Литий - один из самых полезных элементов, известных человеку, а также считается одним из самых загадочных. Узнайте больше об этом универсальном элементе из наших интересных фактов о литии.
Литий дает свое название семейству элементов лития.
Они также известны под названием щелочных металлов и включают в себя не только литий, но и натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Эти элементы также имеют одинаковые физические характеристики между собой. К ним относятся мягкость до такой степени, что люди могли бы резать их ножом для масла, а также быстрая реакция на воду и кислород в воздухе.
Это означает, что ученые никогда не находят их в чистом виде в природе, а только в виде солевых соединений. И когда ученые или инженеры-химики перерабатывают эти элементы, их необходимо хранить в минеральном масле, чтобы сохранить их чистыми. Из семейства литиевых натрий является наиболее распространенным, в то время как франций - самым редким. Литий на самом деле стоит в середине семейства, когда речь заходит о его редкости в природе.
Литий - удивительная редкость во Вселенной.
Как мы уже упоминали ранее, литий считается одним из первых трех элементов, появившихся во Вселенной. Но по сравнению с гелием или водородом литий редко обнаруживается астрономами в космосе. Кислород, а не литий, считается третьим по распространенности элементом во Вселенной, причем литий даже не входит в первую десятку. Ученые-ядерщики считают, что это происходит из-за того, как звезды сплавляют элементы в своих ядрах.
В частности, водород соединяется с гелием, образуя литий, только для того, чтобы литий сразу же после этого соединялся с водородом, образуя больше гелия. Тем не менее, хотя это означает, что большинство звезд редко содержат литий, у самых маленьких звезд, коричневых карликов, лития на самом деле много. Это происходит из-за того, что они слишком малы, чтобы сплавлять с водородом что-либо тяжелее водорода, позволяя любому образовавшемуся литию сохраняться.
Литий играет важную роль в организме как растений, так и животных.
Растения и беспозвоночные, как правило, содержат в своем организме больше лития, чем позвоночные, - около 3000 частей на миллион. Напротив, у позвоночных максимальное содержание лития составляет около 800 ppb, при этом в среднем всего 400 ppb. Ученые до сих пор не совсем уверены в том, как литий действует в организме растений и животных. Во-первых, он конкурирует с кальцием, калием и натрием в клеточных процессах.
Они также отметили, что литий играет важную роль в генетических процессах клетки и процессах производства энергии. Это может даже частично обратить вспять старение, удлиняя теломеры, которые ограничивают способность клетки реплицировать свою ДНК. Однако загадка заключается не в том, что литий делает в клетках организма, а в том, как он работает.
Ученые соблюдают меры предосторожности, когда дело доходит до обращения с литием.
Реакционная способность лития делает его пожароопасным, а также агрессивным веществом, подобным кислоте. Чистый литий может вызвать химические ожоги при обращении с ним незащищенной рукой, и в случае длительного воздействия потребуется медицинская помощь. Как и натрий, литий также может взрываться при контакте с водой, что неудивительно, учитывая, что оба они относятся к щелочным металлам. И даже если он не взорвется, при попадании лития в воду образуются ядовитые газы.
Даже неочищенный литий имеет свои опасности, особенно в виде пыли, которая может повредить мягкие ткани носа и горла. Длительное воздействие литиевой пыли также может привести к накоплению жидкости в легких, что может привести к потенциально смертельному исходу - отеку легких.
Различные страны по всему миру производят литий.
Аргентина, Боливия и Чили являются крупнейшими в мире производителями лития, благодаря тому, что на их долю приходится 75% мировых запасов лития. Это дало трем странам прозвище “Литиевый треугольник” за их доминирование в отрасли. Однако недавно основным конкурентом стало Конго в Африке, где в 2017 году были обнаружены богатые литиевые руды с низким содержанием примесей.
Разработка запасов продолжалась на протяжении многих лет, и первый коммерческий экспорт должен начаться в 2023 году. Помимо ранее упомянутых стран, как Китай, так и США также имеют собственное крупное внутреннее производство лития.
Существует простой способ усовершенствовать элемент.
Тем не менее, сложность возрастает в зависимости от исходного сырья, поскольку соляной раствор является самым простым сырьем для очистки лития. Это связано с тем фактом, что литий уже существует в виде соли в соляном растворе, в отличие от руд, где соли лития входят в состав силикатных соединений. соляной раствор просто нужно выпарить на солнце, после чего соли просеиваются в соответствии с их составом.
