Lithium

český názevLithium
latinský názevLithium
anglický názevLithium
chemická značkaLi
protonové číslo3
relativní atomová hmotnost6,941
perioda2
skupinaI.A
zařazeníalkalické kovy
rok objevu1817
objevitelJ. A. Arfvedson
teplota tání [°C]180,54
teplota varu [°C]1342
kritická teplota [°C]2950
kritický tlak [MPa]67
hustota [g cm-3]0,534
hustota při teplotě tání [g cm-3]0,512
elektronegativita [Pauling]0,98
elektronegativita [Mulliken]0,97
standardní el. potenciál [V]−3,0401
oxidační stavyI
elektronová konfigurace[He]2s1
atomový poloměr [pm]167
kovalentní poloměr [pm]134
specifické teplo [J g-1K-1]3.6
skupenské teplo tání [kJ mol-1]147
slučovací teplo [kJ mol-1]3.0
tepelná vodivost [W m-1 K-1]84,8
elektrická vodivost [S m-1]1,17.107
1. ionizační energie [kJmol-1]520,221
2. ionizační energie [kJmol-1]7298,145
3. ionizační energie [kJmol-1]11815,034
tvrdost podle Mohse0,6
modul pružnosti ve smyku [GPa]4,2
modul pružnosti v tahu [GPa]4,9
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce

Chemický prvek lithium je na řezu stříbrobílý, lesklý, lehký, velmi měkký, neušlechtilý kov. Společně se sodíkem, draslíkem, rubidiem, cesiem a franciem patří mezi alkalické kovy.

Za normálních podmínek krystalizuje v kubické krystalografické soustavě, při teplotě pod -200°C se vyskytuje hexagonální alotropická modifikace. S hustotou 534 kg·m-3 je lithium nejlehčí kov na Zemi. Páry lithia mají hnědou barvu.

Stejně jako ostatní alkalické kovy je i lithium mimořádně reaktivní chemický prvek. Na vzduchu je nestálé, rychle se pokrývá vrstvou agresivního a korozivního hydroxidu lithného LiOH a posléze uhličitanu lithného Li2CO3, zapáleno na vzduchu hoří za vzniku bílého oxidu lithného Li2O a nitridu lithého Li3N. S kyslíkem hoří za vzniku peroxidu Li2O2. V atmosféře ozonu shoří za vzniku explozivního ozonidu lithného LiO3. S vodou reaguje za vzniku vodíku:

2Li + 2H2O → 2LiOH + H2

Reakce lithia s minerálními kyselinami probíhá prudce exotermně za vzniku lithné soli a vývoje vodíku:

2Li + 2HCl → 2LiCl + H2
2Li + 3H2SO4 → 2LiHSO4 + SO2 + 2H2O
3Li + 4HNO3 → 3LiNO3 + NO + 2H2O

S halogeny se slučuje přímo již při laboratorní teplotě, pouze s jodem reaguje až po zahřátí na teplotu přes 200°C. Za vyšších teplot reaguje s vodíkem za vzniku hydridu lithného LiH, s uhlíkem tvoří acetylid Li2C2, s křemíkem tvoří silicidy Li6Si2, Li4Si a Li2Si. S kapalným amoniakem reaguje za vzniku amidu lithého LiNH2, s plynným amoniakem tvoří při teplotě 400°C imid lithný Li2NH. Se sírou se slučuje na sulfid lithný Li2S při teplotě nad 130°C, se selenem a tellurem reaguje za vzniku selenidu lithnéno Li2Se a telluridu lithného Li2Te již při teplotách hluboko pod bodem mrazu.

Lithium se dobře rozpouští v roztocích některých organických látek, např. v ethylaminu, není rozpustné v uhlovodících. Rozpustnost lithných solí ve vodě je nejnižší ze všech alkalických kovů, s výjimkou chlorečnanu lithného LiClO3, který je naopak ve vodě velice dobře rozpustný, mezi velmi špatně rozpustné soli lithia patří fluorid lithný LiF. Analytický důkaz lithných solí se nejlépe provede přidáním hydrogenfosforečnanu, v alkalickém prostředí vzniká bílá sraženina téměř nerozpustného fosforečnanu lithného Li3PO4.

Výskyt lithia v přírodě

V přírodě se elementární lithium jako prvek nevyskytuje, nachází se pouze ve sloučeninách, ve kterých je výhradně jednomocné. Doprovází sodík a draslík. Průměrný obsah lithia v zemské kůře je 65 ppm. Přírodní lithium je směsí dvou stabilních izotopů 6Li a 7Li, uměle bylo připraveno dalších 5 radioaktivních izotopů lithia s nukleonovými čísly 5 až 11.

Nejdůležitějšími minerály lithia jsou eucryptit LiAlSiO4, spodumen LiAlSi2O6, amblygonit (Li,Na)Al(PO4)(F,OH), petalit LiAlSi4O10 a lepidolit K(Li,Al)3(Si,Al)4O10(OH,F)2. Ostatní nerosty lithia jsou poměrně vzácné, např. trifylín LiFePO4 a cinvaldit KLiFeAl[(F,OH)2|AlSi3O10].

