Литий – металл или неметалл? Свойства и применение лития. Применение лития, его соединений и сплавов
Ли́тий (лат. Lithium; обозначается символом Li) - элемент главной подгруппы первой группы, второго периода периодической системы химических элементов таблицы Менделеева , с атомным номером 3. Простое вещество литий (CAS-номер: 7439-93-2) - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.
История и происхождение названия
Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом А. Арфведсоном сначала в минерале петалите (Li,Na), а затем в сподумене LiAl и в лепидолите KLi 1.5 Al 1.5 (F,OH) 2 . Металлический литий впервые получил Гемфри Дэви в 1825 году.
Своё название литий получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (греч. λίθος - камень). Первоначально назывался «литион», современное название было предложено Берцелиусом.
Нахождение в природе
Геохимия лития
Литий по геохимическим свойствам относится к крупноионным литофильным элементам, в числе которых калий, рубидий и цезий. Содержание лития в верхней континентальной коре составляет 21 г/т, в морской воде 0,17 мг/л.
Основные минералы лития - слюда лепидолит - KLi 1.5 Al 1.5 (F, OH) 2 и пироксен сподумен - LiAl . Когда литий не образует самостоятельных минералов, он изоморфно замещает калий в широко распространенных породообразующих минералах.
Месторождения лития приурочены к редкометалльным гранитным интрузиям, в связи с которыми развиваются литиеносные пегматиты или гидротермальные комплексные месторождения, содержащие также олово, вольфрам, висмут и другие металлы. Стоит особо отметить специфические породы онгониты - граниты с магматическим топазом, высоким содержанием фтора и воды, и исключительно высокими концентрациями различных редких элементов, в том числе и лития.
Другой тип месторождений лития - рассолы некоторых сильносоленых озёр.
Месторождения
Месторождения лития известны в России (более 50% запасов страны сосредоточено в редкометальных месторождениях Мурманской области), Боливии, Аргентине, Мексике, Афганистане, Чили, США, Канаде, Бразилии, Испании, Швеции, Китае, Австралии, Зимбабве, Конго.
Получение
В настоящее время для получения металлического лития его природные минералы или разлагают серной кислотой (кислотный способ), или спекают с CaO или CaCO 3 (щелочной способ), или обрабатывают K 2 SO 4 (солевой способ), а затем выщелачивают водой. В любом случае из полученного раствора выделяют плохо растворимый карбонат лития Li 2 CO 3 , который затем переводят в хлорид LiCl. Электролиз расплава хлорида лития проводят в смеси с KCl или BaCl 2 (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси). 2LiCl = 2Li + Cl 2 В дальнейшем полученный литий очищают методом вакуумной дистилляции.
Физические свойства
Литий - серебристо-белый металл, мягкий и пластичный, твёрже натрия, но мягче свинца. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой.
Из всех щелочных металлов литий характеризуется самыми высокими температурами плавления и кипения (180,54 и 1340 °C, соответственно), у него самая низкая плотность при комнатной температуре среди всех металлов (0,533 г/см³, почти в два раза меньше плотности воды).
Маленькие размеры атома лития приводят к появлению особых свойств металла. Например, он смешивается с натрием только при температуре ниже 380 °C и не смешивается с расплавленными калием, рубидием и цезием, в то время как другие па́ры щелочных металлов смешиваются друг с другом в любых соотношениях.
Химические свойства
Литий является щелочным металлом, однако относительно устойчив на воздухе. Литий является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) при комнатной температуре практически не реагирует. По этой причине литий является единственным щелочным металлом, который не хранится в керосине (к тому же плотность лития столь мала, что он будет в нём плавать) и может непродолжительное время храниться на воздухе.
Во влажном воздухе медленно реагирует с азотом, находящимся в воздухе, превращаясь в нитрид Li 3 N, гидроксид LiOH и карбонат Li 2 CO 3 . В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li 2 O. Есть интересная особенность, что в интервале температур от 100 °C до 300 °C литий покрывается плотной оксидной плёнкой, и в дальнейшем не окисляется.
В 1818 немецкий химик Леопольд Гмелин установил, что литий и его соли окрашивают пламя в карминово-красный цвет, это является качественным признаком для определения лития. Температура возгорания находится около 300 °C. Продукты горения раздражают слизистую оболочку носоглотки.
Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и H 2 . Реагирует также с этиловым спиртом (с образованием алкоголята), с водородом (при 500-700 °C) с образованием гидрида лития, с аммиаком и с галогенами (с иодом - только при нагревании). При 130 °C реагирует с серой с образованием сульфида. В вакууме при температуре выше 200 °C реагирует с углеродом (образуется ацетиленид). При 600-700 °C литий реагирует с кремнием с образованием силицида. Химически растворим в жидком аммиаке (−40 °C), образуется синий раствор.
Литий хранят в петролейном эфире, парафине, газолине и/или минеральном масле в герметически закрытых жестяных коробках. Металлический литий вызывает ожоги при попадании на влажную кожу, слизистые оболочки и в глаза.
На долю этих трех распространеннейших элементов приходилось 96% веса минерала.
Теперь оставалось выяснить химическую природу веществ, составляющих оставшиеся 4%. Эти вещества, будучи отделенными от Si, Al и O 2 и растворенными в воде, придавали раствору щелочные свойства.
