Литий

Литий в жидком вазелине

3	Литий
Li 6,94 ± 0,06
[Не]2s1

Ли́тий (лат. Lithium, каменный; обозначается символом Li) — элемент первой группы, второго периода периодической системы с атомным номером 3. Как простое вещество представляет собой мягкий щелочной металл серебристо-белого цвет, мягкий и пластичный, твёрже натрия, но мягче свинца. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой. Из всех щелочных металлов литий характеризуется наименьшей химической активностью, самыми высокими температурами плавления и кипения, у него самая низкая плотность при комнатной температуре среди всех металлов (почти в два раза меньше плотности воды). Вследствие своей низкой плотности литий всплывает не только в воде, но и, например, в керосине. Маленькие размеры атома лития приводят к появлению особых свойств металла.

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом Иоганном Арфведсоном сначала в минерале петалите, а затем в сподумене и в лепидолите. Металлический литий впервые получил Гемфри Дэви в 1818 году. Своё название литий получил из-за того, что был обнаружен в «камнях». Первоначально назывался «литион», современное название было предложено Берцелиусом.

Литий в научной и научно-популярной литературе

Затем Бунзен стал вводить в пламя по очереди натрий, калий, медь, литий, стронций. И каждый раз, когда пламя меняло свой цвет, оба они внимательно рассматривали спектр лучей, испускаемых раскаленными пара́ми металлов. Достаточно было посмотреть на них в спектроскоп Кирхгофа, чтобы сразу сказать, где литий, где стронций. Спектр лития состоит из одной яркой красной линии и одной оранжевой послабее, а спектр стронция — из одной голубой и нескольких красных, оранжевых, желтых линий. <...> Все, что попадалось ему под руку, он тащил к спектроскопу. Он вносил в пламя горелки и каплю морской воды, и каплю молока, и пепел сигары, и кусочки всевозможных минералов. В спектре пепла гаванской сигары он увидел желтую линию натрия и красные линии лития и калия; в спектре кусочка мела он увидел линии натрия, лития, калия, кальция, стронция. Множество разных веществ исследовал таким образом Бунзен, раскаляя их в жарком пламени горелки и наблюдая спектр раскаленных паров. Новый способ распознавать химический состав оказался необычайно чувствительным и точным. Бунзен находил спектральные линии редкого металла лития в тех веществах, в которых лития так мало, что никаким другим способом его обнаружить невозможно. Литий был найден спектроскопом и в морской воде, и в золе водорослей, прибитых Гольфстримом к берегам Шотландии, и в ключевой воде, которую Бунзен взял из источника, бьющего из гранитной скалы в окрестностях Гейдельберга, и в кусках гранита, отколотого от той же скалы, и в листьях винограда, выросшего на скале, и в молоке коровы, которая ела эти листья, и в крови людей, которые пили это молоко. Но газовая горелка и спектроскоп помогли химику Бунзену сделать еще более важное открытие: с их помощью он обнаружил два новых металла, о существовании которых никто и не подозревал.

— Матвей Бронштейн, «Солнечное вещество», 1936

Лишь второстепенные (по количеству) минералы, да и то не во всех типах пегматитов, существенно отличаются по составу, так как содержат в себе ценные редкие химические элементы, часто в ассоциации с минералами, содержащими летучие компоненты. Так, например, в гранитных пегматитах в дополнение к главнейшим породообразующим минералам (полевые шпаты, кварц, слюды) наблюдаются фтор- и борсодержащие соединения (топаз, турмалин), минералы бериллия (берилл), лития (литиевые слюды), иногда редких земель, ниобия, тантала, олова, вольфрама и др.

— Анатолий Бетехтин, «Курс минералогии», 1951

Наряду с получением оптического флюорита были предприняты попытки синтезировать фториды других металлов, обладающие интересными оптическими свойствами. После этих синтезов оказалось, что неизвестный в природе монокристаллический фтористый барий уступает флюориту в прозрачности к дальнему ультрафиолету, но зато пропускает более широкий участок инфракрасных лучей. Фтористый литий, наоборот, лучше флюорита пропускает ультрафиолетовое излучение, но у него уже пределы проницаемости для инфракрасных лучей.

