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鋰
堿金屬元素
鋰（英語(yǔ)：Lithium），是密度最小的一種金屬，位于元素周期表的第二周期IA族，化學(xué)符號為L(cháng)i，它的原子序數為3，原子量為6.941。常溫常壓下，鋰是一種銀白色的固體，其熔點(diǎn)為180.5 ℃，沸點(diǎn)為1342 ℃，比熱容為3.58 kJ/kg·K，可溶于硝酸、液氨等溶液，可與水反應。鋰的化學(xué)性質(zhì)活潑，能與大部分非金屬和金屬發(fā)生反應。
基本信息
中文名
鋰
英文名
Lithium
元素符號
Li
原子序數
3
原子質(zhì)量
6.941
族
IA族
周期
第二周期
CAS編號
7439-93-2
物理性質(zhì)
外觀(guān)
銀白色的固體
密度
0.534 g/cm3
熔點(diǎn)
180.5 ℃（1 atm)
沸點(diǎn)
1342 ℃（1 atm）
水溶性
可溶于硝酸、液氨等溶液，可與水反應
比熱容
3.58 kJ/kg·K
原子性質(zhì)
原子半徑
152 pm
鋰僅以化合物的形式存在于自然界中，在地殼中鋰的含量微少且分散分布不易提取，因此把鋰元素劃入稀有元素之列。金屬鋰及其化合物的應用領(lǐng)域廣泛，在宇航工程中、移動(dòng)通信領(lǐng)域中、軍事領(lǐng)域、有機合成中都起到重要的作用。
金屬鋰可以通過(guò)各種途徑進(jìn)入人體體內從而被器官組織吸收導致鋰中毒，這會(huì )引起中樞神經(jīng)系統中毒和腎臟衰竭。
發(fā)現歷史
1817年，瑞典化學(xué)家約翰·奧古斯特·阿韋德松（Johan August Arfwedson）在透鋰長(cháng)石中所發(fā)現新元素鋰，并將其命名為L(cháng)ithium，它來(lái)源于希臘文Lithos（釋義：巖石）。同時(shí)他也發(fā)現了具有工業(yè)儲量的常見(jiàn)鋰礦石如鋰輝石、鋰云母和磷鐵鋰礦。約翰指出碳酸鋰在水中的溶解度很小，氫氧化鋰比其它堿金屬氫氧化物的溶解度也小得多，還指出鋰的化合物和堿土金屬的化合物很相似；十九世紀在植物和動(dòng)物的機體中也發(fā)現有鋰。
1818年英國的化學(xué)家威廉·托馬斯·布蘭德（William Thomas Brande）和漢弗萊·戴維（Humphry Davy）兩人利用電解的方法從氯化鋰中制得了少量的金屬鋰；1855年，德國人羅伯特·威廉·本生（Robert Wilhelm Bunsen）和奧古斯特斯·馬提生（Augustus Matthiessen）應用電解氯化鋰的方法制備了足夠量的金屬鋰來(lái)研究它的性質(zhì)。
1932年，在英國的物理學(xué)家約翰·科克羅夫特（John Cockcroft）和埃米斯特·沃爾頓（Emest walton）的開(kāi)創(chuàng )性工作中，鋰被用作金屬靶，人工加速的原子粒子被用來(lái)改變鋰原子核，每個(gè)鋰原子核吸收一個(gè)質(zhì)子成為兩個(gè)氣體原子核。用慢中子轟擊鋰-6會(huì )產(chǎn)生氦和氚。
分布情況
鋰金屬在地殼中分布分散且不易提取，主要集中于鹽湖和花崗偉晶巖礦床，其中鹽湖鋰資源占世界鋰儲量的87%。鋰資源主要分布在美國、中國、智利、澳大利亞、阿根廷等地。中國的鋰資源主要分布在青海、西藏、四川、新疆、湖北、河南、湖南等地，青藏高原的鹽湖鋰資源豐富。1997年，美國地調所統計了全球已知的鋰資源約為2255萬(wàn)噸，其中儲量為587.4萬(wàn)噸，儲量基礎為1590.7萬(wàn)噸。