На этом основании Арфведсон предположил, что в минерале есть некий щелочной металл. Одна из солей этого металла растворялась в воде в шесть раз лучше, чем аналогичные соли калия и натрия . А поскольку в то время были известны лишь два щелочных металла, Арфведсон решил, что открыл новый элемент, подобный натрию и калию.
С виду минерал, в котором нашли новый элемент, был камень как камень, и потому Берцелиус предложил Арфведсону назвать новый элемент литием. Тот, видимо, не стал спорить, ибо это название сохранилось до наших дней. В большинстве европейских языков, как и в латыни, элемент № 3 называется Lithium.
На этом история элемента № 3 не заканчивается. Это очень своеобразный элемент, и не только потому, что литий - первый среди металлов по легкости и удельной теплоемкости
, а также по положению в ряду напряжений металлов. Говорить о том, что история лития продолжается, можно хотя бы потому, что некоторые соединения лития, да и сам металл в последнее время приобрели исключительную важность для судеб всего мира.
Поэтому слово «история» в подзаголовках этой статьи нам кажется оправданным.
Как открыли литий
Иоганн Август Арфведсон (1792-1841) - шведский химик, первооткрыватель лития. В 1817 г., занимаясь анализом минерала петалита LiAl(Si 4 O 10), ученый обнаружил присутствие в минерале «огнепостоянной щелочи до с их пор неизвестной природы». Берцелиус предложил назвать ее литионом, поскольку это была первая щелочь, найденная в «царстве минералов». Отсюда и произошло название литий
Когда-то давным-давно, в доисторические времена, происходил синтез элементов Вселенной. Несколько позже, но тоже в неопределенно далеком прошлом шли процессы формирования нашей планеты. На этой стадии литий
проник более чем в 150 минералов, из них около 30 стали собственными минералами лития. Промышленное значение приобрели только пять: сподумен LiAl, лепидолит KLi1 5 Al 15 (F, ОН) 2 , петалит - минерал, в котором литий обнаружен впервые, LiAl, амблигонит LiAl (F, ОН) и циннвальдит KLi (Fe, Mg)Al (F, ОН) 2 .
Географически промышленные запасы элемента № 3 распределились довольно равномерно: промышленные месторождения минералов лития есть на всех континентах. Важнейшие из них находятся в Канаде, США, СССР, Испании, Швеции, Бразилии, Австралии, а также в странах Южной Африки.
Слово «древняя» здесь употребляется весьма условно - речь пойдет о временах, не столь отдаленных.
Человечество знакомо с литием чуть больше полутора веков, и этот раздел нашего рассказа охватит годы с 1817 по 1920. Это время познания лития как химического индивидуума, время получения и исследования его многих соединений и не очень широкого применения некоторых из них.
Вскоре после открытия Арфведсона новым элементом заинтересовались многие химики. В 1818 г. немецкий химик Л. Гмелин установил, что соли лития окрашивают бесцветное пламя в карминовокрасный цвет. Вскоре сам Арфведсон обнаружил литий в сподумене , позже ставшем важнейшим минералом элемента № 3, и в лепидолите. В 1825 г. Йенс Якоб Берцелиус нашел литий в водах германских минеральных источников. Вскоре выяснилось, что этот элемент есть и в морской воде (710-6%).
Металлический литий впервые получил выдающийся английский ученый Хэмфри Дэви в 1818 г. Тогда и выяснилось, что литий очень легок, почти вдвое легче воды, и что он обладает ярким металлическим блеском. Но этот блеск серебристо-белого лития можно увидеть только в том случае, если металл получают в вакууме: как и все щелочные металлы, литий быстро окисляется кислородом воздуха и превращается в окись - бесцветные кристаллы кубической формы. Li 2 O легко, но менее энергично, чем окислы других щелочных металлов, соединяется с водой, превращаясь в щелочь - LiOH. И эти кристаллы бесцветны. В воде гидроокись лития растворяется хуже, чем гидроокиси калия и натрия. Как бесцветные кристаллы, выглядят и литиевые соли галогеноводородных кислот.
Иодид, бромид и хлорид лития весьма гигроскопичны, расплываются на воздухе и очень хорошо растворяются в воде. Фторид лития, в отличие от них, в воде растворяется очень слабо и практически совсем не растворяется в органических растворителях. Еще в прошлом веке это вещество начали применять в металлургии как компонент многих флюсов.
В значительных количествах металлический литий первыми получили в 1855 г. (независимо друг от друга) немецкий химик Р. Бунзен и англичанин О. Матиссен. Как и Дэви, они получали литий электролизом, только электролитом в их опытах служил расплав не гидроокиси, а хлорида лития. Этот способ до сих пор остается главным промышленным способом получения элемента № 3. Правда, теперь в электролитическую ванну помещают смесь LiCl и KCl и подбирают такие характеристики тока, чтобы на катоде осаждался только литий. Выделяющийся на аноде хлор - ценный побочный продукт.
Есть и другие способы получения металлического лития, но всерьез конкурировать с электролитическим они пока не могут.
Еще в XIX в. были получены соединения лития с почти всеми элементами периодической системы и с некоторыми органическими веществами. Но практическое применение нашли лишь немногие из них. В 1912-1913 гг. мировое производство лития и его соединений не превышало 40 - 50 т.