— Давид Финкельштейн, «Искусственные минералы», 1966

Литийорганические соединения применяют там же, где и магнийорганические (в реакциях Гриньяра), но соединения элемента № 3 ― более активные реагенты, чем соответствующие гриньяровские реактивы. В годы второй мировой войны стало стратегическим материалом одно соединение лития, известное еще в прошлом веке. Речь идет о гидриде лития ― бесцветных кристаллах, приобретающих при хранении голубоватую окраску. Из всех гидридов щелочных и щелочноземельных металлов гидрид лития ― самое устойчивое соединение. Однако, как и прочие гидриды, LiH бурно реагирует с водой. При этом образуются гидроокись лития и газообразный водород. Это соединение стало служить легким (оно действительно очень легкое ― плотность 0, 776) и портативным источником водорода ― для заполнения аэростатов и спасательного снаряжения при авариях самолётов и судов в открытом море. Из килограмма гидрида лития получается 2, 8 кубометра водорода… Примерно в то же время стал быстро расти спрос еще на одно соединение элемента № 3 ― его гидроокись. Как оказалось, добавка этого вещества к электролиту щелочных аккумуляторов примерно на одну пятую увеличивает их емкость и в 2-3 раза ― срок службы.

— Геннадий Диогенов, «Литий», 1969

Появились реакторы, в которых избыточное тепло отводилось расплавленными металлами, в первую очередь натрием и калием. Но по сравнению с этими металлами у лития много преимуществ. Во-первых, он легче. Во-вторых, у него больше теплоемкость. В-третьих, ― меньше вязкость. В-четвертых, диапазон жидкого состояния ― разница между температурами плавления и кипения у лития значительно шире. Наконец, в-пятых, коррозионная активность лития намного меньше, чем натрия и калия. Одних этих преимуществ было бы вполне достаточно для того, чтобы сделать литий «атомным» элементом. Но оказалось, что ему суждено стать одним из незаменимых участников реакции термоядерного синтеза. Пожалуй, строительство завода по разделению изотопов лития ― единственный в своем роде факт из истории американского предпринимательства. Контракт на строительство этого завода заключил банкрот, и тем не менее строительство велось буквально в бешеном темпе. Банкротом был не кто иной, как Комиссия по атомной энергии.

— Геннадий Диогенов, «Литий», 1969

Для того чтобы смогли слиться ядра дейтерия и трития, нужна температура порядка 50 миллионов градусов. Но для того чтобы реакция пошла, нужно еще, чтобы атомы столкнулись. Вероятность такого столкновения (и последующего слияния) тем больше, чем плотнее «упакованы» атомы в веществе. Расчеты показали, что это возможно только в том случае, если вещество находится хотя бы в жидком состоянии. А изотопы водорода становятся жидкостями лишь при температурах, близких к абсолютному нулю. Итак, с одной стороны, необходимы сверхвысокие температуры, а с другой ― сверхнизкие. И это ― в одном и том же веществе, в одном и том же физическом теле! Водородная бомба стала возможной только благодаря разновидности гидрида лития ― дейтериду лития-6. Это соединение тяжелого изотопа водорода ― дейтерия и изотопа лития с массовым числом 6. Дейтерид лития-6 важен по двум причинам: он ― твердое вещество и позволяет хранить «сконцентрированный» дейтерий при плюсовых температурах, и, кроме того, второй его компонент ― литий-6 ― это сырье для получения самого дефицитного изотопа водорода ― трития. Собственно, Li-6 ― единственный промышленный источник получения трития. Нейтроны, необходимые для этой ядерной реакции, дает взрыв атомного «капсюля» водородной бомбы, он же создает условия (температуру порядка 50 миллионов градусов) для реакции термоядерного синтеза. В США идею использовать дейтерид лития-6 первым предложил доктор Э. Теллер. Но, по-видимому, советские ученые пришли к этой идее раньше: ведь не случайно первая термоядерная бомба в Советском Союзе была взорвана почти на полгода раньше, чем в США, и тем самым был положен конец американской политике ядерного и термоядерного шантажа.

