Соединения лития

      Соли  лития склонны к образованию  гидратов, обычно тригидратов, например LiX·3H₂O (X = Cl, Br, I, ClO₃, ClO₄, MnO₄, NO₃, BF₄ и т.д.). В большинстве этих соединений литий координирует шесть молекул Н₂O, образуя цепочки из октаэдров с общими гранями. Сульфат лития, в отличие от сульфатов других щелочных элементов, не образует квасцы, так как гидратированный катион лития слишком мал, чтобы занять соответствующее место в структуре квасцов. 
 
 

      2.1. Гидрид лития 

      Гидрид  лития LiH получают взаимодействием расплавленного лития с водородом при 630–730° С в сосуде из железа, не содержащего углерод.

      2Li + H₂ = 2LiH

      Физические  свойства

      Гидрид  лития - бесцветные кристаллы с кубической гранецентрирован-ной решеткой типа NaCl; Температура плавления составляет 692 °С (в инертной атмосфере), заметно возгоняется около 727 °С; плотность 0,78 г/см3; ΔH₀обр -90,7 кДж/моль, ΔH₀пл 21,8 кДж/моль. 

      Химические  свойства

      Гидрид  лития при электролизе в расплаве проводит электрический ток с выделением водорода на аноде. Под действием электромагнитного излучения в видимой, ультрафиолетовой или рентгеновской области окрашивается в голубой цвет благодаря образованию коллоидного раствора лития в гидриде лития.

      Гидрид  лития относительно устойчив в сухом  воздухе, быстро гидролизуется парами воды. Реагирует с водой, кислотами и спиртами с выделением водорода.

      LiH + H₂O = LiOH + H₂↑

      2LiH + H₂SO₄ = Li₂SO₄ + H₂↑

      LiH + C₂H₅OH = C₂H₅OLi + H₂↑

      Применение

        Гидрид лития используется для получения водорода, которым наполняют метеорологические шары-зонды в полевых условиях. Кроме того, он служит восстановителем в органическом синтезе, а также для получения бороводородов, алюмогдидрида лития LiAlH₄ и других гидридных соединений.

      2LiH = 2Li + H₂↑

      4LiH + AlCl₃ = Li[AlH₄] + 3LiCl↓

      Дейтерид лития-6 применяется в термоядерном оружии. Будучи твердым веществом, он позволяет хранить дейтерий при плюсовых температурах, кроме того, второй его компонент (литий-6) – это единственный промышленный источник получения трития. 

      ⁶₃ Li + ¹ ₀ n→ ³ ₁ H + ⁴ ₂ He 
 
 
 

      2.2. Оксид лития. Пероксид лития. 

      Оксид лития Li₂O – единственный среди оксидов щелочных элементов, образующихся в качестве основного продукта при нагревании металла выше 200° С (на воздухе). Его получают и прокаливанием нитрата при 600° С (в присутствии меди):

4LiNO₃ = 2Li₂О + 4NO₂ + O₂

      Он  образуется при нагревании нитрита  лития выше 190° С или карбоната лития выше 700° С в токе высушенного водорода.

      4LiNO₃ = 2Li₂O + 4NO₂ + O₂

      Физические  свойства

      Оксид лития - бесцветные кристаллы с кубической решеткой; температура плавления 1453 °С, выше 1000 °С возгоняется, в присутствии паров воды возгонка ускоряется, в газообразном состоянии выше 1500 °С частично диссоциирует на Li и О₂; плотность 2,013 г/см3; Δ H₀плав 35,6 кДж/моль, ΔH₀возг 425 кДж/моль (0 К), ΔH₀обр - 597,88 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 37,61 Дж/(моль* К); диамагнитен.

      Химические  свойства

      Оксид лития с Н₂, О₂, С, СО не взаимодействует даже при нагревании. При высоких температурах реагирует с большинством металлов, кроме Au, Pt и Ni; в частности, или действии Mg, Аl или Mn выше 1000 °С восстанавливается до Li.