В 1919 г. вышла брошюра В.С. Сырокомского «Применение редких элементов в промышленности». Есть в ней, в частности, и такие строки: «Главнейшее применение литий находит в данный момент в медицине, где углекислый и салициловокислый литий служат средством для растворения мочевой кислоты, выделяющейся в организме человека при подагре и некоторых других болезнях...»
Литий в средних веках
«Средние века» истории лития - это всего три десятилетия, 20, 30, 40-е годы нашего века. В эти годы литий и его соединения пришли во многие отрасли промышленности, в первую очередь в металлургию, в органический синтез, в производство силикатов и аккумуляторов.
Литий имеет сродство к кислороду, водороду, азоту. Последнее особенно важно, так как ни один элемент не реагирует с азотом так активно, как литий. Эта реакция, хотя и медленно, идет уже при комнатной температуре, а при 250°С ход ее значительно ускоряется. Литий стал эффективным средством для удаления из расплавленных металлов растворенных в них газов. Небольшими добавками лития легируют чугун, бронзы, монель-металл*2*, а также сплавы на основе магния , алюминия , цинка , свинца и некоторых других металлов.
Установлено, что литий в принципе улучшает и свойства сталей - уменьшает размеры «зерен», повышает прочность, но трудности введения этой добавки (литий практически нерастворим в железе и к тому же он закипает при температуре 1317°С) помешали широкому внедрению лития в производство легированных сталей.
Соединения лития нужны и в силикатной промышленности. Они делают стеклянную массу более вязкой, что упрощает технологию, и, кроме того, придают стеклу большую прочность и сопротивляемость атмосферной коррозии. Такие стекла, в отличие от обычных, частично пропускают ультрафиолетовые лучи, поэтому их применяют в телевизионной технике. А в производстве оптических приборов довольно широко стали использовать кристаллы фтористого лития, прозрачные для ультракоротких волн длиной до 1000 А.
В химической промышленности стали применять металлический литий и литийорганические соединения. В частности, мелкодисперсный элементный литий намного ускоряет реакцию полимеризации изопрена, а бутиллитий - дивинила.
По химическим свойствам литий напоминает не только (и не столько) другие щелочные металлы, но и магний. 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 самолетов и судов в открытом море. Из килограмма гидрида лития получается 2,8 м 3 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.
К началу второй мировой войны производство литиевых концентратов в капиталистических странах достигло 3 тыс. т. Для такого рассеянного элемента, как литий, это много. Но эта же цифра покажется весьма скромной, если сравнить ее с данными 1978 года: более 25 000 т в пересчете на Li 2 CO 3 . Этот бурный рост объясняется прежде всего тем, что во второй половине XX века литий стал «атомным» металлом и, если можно так выразиться, разносторонне атомным.
К этому времени уже во многих странах работали ядерные реакторы или, как их тогда называли, атомные котлы. Конструкторов этих котлов по многим причинам не устраивала вода, которую приходилось применять в качестве теплоносителя.
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. Средства, отпущенные на создание «сверхбомбы», были израсходованы полностью, но ничего реального у физиков не получалось. Было это в июле 1951 г. А о том, что при реакции соединения ядер тяжелых изотопов водорода - дейтерия и трития - должна высвободиться энергия, во много раз большая, чем при распаде ядер урана , знали намного раньше. Но на пути этого превращения лежало одно неразрешимое, казалось, противоречие.
Для того чтобы смогли слиться ядра дейтерия и трития, нужна температура порядка 50 млн. 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, 6Li - единственный промышленный источник получения трития:
63Li + 10n -+ 31H + 42He.Нейтроны, необходимые для этой ядерной реакции, дает взрыв атомного «капсюля» водородной бомбы, он же создает условия (температуру порядка 50 млн. 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.
Для атомной техники важно еще одно моноизотопное соединение лития - 7LiF. Ono применяется для растворения соединений урана и тория непосредственно в реакторах.
Кстати, как теплоноситель в реакторах применяется именно лптий-7, имеющий малое сечение захвата тепловых нейтронов, а не природная смесь изотопов элемента № 3.
Вот уже много лет ученые во всем мире работают над проблемой управляемого, мирного термоядерного синтеза, и рано или поздно эта проблема будет решена. Тогда «демилитаризуется» и литий. (Этот странный оборот - производное заголовка зарубежной статьи, попавшейся несколько лет назад на глаза одному из авторов этого рассказа: статья называлась «Литий милитаризуется».) Но независимо от того, как скоро это произойдет, бесспорна справедливость другого высказывания.
Оно заимствовано нами из «Краткой химической энциклопедии»:
Фармакологическая группа: нормотимические средства (препараты лития)
Систематическое (IUPAC) название: Литий (1+)
Торговые названия: Eskalith, Lithobid и др.