工業(yè)上四種重要的鋰資源礦物是：鋰輝石（spodumene）、鋰云母（lepidolite）、透鋰長(cháng)石（petalite）以及磷鋁石（amblygonite）；礦泉和鹽湖也是鋰的重要來(lái)源，已知的天然鹵水中含有濃度高達萬(wàn)分之幾的有工業(yè)價(jià)值的鋰，例如美國加利福尼亞州的西爾斯湖（SearlesLake）就是一個(gè)很大的鋰源；歐洲也富含鋰的地熱鹵水。以下列舉幾種典型的鋰礦石。
鋰輝石
目前鋰輝石是提取鋰化物的主要工業(yè)原料，也是鋰的上述四種礦物中儲量最豐富的一種，它比鋰云母或透鋰長(cháng)石的鋰含量都高，鋰輝石通常多與其它礦物共生，需要富集，用浮選法富集后，可得到含鋰2.8%-3.3%的精礦（6%-7%氧化鋰），在美國、加拿大、巴西和扎伊爾等國家都有大量的鋰輝石礦藏。
鋰云母
鋰云母是一種稀有的云母，沒(méi)有生長(cháng)良好的晶體，通常呈玫瑰紅色、淡紫色，有時(shí)呈桃紅色、白色，含鋰約2%（4.2%-4.5%氧化鋰），它僅在熔化以后才能被酸分解，在津巴布韋、西南非洲和加拿大有較多的鋰云母礦，由于鋰輝石對鋰是一種更為合適的原料，因而鋰云母不再作為制備鋰化學(xué)制品的礦石而被開(kāi)采了，然而這種礦物仍被用作為陶瓷工業(yè)中提供鋰素的原料。
透鋰長(cháng)石
透鋰長(cháng)石通常呈灰色和暗灰色，較少呈黃色和無(wú)色，有時(shí)呈紅色或綠色，密度介于2.39-2.46 g/cm3之間，它不易同酸起反應，理論上透鋰長(cháng)石含有2.27%的鋰（3.5%-4.5%氧化鋰），這種礦物在瑞典、西南非洲和南津巴布韋都有發(fā)現，透鋰長(cháng)石目前用作玻璃工業(yè)中鋰的原料，也用作耐火材料中膨脹性低的填充劑。
理化性質(zhì)
鋰單質(zhì)的性質(zhì)
物理性質(zhì)
常溫常壓下，鋰單質(zhì)是一種銀白色固體，質(zhì)較軟，一般用刀就可切割，其斷面有微黃色光澤。鋰的熔點(diǎn)為180.5 ℃，沸點(diǎn)為1342 ℃，比熱容為3.58 kJ/kg·K，可溶于硝酸、液氨等溶液。
鋰在常溫下，是非氣態(tài)單質(zhì)中密度最小的元素，且在堿金屬元素中鋰的原子半徑最小，所以金屬鋰的晶格最為堅固。鋰在一般條件下為體心立方結構，
同位素
鋰元素共有10種同位素，包括2個(gè)穩定型，3個(gè)富中子型，2個(gè)質(zhì)子型和3個(gè)中子無(wú)束縛共振型，10種同位素為鋰-4、鋰-5、鋰-6、鋰-7、鋰-8、鋰-9、鋰-10、鋰-11、鋰-12和鋰-13。在自然界中能夠穩定存在的是鋰-6和鋰-7，其豐度分別約為7.5%和92.5%，這兩個(gè)同位素均無(wú)放射性。除穩定同位素外，鋰-8的半衰期最長(cháng)，為839.9 ms；鋰-9的半衰期也較高，為178.3 ms。剩余同位素的半衰期均低于8.6 ms，其中鋰-4的半衰期是最短的。
化學(xué)性質(zhì)
金屬鋰是非常活潑的，固態(tài)鋰在合適的條件下，易與稀有氣體以外的大多數非金屬及許多金屬發(fā)生反應，例如氧、氮、二氧化碳等氣體；液態(tài)鋰除了能夠與上述物質(zhì)發(fā)生反應，還可以與氫、碳、硅和大量其他元素發(fā)生強烈反應。
- 鋰與氧氣反應
- 鋰與水反應
塊狀的金屬鋰能迅速與水反應，放出氫氣并形成氫氧化鋰的溶液，其反應不像鈉與水的反應那樣劇烈，這可能是因為鋰不會(huì )在反應過(guò)程中像鈉一樣熔化；和其它堿金屬一樣，粉末狀的鋰遇水會(huì )發(fā)生爆炸反應。
