Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

Кафедра Химии и технологии

редких и рассеянных элементов

им. проф. К.А. Большакова

Г.В. Зимина, А.М. Потапова, И.Н.Смирнова

ИЗБРАННЫЕ ГЛАВЫ ХиТРЭ.

ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТИЯ.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

МОСКВА

2014

ББК 24.121

УДК 546.31'34

Рецензент: проф., д.х.н. Вольдман Г.М. (МИТХТ, кафедра химии и технологии наноразмерных и композиционных материалов)

Зимина Г.В., Потапова А.М., И.Н.Смирнова

Избранные главы ХиТРРЭ. Химия и технология лития.

Учебное пособие. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2014 г., 60 с.

Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В. Ломоносова в качестве учебного пособия.

Учебное пособие содержит материалы для углубленного изучения студентами дисциплины «Физико-химические основы технологии редких элементов». Учебное пособие рекомендовано для студентов 4-го курса, обучающихся по образовательной программе 150100.62 «Материаловедение и технологии материалов» и по образовательной программе 240603.65 «Химическая технология редких элементов и материалов на их основе».

В него вошли основные понятия и вопросы, посвященные химии и технологии лития.

© МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2014.

СОДЕРЖАНИЕ

1.РЕДКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ IA ПОДГРУППЫ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ 4

2. ЛИТИЙ 6

2.1. Химия лития 6

2.1.1. Соединения лития с кислородом 10

2.1.2. Галогениды лития 17

2.1.3. Соединения лития с другими элементами 21

2.1.4. Сплавы лития с металлами 23

2.2. Важнейшие области применения лития и его соединений 24

2.3. Геохимия лития и сырьевые источники 29

2.3.1. Минералы лития 30

2.3.2. Извлечение лития из солевых растворов 33

2.4. Технология переработки литиевого сырья 39

2.4.1. Обогащение литиевого рудного сырья 39

2.4.2. Общие вопросы технологии лития 40

2.4.3. Переработка сподумена 41

2.4.4. Переработка лепидолита 50

2.4.5. Переработка карбоната лития на гидроксид и хлорид 51

2.5. Получение металлического лития 54

Рекомендуемая литература 60

1. Редкие элементы ia подгруппы. Общая характеристика элементов

В первую группу Периодической системы элементов Д.И. Менделеева входят литий ³Li, натрий¹¹Na, калий¹⁹K, рубидий³⁷Rb, цезий⁵⁵Cs и франций⁸⁷Fr. Исторически сложившееся название этой группы – щелочные элементы, так как их гидроксиды являются едкими щелочами. Из этой группы элементов Li, Rb и Cs – редкие, Fr – редкий радиоактивный элемент, малодоступный для использования, поскольку период полураспада его наиболее долгоживущего изотопа⁸⁷Fr 223 всего 21,8 мин. Некоторые свойства щелочных элементов приведены в табл. 1.

Атомы этих элементов обладают единственным S-электроном сверх конфигурации инертного газа (табл.1). Низкий потенциал ионизации внешнего электрона и тот факт, что образующийся М-ион имеет конфигурацию атома инертного газа и является, таким образом, сферическим, влияет на химические свойства этих элементов, особенно на свойства их М-ионов. Другие степени окисления неизвестны, исходя из величин потенциалов вторичной ионизации, трудно предположить их существование.

Все щелочные образуют преимущественно ионные соединения, но в некоторых случаях проявляют тенденцию к образованию ковалентных связей. В газообразных двухатомных молекулах Na₂, Cs₂присутствует ковалентная связь, кроме того, связь с кислородом, азотом и углеродом в комплексных и металлоорганических соединениях имеет слабый ковалентный характер, например, LiBH₄, LiNH₂. Тенденция к образованию ковалентных связей ярче выражена у лития и гораздо слабее у цезия. Cs – самый электроположительный элемент. В свойствах элементов 1-ой группы наиболее ясно (с небольшими отклонениями) проявляется влияние увеличения размера и массы на химические и физические свойства элементов. При переходе от Li к Cs последовательно уменьшаются:

1. температуры плавления, кипения и энтальпия сублимации металлов;

2. энергии образования кристаллических решеток всех солей, за исключением солей с очень небольшими анионами;

3. эффективные радиусы гидратированных ионов и энтальпии гидратации;

4. прочность ковалентных связей в молекулах;

5. потенциалы ионизации.

Некоторые другие ионы (NH⁺⁴, Tl⁺) имеют химические свойства близкие к свойствам элементов 1-ой группы.

Таблица 1