Правовой статус: только по рецепту
Применение: перорально, парентерально
Биодоступность: зависит от формулы
Период полураспада: 24 ч
Выделение: > 95% почечное
Формула: Li+
Мол. масса: 6,941 г/моль
Соединения лития обычно используются в качестве психиатрических лекарств. Некоторые соли лития используются в качестве стабилизирующих настроение препаратов, прежде всего для лечения биполярного расстройства; они играют определенную роль в лечении депрессии и особенно мании, как острой, так и длительной. В качестве стабилизатора настроения, литий, вероятно, более эффективен в предотвращении мании, чем депрессии, а также снижает риск самоубийства у больных биполярным расстройством. При депрессии (однополярном расстройстве), литий может применяться для усиления действия других антидепрессантов. Среди препаратов лития наиболее часто назначается карбонат лития (Li2CO3), продающийся под разными торговыми наименованиями. Также часто используется цитрат лития (Li3C6H5O7). В качестве альтернативы этим препаратам применяются сульфат лития (Li2SO4), литий оротат (C5H3LiN2O4) и литий аспартат. В прошлом использовались бромид лития и хлорид лития, однако в 1940-х годах была обнаружена их возможная токсичность, и эти вещества вышли из употребления. Кроме того, существуют многие другие соли и соединения лития, такие как фторид лития и йодид лития, однако они считаются токсичными веществами и никогда не тестировались в качестве фармакологических препаратов. После попадания в пищевод литий широко распространяется в центральной нервной системе и взаимодействует с рядом нейротрансмиттеров и рецепторов, снижая высвобождение норадреналина и увеличивая синтез серотонина.
Медицинское использование Лития
Литий используется для лечения мании при биполярном расстройстве. Первоначально литий часто применяли в сочетании с антипсихотическими препаратами, поскольку для проявления его эффекта иногда может потребоваться целый месяц. Литий также используется для профилактики депрессии и мании при биполярном расстройстве. Иногда литий используется в случае других психиатрических расстройств, таких как циклоидный психоз и большое депрессивное расстройство. Литий обладает очень важным антисуицидальным действием, которым не обладают другие стабилизирующие препараты, например, противосудорожные препараты. Препарат редко используется в непсихиатрических целях, однако, он зарекомендовал себя в профилактике некоторых видов головных болей, связанных с кластерной головной болью, особенно ночных головных болей. В итальянском пилотном исследовании на людях, проводимом в 2005-06 гг., было заявлено, что литий может снижать симптомы нейродегенеративных заболеваний, таких, как боковой амиотрофический склероз (БАС). Тем не менее, рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое исследование по сравнению безопасности и эффективности лития в сочетании с рилузолом для лечения БАС, не смогло продемонстрировать преимущества комбинированной терапии в сравнении с рилузолом. Литий иногда используется в качестве средства для усиления действия стандартных препаратов, используемых для лечения униполярной депрессии. Ранее литий считался непригодным для детей препаратом, однако более поздние исследования показали его эффективность для лечения раннего биполярного расстройства у детей в возрасте восьми лет. Требуемая доза (15-20 мг на кг массы тела) немного меньше уровня токсичности, поэтому во время лечения следует тщательно контролировать уровни лития в крови. Чтобы назначить правильную дозировку, следует принимать во внимание всю медицинскую историю пациента, как в физическом, так и в психологическом плане. Начальная доза лития должна составлять 400-600 мг в ночное время и еженедельно увеличиваться в зависимости от мониторинга сыворотки. Пациентам, принимающим литий, следует регулярно тестировать уровни сыворотки и следить за функционированием и возможными аномалиями щитовидной железы и почек, поскольку вещество вмешивается в регулирование уровней натрия и воды в организме и может вызывать обезвоживание. Обезвоживание, усугубляемое воздействием тепла, может привести к увеличению уровней лития. Обезвоживание происходит из-за ингибирования литием действия антидиуретического гормона, который обеспечивает почечное поглощение воды из мочи. Это приводит к неспособности концентрировать мочу, что ведет к последующей потере воды в организме и жажде. Сочетание лития с высокими дозами , или может быть опасным; поступали сообщения о необратимой токсической энцефалопатии, вызываемой совместным применением этих препаратов. Соли лития имеют узкое терапевтическое/токсическое соотношение, поэтому их не следует назначать при отсутствии средств для мониторинга концентраций в плазме. Пациентов следует тщательно тестировать. Дозы регулируют до достижении концентраций в плазме от 0.4 до 1,2 ммоль Li+/л (нижняя граница диапазона для поддерживающей терапии и у пациентов пожилого возраста, более высокий уровень – для педиатрических пациентов) в образцах, взятых через 12 часов после приема предыдущей дозы. Передозировка при плазменной концентрации более 1,5 ммоль Li+/л, может быть смертельной; токсичные эффекты включают тремор, атаксию, дизартрию, нистагм, почечную недостаточность, спутанность сознания и судороги. При возникновении этих потенциально опасные симптомов лечение необходимо немедленно прекратить, уточнить плазменные концентрации лития, и предпринять шаги, необходимые для обращения токсичности лития. Токсичность лития усугубляется истощением натрия. Одновременный прием мочегонных средств, ингибирующих поглощение натрия в дистальных канальцах (например, тиазидов), является опасным и его следует избегать, поскольку это может привести к повышенной резорбции лития в проксимальных извитых канальцах, что приводит к повышенным, потенциально токсичным