Největší obsah lithia ze všech nerostů (26,76 % Li) má griceit LiF. Celkem bylo popsáno 131 nerostů s obsahem lithia.

Těžba a zásoby

Pro průmyslovou těžbu mají největší význam ložiska lithia v jezerních sedimentech a solankách v Chile a USA. Většina průmyslově využitelných zásob lithia se nalézá v Chile (9 Mt), Bolívii (9 Mt), USA (6,7 Mt), Argentině (6,5 Mt), Číně (5,1 Mt) a Austrálii (1,7 Mt). Roční těžba nerostů lithia se pohybuje okolo 40 kt. Roční světová produkce kovového lithia v roce 2015 dosáhla úrovně 37 kt.

Celosvětové těžitelné zásoby lithia se odhadují na 34 Mt čistého kovu. V Evropě jsou největší, doposud neověřené, zásoby lithia v Srbsku - více než 1 Mt.

Zásoby a těžba lithia v ČR

Významné zásoby lithia jsou i v ČR. Žíly cinvalditu v kyselých žulách v okolí Cínovce a Krupky (evidované ložisko Cínovec-jih) ukrývají 140 000 t lithia. Odvaly a odkaliště po bývalé těžbě ukrývají dalších 5 000 tun kovu. Celkové zásoby rud se zvýšeným obsahem lithia, rubidia a cesia byly na Cínovci odhadnuty na nejméně 300 Mt s průměrnou kovnatostí 0,117 % Li. Těžba lithia probíhala na Cínovci již v letech 1953 až 1967. Pro vysoké přepravní náklady bylo od dalšího pokračování těžby ustoupeno. Důl Cínovec vyprodukoval celkem 23 kt Li koncentrátu. Výroba elementárného lithia probíhala v letech 1957-1968 v závodě Lachema Kaznějov. Podle záměrů německé společnosti SolarWorld měla být na saské straně ložiska Cínovec obnovena těžba lithia v roce 2016. Povolení ke zpracování odvalů získala společnost Cínovecká deponie. Hlubinou těžbu na české straně ložiska Cínovec plánuje společnost Geomet.

Metasomatické pegmatity s zonálními žílami lithných slíd lepidolitu, spodumenu a petalitu jsou lokalizovány i na dalších nalezištích v ČR, např. Vernéřov u Aše nebo Dobrá Voda u Velkého Meziříčí, známá je povrchová žíla lithného pegmatitu o mocnosti až 13 m u Nové Vsi u Křemže, kovnatost až 3,3 % Li vykazují vzorky trilithionitu z Rožné. Významný obsah lithia mají také známé minerální vody Vincentka (11,1 mg/l) a Ida. Anomálně vysoký obsah lithia ve formě bromidu lithného je v solance dobývacího prostoru černouhelného dolu Slaný. Obsah lithia v tomto ložisku je vyčíslen na 15 000 t kovu, v dole se dále nalézá 123 000 t bromu a nejméně 18 Mt chloridu sodného. Zásoby lithia v celé ČR tak tvoří 1 % celosvětových zásob.

Výroba kovového lithia

Výroba lithia se provádí tavnou elektrolýzou eutektické směsi 55% LiCl a 45% KCl. Elektrolytická výroba lithia probíhá v otevřených elektrolyzerech při teplotě 420°C, pracuje se s napětím 6,5 V, proudová hustota dosahuje hodnoty 20 A. Na železné katodě se vylučuje téměř čisté lithium s malou příměsí draslíku.

V omezené míře se provádí metalotermická výroba lithia redukcí oxidu lithného křemíkem nebo redukcí fluoridu lithného hliníkem. Metalotermická výroba probíhá při teplotách okolo 1000°C za přítomnosti oxidu vápenatého jako struskotvorné přísady:

2Li2O + Si + CaO → 4Li + CaSiO3
6LiF + 2Al + 4CaO → 6Li + Ca(AlO2)2 + 3CaF2

Zpracování rudného koncentrátu

Hlavní surovinou pro přípravu chloridu lithého nutného k elektrolýze je minerál spodumen LiAlSi2O6, který se zpracovává řadou postupů. Běžné jsou kyselé způsoby, např. sulfatační postup, kdy se rudný koncentrát louží v koncentrované kyselině sírové při teplotě 1050-1100°C, lithium přejde do roztoku jako síran lithný Li2SO4, z roztoku se působením K2CO3 vysráží ve formě špatně rozpustného Li2CO3, který se rozpuštěním v kyselině chlorovodíkové převede na chlorid lithný LiCl. Chloridový proces spočívá v působení plynného chloru na koncentrát při teplotě 940°C, zde je produktem přímo plynný chlorid lithný. Nízkoteplotní chloridový proces využívá rozkladu působením kyseliny chlorovodíkové při teplotě 100°C.