鋰的新切開(kāi)斷面有金屬光澤，但暴露在濕空氣中時(shí)，斷面會(huì )迅速地失去光澤并開(kāi)始變黑；長(cháng)時(shí)間暴露于空氣中后斷面則會(huì )變成白色，此時(shí)生成的化合物是氮化鋰、氫氧化鋰、一水合氫氧化鋰，說(shuō)明固態(tài)鋰與氮氣的反應在常溫下就能進(jìn)行。
- 鋰與氫氣反應
- 鋰與酸反應
- 鋰與有機化合物反應
鋰化合物的性質(zhì)
鋰的化學(xué)性質(zhì)活潑，能與多種元素化合生成多種無(wú)機鋰化合物（通稱(chēng)鋰鹽）及有機鋰化合物，這些鋰化合物的應用領(lǐng)域在不斷擴大，地位也越來(lái)越重要。下面列舉幾種常見(jiàn)的鋰化合物。
鋰的無(wú)機化合物
- 氫化鋰
氫化鋰（LiH）是最穩定的堿金屬氫化物，常溫常壓下是一種灰白色粉末狀結晶，其熔點(diǎn)為688.7 ℃，其分解溫度為850 ℃，具有較好的熱穩定性。氫化鋰在有機化學(xué)中是一種重要的還原劑，常用來(lái)還原某些有機化合物。
- 碳酸鋰
碳酸鋰（Li?CO?）是一種白色單斜系晶體，其熔點(diǎn)為723 ℃，在618 ℃時(shí)會(huì )分解為氧化鋰（Li?O）和二氧化碳（CO?），相對密度為2.11 g/cm3。碳酸鋰微溶水，可溶于稀酸，不溶于醇酮。
- 氫氧化鋰
氫氧化鋰是最重要的鋰化合物之一，有無(wú)水氫氧化鋰（LiOH）和一水合氫氧化鋰（LiOH·H?O）兩種。無(wú)水氫氧化鋰為白色四方結晶顆粒或流動(dòng)性粉末，其熔點(diǎn)為471.2 ℃，沸點(diǎn)為1626 ℃，可溶于水，微溶于乙醇。一水合氫氧化鋰為白色易潮解的單晶粉末，失去結晶水轉換為無(wú)水氫氧化鋰。氫氧化鋰被廣泛地用于制備其它鋰化合物的原料，例如制備鋰的鹵化物。
鋰的有機化合物
在眾多的有機鋰化合物中，丁基鋰是一種最主要的有機鋰化合物，丁基鋰（C?H?Li）有4種同分異構體，正丁基鋰、仲丁基鋰、異丁基鋰和叔丁基鋰，其中正丁基鋰是一種澄清、無(wú)色、不揮發(fā)、稍具粘性的流動(dòng)液體，在許多碳氫化合物中有無(wú)限的溶解度，用途十分廣泛。
生產(chǎn)方法
金屬鋰是工業(yè)生產(chǎn)中十分重要的金屬，被稱(chēng)為“二十一世紀的能源金屬”。因此鋰的提取工藝是十分重要的，以下提及幾種重要的金屬鋰提取工藝和制備方法。
從鋰礦物中提取鋰
硫酸法
硫酸法是一種從鋰礦石中提取鋰的方法，具體步驟為先將鋰礦石高溫焙燒后進(jìn)行硫酸化焙燒和濃硫酸常溫浸泡，此時(shí)鋰的形式轉為硫酸鋰（Li?SO?）。為除去鐵、鋁、鈣、鎂等雜質(zhì)，往硫酸液中加入純堿液。剩余溶液再經(jīng)過(guò)沉鋰、蒸發(fā)濃縮等步驟后可得到碳酸鋰（Li?CO?），最后從碳酸鋰中提取鋰。硫酸法具有硫酸法提鋰具有操作可控制、鋰收率高、能耗小、其他雜質(zhì)含量少（除主要雜質(zhì)Si和Al外）等優(yōu)點(diǎn)。
石灰法
石灰法是將鋰礦物與石灰石先進(jìn)行充分研磨，后進(jìn)行高溫焙燒，使礦物中難溶的鋰轉為碳酸鋰（Li?CO?）或一水合氫氧化鋰（LiOH·H?O）的方法。石灰法的主要優(yōu)點(diǎn)是適用性很強，因為它可用來(lái)分解幾乎所有的鋰礦石；其缺點(diǎn)是要求精礦中鋰的含量很高，且在浸取結塊時(shí)得到的是氫氧化鋰的稀溶液，因此蒸發(fā)時(shí)就需要體積龐大的設備，并且要消耗大量的熱和花費大量的時(shí)間。