уровням лития в организме. Иногда, при незначительном отравлении, токсичность может обратить при прекращении приема лития и назначении большого количества натрия и жидкости. Плазменные концентрации более 2,5 ммоль Li+/л, как правило, связаны с серьезной токсичностью, требующей неотложной помощи. При токсических концентрациях максимальная токсичность может проявиться через один-два дня. При длительном применении лития в терапевтических концентрациях могут наблюдаться гистологические и функциональные изменения в почках. Значение таких изменений не ясно, длительный прием лития не рекомендуется. При возникновении проблем с почками врачи могут изменить лечение пациента, больного биполярным расстройством и назначить вместо лития другой стабилизирующий настроение препарат, например, вальпроат (Depakote). Важным потенциальным следствием долгосрочного использования лития является развитие почечного несахарного диабета (неспособность концентрировать мочу). Поэтому на протяжении трех-пяти лет литий следует применять только при наличии видимого положительного эффекта. В продаже доступны традиционные таблетки и таблетки с замедленным высвобождением. Препараты различаются по биодоступности, и изменение в используемом составе требует тех же мер предосторожности, как и начало лечения. Можно отдать предпочтение какой-либо одной простой соли лития; карбонат используется более широко, также доступен цитрат. Литий может быть использован в качестве средства для лечения себорейного дерматита (8% гель литий глюконата). Кроме того, литий увеличивает производство белых кровяных клеток в костном мозге и может быть прописан пациентам, страдающим лейкопенией. Ограниченное количество данных свидетельствует о том, что литий может быть полезен в лечении злоупотребления психоактивными веществами у некоторых пациентов с двойным расстройством. В 2009 году японские исследователи из университета Оита сообщили о том, что низкие уровни естественного лития в питьевой воде кореллируют с низким уровнем самоубийств. В предыдущем докладе аналогичные данные были продемонстрированы в американском штате Техас. В ответ на это, психиатр Питер Крамер поднял вопрос о гипотетической возможности добавления лития в питьевую воду в качестве минеральной добавки, а не в качестве терапевтического средства (терапевтическая доза карбоната лития (таблетки, капсулы) или цитрата (жидкость), «обычно находится в диапазоне от 900-1200 мг/день» и регулируется в соответствии с реакцией пациента и уровнями крови. Это аналогично ниацину, когда низкие дозы поливитаминов в таблетках принимают в качестве витаминной добавки для предотвращения болезни пеллагры, связанной с дефицитом ниацина, в то время как высокую дозу назначают в качестве терапевтической для повышения уровней липопротеинов высокой плотности («хорошего» холестерина).
Побочные эффекты Лития
Наиболее распространенными побочными эффектами Лития являются общая заторможенность и небольшой тремор рук. Эти побочные эффекты обычно присутствуют на всем продолжении лечения, но иногда у некоторых пациентов могут исчезать. Другие распространенные побочные эффекты, такие как тошнота и головная боль, обычно устраняются при более высоком потреблении воды. Литий вызывает дисбаланс электролитов; чтобы избежать этого, рекомендуется увеличить потребления воды. По данным австралийского исследования, «заболеваемость гипотиреозом у пациентов, принимавших литий, в шесть раз выше в сравнении с населением в целом. Гипотиреоз, в свою очередь, увеличивает вероятность развития клинической депрессии». Литий способствует увеличению веса на 1-2 кг. Увеличение веса может быть причиной низкой самооценки при клинической депрессии. Поскольку литий конкурирует с рецепторами за антидиуретический гормон в почках, он увеличивает выход воды в моче, вызывая нефрогенный несахарный диабет. Выведение лития почками обычно проходит успешно при приеме некоторых диуретиков, включая амилорид и триамтерен. Это увеличивает аппетит и жажду (полидипсия) и снижает активность гормонов щитовидной железы (гипотиреоз). Последнее лечится при приеме . Литий непрерывно влияет на функционирование почек, хотя это его свойство проявляется не всегда. Литий может вызывать развитие нистагма, для избавления от которого может потребоваться несколько месяцев воздержания от приема препарата. Большинство побочных эффектов лития зависят от дозы. Для ограничения риска побочных эффектов рекомендуется использовать максимально низкие эффективные дозы.
Тератогенность
Литий также является тератогенным веществом, которое способно вызывать врожденные дефекты у небольшого числа новорожденных. Имеющиеся данные и некоторое количество ретроспективных исследований говорят о том, что при приеме лития во время беременности возможно увеличение риска врожденного порока сердца, известного как аномалия Эбштейна. В связи с этим беременным женщинам, принимающим литий, необходимо регулярно проводить эхокардиография плода, чтобы исключить возможность сердечных аномалий. Ламотриджин представляет собой возможную альтернативу Литию для беременных женщин. Габапентин и Клоназепам также прописывают как препараты против паники в детородном возрасте и во время беременности. Вальпроевая кислота и Карбамазепин также являются тератогенными веществами.
Обезвоживание
У пациентов, принимающих соли лития, может наблюдаться очень опасное обезвоживание, особенно в сочетании с индуцированным литием нефрогенным несахарным диабетом с полиурией. Такие ситуации могут возникать при предоперационном ограничении приема жидкостей или в других случаях недостатка жидкости, теплых погодных условиях, спортивных мероприятиях и при пешем туризме. Другой опасностью является то, что быстрое обезвоживание может очень быстро вызывать гипонатриемию с опасными токсическими концентрациями лития в плазме.