— Геннадий Диогенов, «Литий», 1969

В 1855 году немецкому химику Бунзену и независимо от него английскому физику Матиссену электролизом расплавленного хлорида лития удалось получить чистый литий. Он оказался мягким серебристо-белым металлом, почти вдвое легче воды. В этом отношении литий не знает конкурентов среди металлов: алюминий тяжелее его в 5 раз, железо — в 15, свинец — в 20, а осмий — в 40 раз! <...> Некоторые органические соединения лития (стеарат, пальмиат и др.) сохраняют свои физические свойства в широком интервале температур. Это позволяет использовать их как основу для смазочных материалов, применяемых в военной технике. Смазка, в состав которой входит литий, помогает вездеходам, работающим в Антарктиде, совершать рейды в глубь континента, где морозы порой достигают — 60° С. Литиевая смазка — надежный помощник автомобилистов. В этом уже убедились владельцы «Жигулей», не случайно называющие ее «вечной»: достаточно один раз в начале эксплуатации смазать ею некоторые трущиеся детали машины, и долгие годы — практически до конца «жизни» автомобиля — они не будут нуждаться в этой операции.

— Сергей Венецкий, «Рассказы о металлах» (Легчайший из лёгких), 1978

Издавна символом прозрачности служила капля росы. Но даже прозрачные, как роса, стекла уже не удовлетворяют современную технику: ей нужны оптические материалы, которые пропускали бы не только видимые глазом лучи света, но и невидимые, например ультрафиолетовые. При помощи обычных телескопов астрофизики не могут уловить излучения очень далеких галактик. Из всех известных оптике материалов самой высокой прозрачностью для ультрафиолетовых лучей обладает фтористый литий. Линзы из монокристаллов этого вещества позволяют исследователям значительно глубже проникать в тайны Вселенной. Немаловажную роль играет литий в производстве специальных глазурей, эмалей, красок, высококачественного фарфора и фаянса. В текстильной промышленности одни соединения этого элемента служат для отбеливания и протравливания тканей, другие — для их окраски. Соли лития окрашивают в яркий синезеленый цвет след трассирующих пуль и снарядов.

— Сергей Венецкий, «Рассказы о металлах» (Легчайший из лёгких), 1978

Я потом предложил развитие метода «искусственной кометы» ― использовать в качестве «рабочего вещества» вместо натрия литий. Такой же оптический эффект можно было получить, испаряя в десятки раз меньше вещества. А цвет литиевой «кометы» должен был быть багрово-красный. Космические корабли стали бы похожи на трассирующие пули! Ничего из этого не вышло ― никто этим серьезно не заинтересовался. Тогда же я предложил в качестве «рабочего вещества» стронций и барий, подчеркнув богатые возможности этого метода для исследования земной магнитосферы. Через много лет в ФРГ были весьма успешно осуществлены эти эксперименты.