Напротив, литиевые руды должны подвергаться химической обработке для отделения соли лития от силикатов и других соединений, содержащихся в рудах. Как только экстракция соли лития заканчивается, ее смешивают с солью калия и подвергают электрообработке. В результате этого процесса получается не только чистый литий, но также чистый калий и хлорид.
Литиевая промышленность оказывает негативное воздействие на окружающую среду.
Открытая добыча остается наиболее эффективным способом добычи руды, но это сопряжено с нанесением ущерба ландшафту. Это лишает животных в этом районе среды обитания, от которой зависит их выживание. Необходимость откачивать воду, чтобы она не затопляла шахту, также приводит к загрязнению природных водоемов тяжелыми металлами, такими как сурьма, мышьяк и магний.
В дополнение к загрязнению воды, перекачка также приводит к падению уровня грунтовых вод в регионе. Соединения кальция, также называемые известью, являются основным побочным продуктом добычи лития. В зависимости от других руд и месторождений в шахте, другие побочные продукты могут включать серную кислоту и даже уран.
Это также вызвало обеспокоенность в области прав человека.
Это очевидно в тех местах, где залежи лития залегают в районах с многочисленным коренным населением. Аргентина особенно подверглась критике за то, что не провела консультаций с коренными народами по поводу разработки их месторождений лития. Критики также отметили, что, хотя Аргентина требует от горнодобывающих компаний уважать права коренных народов, одни и те же компании пользуются различными привилегиями. К ним относится контроль за обменом информацией на основе защиты корпоративных интересов.
Компании также, как правило, имеют полную свободу действий в диктовке условий коренным народам в отношении прав на землю. Аналогичные проблемы возникли в США в связи с разработкой месторождений лития в Неваде. Также появились обвинения в адрес горнодобывающих компаний и застройщиков земель в том, что они допускают насилие и даже изнасилования в отношении коренных народов в Неваде.
Больше всего этот элемент используется в литий-ионных батареях.
Несмотря на то, что это стало обычным явлением только с 2000-х годов, НАСА фактически впервые разработало литий-ионные аккумуляторы в 1960-х годах. Однако в то время методы производства оказались слишком сложными и дорогостоящими для массового производства. Однако в 1980-х годах инженеры продолжили разработку аккумуляторов. Это привело к упрощению процесса и снижению затрат, и в 1991 году Sony выпустила первые коммерческие литий-ионные аккумуляторы.
Разработка литий-ионных аккумуляторов продолжается и по сей день, причем аккумуляторы стали мейнстримом в 2000-х годах, когда на рынке в то время наблюдался бум индустрии смартфонов. За разработку литий-ионного аккумулятора инженеры Джон Гудинаф, Рашид Язами и Акира Есино получили Нобелевскую премию по химии в 2019 году.
Литий-ионные аккумуляторы бывают двух видов.
То, что мы обычно называем литий-ионной батареей, имеет собственное название литий-ионный элемент. Чаще всего они имеют приплюснутую форму или напоминают мешочек, наподобие тех, что используются в мобильных телефонах и электронике аналогичного размера. Однако они также бывают цилиндрической формы, например, те, что используются для ноутбуков и других подобных устройств. В отличие от уплощенных ячеек или ячеек в форме мешочка, цилиндрические ячейки страдают от проблем с нагревом.
Помимо элементов питания, существует также батарейный блок, который включает в себя несколько элементов, работающих одновременно. Портативные внешние источники питания для ноутбуков и электроники являются одним из примеров литий-ионного аккумуляторного блока. В электромобилях также используются аккумуляторные батареи, которые обычно оснащены встроенными системами охлаждения и электробезопасности.
У них много различных применений.
Чаще всего они служат источниками питания для смартфонов и портативных компьютеров. Многие другие электронные устройства также используют литий-ионные аккумуляторы, такие как планшеты, цифровые фотоаппараты и видеокамеры. В перезаряжаемых фонарях также обычно используются литий-ионные аккумуляторы, и даже электронные сигареты работают на литий-ионных батареях. Кусторезы, дрели, шлифовальные машины, пила и триммеры - все это беспроводные инструменты, которые могут питаться от литий-ионных аккумуляторов.
В аэрокосмическом секторе литий-ионные аккумуляторы используются в качестве источников питания для роботов, таких как марсоход Curiosity, отправленный на Марс. Инженеры-электрики по всему миру сегодня даже экспериментируют с идеей использования огромных литий-ионных аккумуляторов в качестве аварийных резервов питания на случай отключения электроэнергии.
Литий опасен в плане возгорания и даже взрывоопасен.
