
1. Попытайтесь поджечь кусочек сахара спичкой – ничего не
получится: сахар начинает плавиться, но не загорится. Если же перед этим
сахар натереть табачным пеплом, то он легко вспыхнет красивым голубым
пламенем. Объяснение: в табаке, как и во многих других растениях, в больших
количествах содержится литий. При сгорании табачных листьев часть его
соединений остается в пепле. Соли лития придают яркий сине-зеленый след
трассирующим пулям и снарядам.
2.
Катион лития, входящий в состав хлорида лития, окрашивает
бесцветное пламя горелки в красный цвет.
Источники:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%CB%E8%F2%E8%E9
http://www.chem100.ru/elem.php?n=3
http://www.chemport.ru/pertable/elinfo.php?el=3