— Иосиф Шкловский, «Новеллы и популярные статьи», 1982

Необходимость водорода для водородной бомбы очевидна только на словесном уровне. А на уровне физики этот элемент в водородной бомбе вообще не используется. Водород ― самый легкий элемент, но не самый склонный к слиянию. Условия, в которых слияние может идти, сильно различаются для разных ядер, и достижимее всего слияние не самого водорода, а его изотопов ― дейтерия и трития, D и T. Дейтерий, хоть и в малом количестве, подмешан ко всякому природному водороду и выделять его в чистом виде научились еще в довоенные годы. Потому-то в постановлении правительства в июне 1948 года говорилось о «горении дейтерия». Трития в природе практически нет вовсе, и получать его очень трудно, точнее, дорого. К тому же тритий ― радиоактивен и, уже добытый, распадается со временем. Свойства дейтерия, и тем более трития, были недостаточно изучены, чтобы проводить точные расчеты. Однако точно было известно, что дейтерий и тритий ― газы. Как же из газа сделать слой, окружающий центральный атомный шар в Слойке? Трудно. Гинзбург предложил использовать для «водородного» слоя гораздо более удобное вещество ― твердое и нерадиоактивное ― химическое соединение дейтерия с литием ― дейтерид лития, в химических символах LiD. К этим символам вскоре прибавили совсем нехимический суффикс и за новым термоядерным веществом закрепилось ласковое женское имя LiDочка. Литий ― тоже легкий элемент, но LiDочка ― это уже не газ, а твердое вещество, с которым проще иметь дело. Однако Гинзбург предложил LiDочку по другой причине и сам не сразу понял, насколько новая термоядерная взрывчатка хороша. Для него вначале главным было то, что литий, облученный нейтронами от первичного атомного взрыва, добавляет некоторое количество энергии и тем самым дополнительно разогревает термоядерный слой, делая его более способным к слиянию ядер. Спустя несколько месяцев он догадается, что гораздо важнее слагаемое «тритий».

— Геннадий Горелик. «Андрей Сахаров. Наука и свобода», 2004

ВИАМ стал родоначальником серии сплавов пониженной плотности. Это совершенно новый класс материалов, содержащих литий. Первый такой сплав создал академик И. Н. Фридляндер со своими учениками еще в 60-х годах ― на четверть века раньше, чем где-либо в мире. Его практическое использование, правда, поначалу было ограничено: такой активный элемент, как литий, требует особых условий выплавки. Первый промышленный алюминиево-литиевый сплав (его марка 1420) был создан на основе системы алюминий ― магний с добавлением 2% лития. Его использовали в КБ А. С. Яковлева при строительстве самолётов вертикального взлета для палубной авиации ― именно для таких конструкций экономия веса имеет особое значение. Як-38 эксплуатируется до сих пор, и никаких нареканий к сплаву нет. Более того. Оказалось, что детали из этого сплава обладают повышенной коррозионной стойкостью, хотя алюминиево-магниевые сплавы и сами по себе мало подвержены коррозии. Сплав 1420 можно сваривать. Это его свойство использовали при создании самолета МиГ-29М. Выигрыш в весе при строительстве первых опытных образцов самолета за счет пониженной плотности сплава и исключения большого количества болтовых и клепочных соединений достигал 24%!

— Александр Жирнов, «Крылатые металлы и сплавы», 2007

Литий в художественных текстах

Клод доедал обед. От сыра остался один кусок, правда довольно большой. Жёлтый, с сиреневыми дырочками, он лениво ворочался в своей тарелке. На десерт Клод налил себе целый стакан карамельного гидрата окиси лития и слушал, как он, пузырясь, стекает по пищеводу. Пузырьки воздуха поднимались против течения и лопались в гортани, производя металлический звук. Клод встал, чтобы выйти на звонок, прозвучавший за дверью. Это был зять квартирной хозяйки.

— Борис Виан, «Осень в Пекине», 1946

Вот та черта, которую не переступить шекспировскому злодею, но злодей с идеологией переходит её ― и глаза его остаются ясны. Физика знает пороговые величины или явления. Это такие, которых вовсе нет, пока не перейден некий, природе известный, природою зашифрованный ПОРОГ. Сколько не свети желтым светом на литий ― он не отдаёт электронов, а вспыхнул слабый голубенький ― и вырваны (переступлен порог фотоэффекта)! Охлаждай кислород за сто градусов, сжимай любым давлением ― держится газ, не сдаётся! Но переступлено сто восемнадцать ― и потек, жидкость. И, видимо, злодейство есть тоже величина пороговая.

— Александр Солженицын, «Архипелаг ГУЛаг», 1968

См. также

• Водород
• Щелочные металлы
• Металлы
• Химические элементы
• Гелий
• Натрий
• Химия
• Камень
• Пегматит
• Цезий