Опасность пожара связана с тем, что литий-ионный аккумулятор содержит легковоспламеняющийся электролит. Обычно это не представляет большой опасности, но люди все равно должны быть осторожны. Быстрая зарядка литий-ионного аккумулятора приводит к накоплению тепла, и аккумулятор может взорваться даже без внешних повреждений. Сильный холод также делает литий-ионные аккумуляторы небезопасными, поскольку приводит к кристаллизации лития внутри аккумулятора.
Кристаллы могут вызвать короткое замыкание, которое, в свою очередь, может привести к взрыву батареи. Только в 2013 году три разных самолета пострадали от пожаров в воздухе из-за перегрева литий-ионных аккумуляторов. Если бы не мастерство пилотов, самолеты легко могли бы разбиться. Сегодня продолжаются исследования по поиску замены электролита для более безопасных литий-ионных аккумуляторов.
Литий-ионные аккумуляторы также требуют безопасной утилизации.
С одной стороны, литий-ионные аккумуляторы не оставляют после себя токсичных тяжелых металлов после утилизации, как другие аккумуляторные батареи. Но это также означает, что люди позволили использованным литий-ионным батареям накапливаться на свалках. Это, или с ними обращаются как с другим мусором и просто сжигают в мусоросжигательных установках. Хотя, опять же, литий-ионные аккумуляторы не содержат токсичных тяжелых металлов, которые могли бы попасть в атмосферу при сгорании, они все равно выделяют углекислый газ, который способствует глобальному потеплению.
Существуют методы утилизации использованных батареек, включающие их разборку для удаления металла внутри. Однако это оказывается сложным и дорогостоящим процессом, который обходится в среднем в 3 доллара за каждый 1 кг. Это, в свою очередь, означает, что по состоянию на 2019 год менее 5% использованных литий-ионных аккумуляторов перерабатывается.
Литий находит различное применение в промышленности.
Стекольная промышленность является крупнейшим потребителем лития в мире. В частности, в форме карбоната лития, из которого они извлекают оксид лития. Стеклоделы добавляют оксид лития в песок, снижая температуру плавления последнего и облегчая его превращение в стекло. Фторид лития также находит аналогичное применение в алюминиевой промышленности, не только снижая температуру плавления алюминия, но и повышая электрическое сопротивление готового продукта.
Этот элемент также имеет место в нанотехнологиях, он используется наряду с кремнием для сварки наноразмерных электронных компонентов. И что самое простое, производители фейерверков также используют литий для придания красного цвета взрывам своих изделий.
Он также нашел применение в космических аппаратах.
Во-первых, инженеры используют литий-алюминиевые сплавы для изготовления гибких и легких деталей. Литий также может сплавляться с другими металлами, такими как кадмий, медь и марганец, все из которых находят свое применение в космической промышленности. Литий-марганцевые сплавы, в частности, славятся легкостью и прочностью. Они также используют бромид лития и хлорид лития в качестве осушителей для двигателя, чтобы отводить воду и предохранять ее от загрязнения топлива.
Гидроксид лития и перекись лития также используются в скрубберах на борту космических аппаратов. Эти соли вступают в реакцию с любым углекислым газом в воздухе, превращая его в карбонат лития и кислород. Первый хранится как отходы, в то время как кислород возвращается в атмосферу космического корабля.
Военные также находят различные применения литию.
Обычно в них добавляют гидрид лития для увеличения тепловыделения и мощности ракетного топлива, причем некоторые ракеты просто используют гидрид лития в качестве топлива. Аналогично, торпеды Mark 50 используют металлический литий в качестве топлива с гексафторидом серы в качестве окислителя. При запуске двигатель торпеды распыляет гексафторид серы поверх металлического лития.
В результате реакции образуется горячий газ, который двигатель использует для вращения пропеллера и движения торпеды по воде. Однако, безусловно, самое печально известное применение лития в вооруженных силах связано с ядерным оружием. В частности, гидрид лития служит источником топлива в водородных бомбах, способных производить взрывы, сравнимые с миллионами тонн тротила.
Атомная промышленность США в настоящее время сталкивается с дефицитом лития.
Американские ядерные реакторы работают, используя воду под давлением в качестве охлаждающей жидкости для своих активных зон. Однако в состав охлаждающей жидкости также входит борная кислота, которая ограничивает активность активной зоны, помогая ей безопасно работать. Тем не менее, борная кислота также повреждает металлические детали внутри ядерного реактора, а также воду, вызывающую ржавчину железа. Это привело к тому, что промышленность стала покрывать металлические детали литием, который нейтрализует действие борной кислоты.