      Li₂O + Mg = 2Li + MgO

        С оксидами ряда металлов дает  оксометаллаты, двойные и тройные оксиды.

      TeO₂ + Li₂O = Li₂TeO₃

      Взаимодействует с водой, образуя гидроксид лития.

      Li₂O + H₂O = 2LiOH

      Реагирует с кислотами, например HCl, с H₂S при температуре 900-1000°C.

      Li₂O + 2HCl (разб.) = 2LiCl + H₂O

      Li₂O + H₂S = Li₂S + H₂O 

      Применение

      Оксид лития добавляют к смесям реагентов  при твердофазном синтезе двойных  и тройных оксидов для понижения  температуры процесса. Он является компонентом рентгенопрозрачных стекол и стекол с небольшим температурным коэффициентом линейного расширения. Его добавляют в глазури и эмали. Он повышает их химическую и термическую стойкость и прочность, снижает вязкость расплавов.

     Пероксид  лития Li₂O₂ в промышленности получают реакцией LiOH·H₂O с пероксидом водорода с последующей дегидратацией гидропероксида острожным нагреванием при пониженном давлении.

LiOH·H₂O + H₂O₂ → LiOOH·H₂O+ H₂O

2 LiOOH·H₂O → Li₂O₂ + H₂O₂ + 2 H₂O 

        Это белое кристаллическое вещество. Плотность составляет 1. 2063 г/см, температура плавления 195°С. Разлагается до оксида лития при нагревании выше 195° С. Его используют в космических аппаратах для получения кислорода:  

      2Li₂O₂ + 2CO₂ = 2Li₂CO₃ +O₂ 

      2.3. Гидроксид лития

      Гидроксид лития при стандартных условиях представляет собой бесцветные кристаллы  с тетрагональной решёткой. При работе с ним необходимо проявлять осторожность, избегать попадания на кожу и слизистые  оболочки. Получают взаимодействием металлического лития с водой, взаимодействием оксида лития с водой или же взаимодействием карбоната лития с гидроксидом кальция:

      2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂↑

      Li₂O + H₂O = 2LiOH

      Li₂CO₃ + Ca(OH)₂ = 2LiOH + CaCO₃

        
 
 
 
 
 
 

      Рис.4 Гидроксид лития

      Физические свойства

      LiOH, бесцв. кристаллы с тетрагональной решеткой; температура плавления 473 °С, при более высокой температурере испаряется и частично диссоциирует на Li₂О и Н₂О; в парах при 820-870 °С содержится 90% (LiOH)₂; плотность составляет 1,44г/см³; ΔH⁰пл 20,9 кДж/моль, ΔH⁰обр -484,90 кДж/моль; S⁰₂₉₈ составляет 42,76 Дж/(моль∙К).  
 

      Химические  свойства

      Гидроксид лития LiOH плавится при 470° С, при более высокой температуре испаряется и частично диссоциирует на оксид лития и воду:

2LiOH = Li₂O + H₂O

В парах  при 820–870°С содержится 90% димера (LiOH)₂. Взаимодействует с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):

      LiOH + HCl = LiCl + H₂O

      2LiOH + H₂SO₄ = Li₂SO₄ + H₂O

      Взаимодействует с кислотными оксидами с образованием соли и воды:

      2LiOH + CO₂ = Li₂CO₃ + H₂O

      2LiOH + SO₃ = Li₂SO₄ + H₂O 

      Растворимость гидроксида лития в воде составляет 12,48 г на 100 г при 25°С. При выпаривании водных растворов гидроксида лития образуется моногидрат, который легко теряет воду при нагревании в инертной атмосфере или при пониженном давлении.

      Применение

      Гидроксид лития используется в производстве смазок на основе стеарата лития и для поглощения диоксида углерода в закрытых помещениях, например, в космических кораблях и на подводных лодках. Его преимущество по сравнению с другими щелочами – малая атомная масса. Добавка гидроксида лития к электролиту щелочных аккумуляторов примерно на одну пятую увеличивает их емкость и в 2–3 раза – срок службы. 