Передозировка Лития
Токсичность лития может наблюдаться у лиц, случайно или преднамеренно принимающих чрезмерное количество лития, одномоментно или же накапливая высокие уровни в ходе текущей хронической терапии. Проявления токсичности включают тошноту, рвоту, понос, слабость, атаксию, спутанность сознания, заторможенность, полиурию, судороги и кому. Другие токсичные эффекты лития включают крупноамплитудный тремор, подергивания мышц, судороги и почечную недостаточность. У людей, переживших отравление, может развиться стойкая нейротоксичность. Некоторые авторы описывают «синдром необратимой литиевой нейротоксичности» (SILENT), связанный с эпизодами острой токсичности лития или длительным лечением в соответствующем диапазоне доз. Симптомы включают мозжечковую дисфункцию.
Измерения в жидкостях организма
Концентрации лития в цельной крови, плазме, сыворотке или моче могут быть измерены с помощью инструментальных методов, в качестве руководства к терапии, для подтверждения диагноза у потенциальных жертв отравления или для оказания помощи в судебно-медицинской экспертизе в случае фатальной передозировки. Концентрации лития в сыровотке, как правило, находятся в диапазоне 0,5-1,3 ммоль/л у контролируемых пациентов, но могут увеличиваться до 1,8-2,5 ммоль/л у пациентов, которые накапливают препарат с течением времени и до 3-10 ммоль/л у жертв острой передозировки.
Механизм действия
В отличие от других психоактивных веществ, прием Li+ в терапевтических концентрациях обычно не производит никаких очевидных психотропных эффектов (например, эйфории) у здоровых людей. Li+ может действовать, вмешиваясь в транспортировку одновалентных или двухвалентных катионов в нейронах. Однако, поскольку вещество является плохим субстратом на натриевом насосе, оно не может поддерживать мембранный потенциал и поддерживает только малый градиент через биологические мембраны. Li+ достаточно похож Na+, поэтому в экспериментальных условиях он может заменять Na+ для производства одного потенциала действия в нейронах. Последние исследования показывают, что эффект этого иона по стабилизации настроения, совместно или по отдельности, проявляют три различных механизма. В действие лития может быть вовлечен возбуждающий нейромедиатор глутамат, а также другие стабилизаторы настроения, такие как вальпроат и ламотриджин, оказывая влияние на глутамат, что может выступать в качестве возможного биологического объяснения такого явления, как мания. Другие механизмы, посредством которых литий может регулировать настроение, включают изменения в экспрессии генов. Литий может также увеличивать высвобождение серотонина нейронами головного мозга. Лабораторные исследования, проведенные на серотонинергических нейронах ядер шва у крыс показали, что при обработке этих нейронов литием усиливается высвобождение серотонина во время деполяризации по сравнению с отсутствием лития и такой же деполяризацией. Был предложен вариант несвязанного механизма действия, в котором литий деактивирует фермент GSK3-бета. Этот фермент обычно фосфорилирует белок фактор транскрипции Rev-Erb-альфа, предотвращая его деградацию. Rev-Erb-альфа, в свою очередь, подавляет BMAL1, компонент циркадных часов. Таким образом, литий, путем ингибирования GSK3бета, вызывает деградацию Rev-Erb-альфа и увеличивает экспрессию BMAL, что гасит циркадные часы. С помощью этого механизма литий способен блокировать сброс «таймера» в мозгу, в результате чего нарушается естественный цикл организма. При нарушении цикла нарушается график многих функций (обмен веществ, сон, температура тела). Литий может, таким образом, восстанавливать нормальное функционирование мозга после нарушений у некоторых людей. Некоторые авторы высказывают предположение, что рАр-фосфатаза может быть одной из терапевтических целей лития. Эту гипотезу поддерживает низкая Ki лития для рАр-фосфатазы человека, совместимой в пределах терапевтической концентрации лития в плазме пациентов (0,8-1 мМ). Важно отметить, что Кi рAр-фосфатазы человека в десять раз ниже, чем у GSK3бета (гликоген синтазы киназы 3бета). Ингибирование рAр-фосфатазы литием приводит к повышению уровня рАр (3"- 5 " фосфоаденизин фосфата), что ингибирует PARP-1. Другая теория, предложенная в 2007 году, состоит в том, что литий может взаимодействовать с сигнальным путем оксида азота (NO) в центральной нервной системе, который играет решающую роль в нейронной пластичности. Система NO, возможно, играет важную роль в антидепрессивном действии лития в тесте Porsolt у мышей. Кроме того, сообщается, что блокада NMDA рецепторов увеличивает антидепрессивное действие лития в тесте Porsolt у мышей (тест «поведение отчаяния», когда животных на 15 минут помещают в закрытую емкость с водой, а затем, через 24 часа, после воздействия антидепрессанта, помещают животное в эту же емкость уже на 5 минут, и измеряют время, когда животное находится в состоянии покоя и даже не пытается выбраться), что указывает на возможное участие рецепторов NMDA/сигнализации NO в действии лития в этой животной модели выученной беспомощности. Литий ингибируют фермент инозит монофосфатазы, что приводит к увеличению уровней инозит трифосфата. Этот эффект усиливается ингибитором обратного захвата синозит трифосфата. Дестабилизация работы инозитола связана с нарушениями памяти и депрессией.