Покрытие со временем изнашивается, требуя регулярной замены при каждом цикле технического обслуживания. США сократили свою литиевую инфраструктуру в 1960-х годах в рамках тогдашнего антиядерного движения. По состоянию на 2013 год правительство США предупреждало, что 65 из 100 американских ядерных реакторов подвергаются повышенному риску из-за работы на ограниченных запасах лития.
Соли лития обладают лечебными свойствами.
На самом деле, соли лития считаются одним из самых распространенных психиатрических препаратов в мире. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) даже включила его в список основных лекарственных средств, и во многих странах он даже имеет статус дженерика. В частности, врачи используют соли лития для лечения пациентов, страдающих биполярным расстройством, депрессией и шизофренией. При биполярном расстройстве и шизофрении соли лития назначают после того, как антидепрессанты не оказывают эффекта.
Против депрессии соли лития назначают в качестве усиливающих средств для повышения эффективности антидепрессантов. Медицинские исследования на самом деле показывают, что 95% пациентов с суицидальными наклонностями теряют их после приема солей лития. Тем не менее, как соли лития на самом деле делают это, остается одной из самых больших загадок в современной медицинской науке.
Однако у лития есть потенциальные побочные эффекты.
Наиболее распространенные побочные эффекты включают учащенное мочеиспускание, жажду и даже периодическую дрожь рук. Гипотиреоз также развился в результате длительного применения солей лития, поэтому пациентам необходимо принимать тироксин в качестве профилактической меры. Передозировка солей лития также может вызвать отравление литием, которое может привести к повреждению почек.
Некоторые исследования даже предполагают, что соли лития могут вызвать у пациента развитие диабета, но это остается спорным в медицинском сообществе. Врачи также избегают назначать соли лития беременным женщинам, а также тем, кто недавно родил. Это связано с тем фактом, что соли лития обладают умеренными тератогенными свойствами, которые могут вызвать врожденные дефекты или травмировать новорожденных детей.
В рецептуре популярного безалкогольного напитка 7 Up когда-то были соли лития.
Вы даже могли бы сравнить это с Coca-Cola, которая однажды даже включила кокаин в свой рецепт. Первоначально она называлась Bib-Label "Литиированная лимонно-лаймовая сода" и рекламировала включение цитрата лития в качестве лекарственной добавки. Выпущенный всего за несколько недель до краха Уолл-стрит в 1929 году, напиток не только пережил Великую депрессию, но и процветал.
По иронии судьбы, его длинное название оказалось самым большим препятствием на пути к успеху, что привело к его переименованию в 7 Up в 1936 году. Цитрат лития оставался частью рецептуры до 1948 года, когда правительство США вынудило американских производителей напитков полностью исключить литий из своих рецептур. Однако 7 Up продолжала рекламировать свое использование цитрата лития вплоть до 1950 года.
Литий - Короткие интересные факты:
- По оценкам ученых, в мировом океане содержится около 230 миллиардов тонн растворенного лития.
- В среднем литий составляет 0,002%, или около 45 частей на миллион, в земной коре.
- Ученые снизили это процентное содержание до 20 мг лития на каждый 1 кг вещества в земной коре.
- Ученые также считают, что литий считается 25-м по распространенности элементом на Земле.
- Литий является наименее плотным твердым элементом, его плотность составляет 0,534 г/см3.
- Хосе Бонифацио де Андрада и Сильва впервые обнаружил петалит в 1800 году.
- Йохан Август Арфведсон открыл литий в 1817 году, работая над образцом петалита.
- Йенс Якоб Берцелиус впервые использовал название литий для нового элемента в том же году.
- Уильям Томас Бранд впервые усовершенствовал научно чистый литий в 1821 году.
- Metallgesellschaft AG впервые начала промышленное производство лития в 1923 году.
- Литиевая смазка нашла свое применение в качестве смазки для машин во время Второй мировой войны.
- Джон Кейд ввел литиевые препараты для применения в 1949 году.
- Обе стороны холодной войны использовали литий для производства ядерного оружия.
- Рынок лития сократился в 1990-х годах с окончанием холодной войны.
- Развитие литий-ионных аккумуляторов привело к восстановлению рынка лития в 2000-х годах.
- Люди могут легко резать металлический литий даже простым ножом для масла.
- Литий обладает легковоспламеняющейся природой, поэтому для его безопасного хранения требуется минеральное масло.
- Литий плавает как в мазуте, так и в воде.
- Он плавится при температуре 180,5 градусов по Цельсию и кипит при 1342 градусах по Цельсию.
- Литий - один из первых трех элементов, когда-либо существовавших наряду с гелием и водородом.