Pro zpracování cinvalditu byly vypracovány i alternativní tavné postupy, sulfátovy používá tavení koncentrátu s K2SO4 při teplotě 850°C. Sádrový proces využivá tavení koncentrátu se směsí CaSO4 a Ca(OH)2 při teplotě 950°C. Vápencový postup používá k rozkladu CaCO3 při teplotě 820°C.

Kromě tavných procesů se využívají i postupy autoklávové, kdy se k rozkladu rudného koncentrátu požívá roztok NaOH, Na2SO4 nebo Na2CO3. Autoklávový rozklad probíhá za zvýšeného tlaku při teplotách 250-300°C.

Slitiny

Lithium jako kov nalézá uplatnění jako součást lehkých slitin, zejména pro leteckou a kosmickou techniku. Slitiny s obsahem lithia se vyznačují nízkou hustotou, vysokou pevností, značným modulem pružnosti a velmi vysokou kryogenní odolností. Nejčastěji se používají slitiny lithia s hliníkem a hořčíkem. Některé slitiny lithia, jako např. Weldalit 049 (Al, Li, Cu, Mg, Zr, Ag) jsou snadno svařitelné. Lithiová slitina Weldalit 049 má stejnou hustotu jako hliník, ale o 5% vyšší modul pružnosti.

Hořčíko-lithiová slitina LA 141 (85 % Mg, 9 % Li, 3 %Zn, 3 %Al+Ba) má hustotu pouhých 1,4 g/cm3. Další slitiny lithia se dodávají pod obchodními názvy CP 276, slitina 2090, slitina 8090 apod. Nejdéle používanou slitinou lithia je bahnmetall (Pb-Li-Ca-Mg-Na), který se již od dvacátých let minulého století používá ke konstrukci ložisek železničních vagonů.

Využití lithia a jeho sloučenin

Velké množství lithia (24 % celkové spotřeby) se spotřebovává ve formě uhličitanu lithného Li2CO3 v keramickém a sklářském průmyslu pro snižování bodu tání, úpravu viskozity a součinitele tepelné roztažnosti - sklokeramické varné desky. Uhličitan lithný a oxid lithný Li2O jsou důležitou složkou transparentních glazur pro redukční výpal keramiky. Významné je využití uhličitanu lithného ke snižování teploty taveniny při elektrolytické výrobě hliníku. Roztok bromidu lithného LiBr se používá jako náhrada freonů v chladících zařízeních. Stearan lithný se používá k úpravě viskozity maziv a olejů - lithná mýdla. Dalších 13 % světové spotřeby představují katalyzátory na bázi lithia pro výrobu kaučuku, plastů a farmaceutik, 39 % z celkové spotřeby lithia se ve formě fosforečnanu lithno-železnatého LiFePO4 využívá k výrobě anod do Li-Ion článků.

Hydrid lithný LiH je výchozí látkou pro přípravu hydridů Li[AlH4] a Li[BH4], které jsou důležitými redukčními činidly v organické chemii a ověřují se jako experimentální zdroje vodíku pro jeho využití jako paliva v automobilech. Fenyllithium C6H5Li je reakčním činidlem při přípravě olefinů z aldehydů a ketonů (Wittigova reakce). Dusičnan lithný LiNO3 a chlorečnan lithný LiClO3 se využívají v pyrotechnice - barví plamen intenzivně karmínově. Křemičitan lithný Li2SiO3 je základní složkou prostředků pro vytvrzování betonových ploch. Krystalický fluorid lithný LiF dokonale propouští UV záření a používá se ke konstrukci laboratorních a měřících přístrojů pracujících v UV oboru spektra. Jodid lithný LiI se používá jako detektor neutronů a jako luminofor halogenidových výbojek. Molybdenan lithný Li2MoO4 je inhibitorem koroze. Titaničitan lithný Li2TiO3 slouží k přípravě bílých glazur a smaltů. Wolframan lithný Li2WO4 slouží k přípravě hustých vyplachovacích roztoků pro ropné vrty. Tantaličnan lithný LiTaO3 a niobičnan lithný LiNbO3 mají piezoelektrické vlastnosti a využívájí se v výrobě detektorů pohybu. Kyanid lithný LiCN se používá jako laboratorní činidlo.

Významnou úlohu sehrálo lithium při vývoji a výrobě termonukleárních zbraní. Pomocí jaderných reakcí se z lithia připravuje izotop vodíku 3H - tritium, které je palivem pro termonukleární fúzi. Deuterid lithia LiD zároveň slouží v termonukleární pumě jako stabilní nosič a zásobník deuteria - druhé látky nutné k uskutečnění termonukleární reakce. První prakticky využitelná (vešla se do letadla) vodíková bomba, sovětská RDS-6s akademika Sacharova, byla v roce 1952 vyrobena s využitím lithia a jeho hydridu.

Zdroje

helium ← lithium → beryllium

TOPlist