История
Впервые литий стали использовать в 19 веке для лечения подагры, после того, как ученые обнаружили, что литий в лабораторных условиях способен растворять кристаллы мочевой кислоты, изолированные из почек. Однако, уровни лития, необходимые для растворения мочевой кислоты в организме, были токсичными. Из-за распространения теорий, связывающих избыток мочевой кислоты с расстройствами, в том числе депрессивными и маниакальными расстройствами, с 1870-х годов Carl Lange в Дании и William Alexander Hammond в Нью-Йорке начинают использовать литий для лечения мании, хотя об использовании литиевых родниковых вод для лечения мании было известно еще в древней Греции и Риме. На рубеже 20-го века от использования лития отказались, по словам Сьюзан Гринфилд, в связи с нежеланием фармацевтической промышленности инвестировать в препарат, который не может быть запатентован. Накопленные знания свидетельствуют о роли избыточного потребления натрия в развитии гипертонии и сердечных заболеваний. Литиевые соли назначают пациентам в качестве замены диетической поваренной соли (хлорида натрия). Эта практика была прекращена в 1949 году, когда были опубликованы сообщения о побочных эффектах и смертях в результате приема препарата, что привело к запрету продажи лития. Польза солей лития для лечения мании была заново открыта австралийским психиатром Джоном Кейдом в 1949 году. Кейд инъецировал грызунам экстракты мочи, взятой от больных шизофренией, в попытке выделить метаболическое соединение, которое может быть причиной развития психических симптомов. Поскольку было известно, что мочевая кислота является при подагре психоактивным веществом (ею стимулируются рецепторы аденозина на нейронах; их блокирует ), для контроля Кейду понадобились растворимые ураты. Он использовал ураты лития, которые, как уже было известно, являются наиболее растворимыми соединениями уратов, и выяснилось, что эти соединения действовали на грызунов как транквилизаторы. Кейд проследил влияние на ионы лития в отдельности. Вскоре Кейд предложил использовать соли лития в качестве транквилизаторов. При помощи солей лития ему удалось контролировать мании у хронически госпитализированных пациентов. Это было одним из первых успешных применений препарата для лечения психических заболеваний, и это открыло путь для разработки лекарств для лечения других психических проблем на ближайшие десятилетия. Остальной мир не спешил принимать этот метод лечения, в основном из-за смертей, наступающих даже при относительно небольшой передозировке, в том числе при использовании хлорида лития в качестве заменителя поваренной соли. Во многом благодаря исследованиям и усилиям Mogens Schou из Дании, Paul Baastrup в Европе, Samuel Gershon и Baron Shopsin в США, это сопротивление постепенно преодолевается. В 1970 году FDA США одобряет применение лития при маниакальных болезнях. В 1974 году препарат был одобрен для использования в качестве профилактического средства при маниакально-депрессивном психозе. Литий стал частью западной поп культуры. Главные герои фильмов «Pi», «Предчувствие», «Воспоминания о звёздной пыли», «Американский психопат», «Страна садов» «Незамужняя женщина», все принимают литий. У Sirius XM Satellite Radio в Северной Америке в 1990-х годах была альтернативная рок станция под названием Lithium. Кроме того, существуют песни, посвященные препаратам лития. К ним относятся композиции Mac Lethal «Lithium Lips», Koos Kombuis «Equilibrium met Lithium», Evanescence «Lithium», Nirvana «Lithium», Sirenia «Lithium and a Lover», Sting «Lithium Sunset»и Thin White Rope «Lithium».
Использование лития в напитке «7Up»
Известно, что раньше кокаин входил в состав Coca-Cola, а литий – в состав освежающего напитка 7Up. В 1920 году Чарльз Лейпер Григг, основавший в Сент-Луисе компанию «The Howdy Corporation», изобрел формулу безалкогольного напитка со вкусом лимон-лайм. Продукт, который первоначально назывался «Bib-Label Lithiated Lemon-Lime Soda», был выпущен на рынок за две недели до биржевого краха 1929 года. В состав напитка входил стабилизатор настроения литий цитрат, и этот напиток был одним из патентованных лекарственных продуктов, популярных в конце 19-го и начале 20-го века. Его название было вскоре изменено на «7Up»; в 1948 году все американские производители напитка были вынуждены изъять литий из его состава.
Доступность:
Препараты лития применяются для лечения маниакальной фазы биполярного психоза, для профилактики обострений маниакально-депрессивного психоза, агрессивности при психопатиях и хроническом алкоголизме, привыкания к психотропным препаратам, сексуальных отклонений, синдрома Меньера, мигрени. Препарат отпускается из аптек по рецепту врача.
Литий (Li) - химический элемент с порядковым номером «3» и атомной массой 6,941. встречается в природе в виде двух стабильных нуклидов: 6Li (7,6% по массе) и 7Li (92,4%). В периодической таблице Менделеева литий расположен во втором периоде, первой группе. Элемент принадлежит к щелочным металлам. В соединениях литий проявляет степень окисления +1. В виде простого вещества литий - это пластичный легкий металл серебристого цвета.
Химические и физические характеристики лития
Литий - самый легкий из металлов. Имеет плотность 0,534 г/см³. Плавится при температуре 180,5 °С, кипит при температуре 1330 °С.