2.4. Галогениды лития 

Галогениды  лития рассмотрим на примере LiF и LiCl. 

   1)Фторид лития LiF получают взаимодействием гидроксида лития или солей лития с фтороводородом, фторидом аммония, гидродифторидом аммония или их водными растворами.

   LiOH + HF = LiF + H₂O

   NH₄HF₂ + LiOH = LiF + H₂O + NH₃ 
 
 
 
 
 

Физические  свойства

   Фторид  лития - бесцветные кристаллы с кубической решеткой; температура плавления 849 °С, температура кипения составляет 1700°С; плотность 2,60 г/см3; С⁰р 41,80 Дж/(моль∙К); ΔH⁰пл 27,08 кДж/моль (1122 К), ΔH⁰возг 275,0 кДж/моль (0 К), ΔH⁰исп 147 кДж/моль (1970 К), ΔH⁰обр -618,3 кДж/моль, ΔG⁰обр -586,2 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 35,66 Дж/(моль∙К). Растворимость в воде 1,33 г/л (25 °С). 

   Химические  свойства

   Хорошо растворим в концентрированной фтористоводородной кислоте, H₂SO₄ и HNO₃. При концентрации HF в водном растворе выше 25,7% образует гидрофторид LiHF₂. Хуже, чем в воде, растворяется в водных растворах NH₃ и NH₄F, не растворяется в этаноле и большинстве других органических растворителей.

   LiF(т) + HF (конц.) = Li(HF₂)(р)

   LiF + H₂SO₄ (конц.) = LiHSO₄ + HF↑

   LiF + HNO₃ (конц.) = LiNO₃ + HF↑

   Реагирует с гидроксидами и оксидами щелочноземельных металлов.

   2LiF + CaO = Li₂O + CaF₂

   2LiF + Li(OH)₂ = 2LiOH + CaF₂↓

   Применение

   Еще в прошлом веке это вещество начали применять в металлургии как  компонент многих флюсов. Фторид лития  обладает термолюминесцентными свойствами. Он используется в рентгеновской и g-дозиметрии. Кристаллы фтористого лития, прозрачные для ультракоротких волн длиной до 100 нм, применяют в производстве оптических приборов, кроме того, фторид лития является компонентом электролитов при получении алюминия и фтора.

Он входит в состав эмалей, глазурей, керамики, люминофоров и лазерных материалов.

   Для атомной техники важно моноизотопное соединение пития – ⁷LiF, применяемое для растворения соединений урана и тория непосредственно в реакторах.  

   2) Хлорид лития LiCl получают реакцией карбоната лития Li₂CO₃ и соляной кислоты (HCl). Также он может быть получен по высоко экзотермической реакции металлического лития с хлором или с безводным газообразным хлороводородом. Безводный хлорид лития может быть получен из кристаллогидрата при нагревании его с хлороводородом.

   Li₂CO₃ + 2HCl = 2LiCl + CO₂↑ + H₂O

   2Li + Cl₂ = 2LiCl

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Рис.5 Хлорид лития

   Физические  свойства

   Хлорид  лития - бесцветные кубические кристаллы. Молекулярная масса (в а.е.м.): 42,39; температура плавления 614°C; температура кипения 1380°C, гигроскопичен, плотность составляет 2,07 (25°C, г/см₃). Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К, кДж/моль): -408,3 (т). Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (298 К, кДж/моль): -384 (т) Стандартная энтропия образования S (298 К, Дж/моль·K): 59,3 (т) Стандартная мольная теплоемкость Cp (298 К, Дж/моль·K): 48,03 (т) Энтальпия плавления ΔHпл (кДж/моль): 13,4 Энтальпия кипения ΔHкип (кДж/моль): 150,6.

   Химические  свойства

   Хлорид  лития LiCl хорошо растворим в воде (84,67 г на 100 г при 25° С) и многих органических растворителях.