Литий очень активен. Вступает в реакцию с кислородом и воздуха при нормальных условиях. По этой причине на воздухе литий быстро окисляется с образованием темного налета продуктов взаимодействия. Уравнения реакций:
4Li + O₂ = 2Li₂O;
6Li + N₂ = 2Li₃N.
Кусочки лития в маслеРеакция лития с кислородом приводит к образованию оксида Li₂O - бесцветного кристаллического вещества, имеющего температуру плавления 1438 °С и температуру кипения - около 2600 °С. Оксид лития получается при непосредственном окислении металлического лития при температуре выше 200 °С, а также разложением гидроксида LiOH, нитрата LiNO₃, карбоната LiNO₃.
Оксид лития Li₂O легко взаимодействует с водой с образованием гидроксида, LiOH. Данная реакция сопровождается сильным разогревом; LiOH поглощает CO₂ из воздуха, образуя карбонат, Li₂CO₃.
Компании, которые специализируются на скупке металлов , охотно принимают изделия, включающие в свой состав литий. На этот металл установлены достаточно высокие цены. Давайте попробуем разобраться в том, чем обусловлена высокая стоимость лития и изделия из него. Для этого нужно углубиться в историю этого металла и изучить сферы его применения.
История металла, химические и физические свойства
Литий представляет собой мягкий щелочной металл, обладающий серебристо-белым цветом. Особенность данного металла состоит в том, что среди всех существующих он обладает самыми высокими температурами кипения и плавления. Литий всплывает в воде, поскольку он обладает очень низкой плотностью. Если другие пары щелочных металлов прекрасно поддаются смешиванию друг с другом, то сказать о литии этого нельзя. Он обладает уникальным свойством. Его нельзя смешать с рубидием, цезием, калием, только с натрием и то при температуре, которая должна быть не ниже 380 градусов по Цельсию.
Если говорить о химических свойствах металла, то следует отметить его достаточно высокую устойчивость на воздухе. Он не вступает в реакцию с воздухом. Во влажной среде может реагировать с азотом и некоторыми другими газами, однако все это происходит очень медленно.
Добыча лития
Литий - довольно редкий металл, основными минералами которого являются слюда лепидолит и пироксен сподумен. Также он входит в состав пород онгонитов. Этот металл еще добывают в месторождениях, которые расположены в сильносоленых озерах. Их называют рассолы. Самые крупные месторождения этого полезного ископаемого были обнаружены в Чили, США, Конго, Китае, Бразилии. Самое знаменитое и богатое литием месторождение находится в Боливии. Его название - Солончак Уюни.
Если верить ученым, то по их словам аномальное количество этого полезного ископаемого содержится в звездных образованиях. Такие звездные образования состоят из красного гиганта, в центре которого расположена нейтронная звезда. Это «меторождение» было обнаружено на объектах, названных в честь Ландау, Житкова и Торна.
Литий получают путем разложения его минералов серной кислотой. Эту технологию называют кислотной. Второй способ получения - спекание или обработка с последующим выщелачиванием водой.
К самым крупным поставщикам полезного ископаемого следует отнести Австралию, Аргентину и Чили. Если говорить о России, то в нашей стране добыча лития в настоящее время не ведется, так как ресурсы лития исчерпаны, а новые месторождения не обнаружены.
Области применения лития
За счет того, что литий обладает уникальными свойствами, несравнимыми со многими другими металлами, он получил широкую сферу применения. Сейчас мы рассмотрим некоторые из них:
- Производство термоэлектрических материалов. Сульфид меди и лития зарекомендовали себя в качестве одних из лучших полупроводников, предназначенных для изготовления термоэлектропреобразователей.
- Изготовление лазерных материалов. В этой области широкое распространение получил фторид лития. Его применяют для изготовления лазеров и оптики, которые отличаются высокой эффективностью.
- Производство пиротехники. Если бы этот металл не использовали бы в этой сфере, то, скорее всего, невозможно было бы получить красный цвет огней.
- Современная электроника. Щелочные аккумуляторы, которые в настоящее время пользуются повышенным спросом при производстве различной техники, выполняют с использованием гидроксида лития. Такое решение позволяет значительно продлить срок службы устройств. Если говорить о производстве металлогалогеновых ламп, то здесь литий используют в качестве их наполнения. Также литий хорошо себя зарекомендовал в качестве оптического материала.
- Изготовление сплавов для различных сфер производства. В авиации и космонавтике используют сплавы лития, камдия, меди, скандия. Для изготовления припоев применяют сплавы лития с золотом и серебром.
- Металлургическая отрасль. Здесь это полезное ископаемое используют в качестве вспомогательного вещества при выплавке алюминия. Этот редкоземельный металл способствует повышению показателей пластичности и прочностных характеристики различных сплавов.
- Ядерная энергетика. Этот металл получил распространение в производстве ядерных реакторов. Здесь пригодились его превосходные свойства высокой удельной теплоемкости.
- Медицина. Соли лития обладают целебными свойствами, поэтому они используются при лечении различных заболеваний.
На самом деле сферы применения лития гораздо шире. По этой причине скупка лития пользуется популярностью. Наша компания предлагает выгодные условия сотрудничества для физических и юридических лиц. У нас самые высокие цены на литий и изделия из него.