從天然鹵水中提取鋰
天然鹵水（如鹽湖鹵水）可成為鋰的工業(yè)原料，在加工過(guò)程中富集溶液中的鋰再將其沉淀從而得到易分離的鋰化合物。從鹽湖鹵水中提取鋰的方法主要有吸附法、溶劑萃取法、蒸發(fā)結晶法、煅燒浸出法等。
吸附法
吸附法是利用合適的吸附劑選擇吸附溶液中的鋰離子，再將鋰離子洗脫下來(lái)。吸附法中的吸附劑尤為關(guān)鍵，吸附劑可分為有機系和無(wú)機系兩種。有機系吸附劑一般為有機離子交換樹(shù)脂。常用的無(wú)機吸附劑主要有鋁系吸附劑、錳系吸附劑等。
溶劑萃取法
溶劑萃取法是利用離子在不同溶劑中的溶解度不同，鋰離子將會(huì )從溶解度較小的鹵水相擴散到溶解度較大的有機相，最后濃縮得到鋰。萃取法具有鋰提取率高、操作安全且連續等優(yōu)點(diǎn)，但是有可能會(huì )引入其他雜質(zhì)。該方法中需選擇合適的萃取劑，常用的萃取劑有含磷有機萃取劑、冠醚、胺類(lèi)萃取劑、卜二酮類(lèi)等。
蒸發(fā)結晶法
蒸發(fā)結晶法是將含碳酸鋰的天然鹽湖鹵水通過(guò)太陽(yáng)能蒸發(fā)濃縮，長(cháng)時(shí)間后碳酸鋰直接從鹵水中析出的方法。蒸發(fā)結晶法雖然具有耗費化工原料少、工藝簡(jiǎn)單、操作容易等優(yōu)點(diǎn)，但是該方法對天然鹵水的組成有很大的要求。
煅燒浸出法
煅燒浸出法是天然鹵水先通過(guò)太陽(yáng)曝曬或者加熱等方式蒸發(fā)濃縮，濃縮后的鹵水富含鋰，濃縮液再經(jīng)過(guò)煅燒、浸出、固液分離等工序得到浸出液，最后往浸出液中加入石灰石、純堿等物質(zhì)，使液體中的鋰轉化為碳酸鋰的方法。這種方法工藝流程和設備簡(jiǎn)單、鋰收率高，但是耗能大且在煅燒過(guò)程中產(chǎn)生的氯化氫氣體對設備腐蝕嚴重。
熔鹽電解法
1855年，德國人本生（Bunsen）和馬提生（Mattiessen）利用電解氯化鋰（LiCl）的方法制出了大量的金屬鋰。現今的電解法從電解氯化鋰改進(jìn)為電解氯化鋰-氯化鉀（LiCl-KCl）混合物。熔鹽電解法具體的工藝為電解熔融的鋰鹽與氯鹽的混合物，一段時(shí)間后，陰極析出金屬鋰，陽(yáng)極析出氯氣。在電解過(guò)程中，氯化鋰的比例應控制在45%-55%，此時(shí)熔融鹽的熔點(diǎn)低、流動(dòng)性能好，能節省能量。熔鹽電解法也目前工業(yè)上制備金屬鋰的主要工藝方法，約有90%的金屬鋰采用熔鹽電解法制備。以下為熔鹽電解法制備鋰的電極反應：
應用領(lǐng)域
隨著(zhù)對鋰各種性能的進(jìn)一步研究，金屬鋰及其化合物的應用范圍日益擴大，以下列舉一些金屬鋰的應用領(lǐng)域。
鋰的應用
作還原劑和催化劑
在電池中應用
鋰及其化合物能夠作為關(guān)鍵材料生產(chǎn)高性能、無(wú)污染的新型綠色環(huán)保電池，包括鋰原電池（一次電池）和鋰蓄電池（二次電池）。此外鋰還可以制作燃料電池、熱電池和化學(xué)超級電容器等化學(xué)電源，而且鋰離子電池的應用十分廣泛，能夠應用于電動(dòng)車(chē)、電子汽車(chē)等產(chǎn)品中。
在核聚變中的應用
補充說(shuō)明：核聚變可放出更多的能量，并且比裂變更清潔、安全。
在醫學(xué)中的應用
鋰合金的應用
鎂鋰合金是無(wú)毒金屬材料中最輕的合金，其密度是鋁合金的1/2-3/5，是金屬結構材料中密度最小的。由于其獨特性能優(yōu)勢，鎂鋰合金在航空航天領(lǐng)域、武器裝備領(lǐng)域和3C產(chǎn)業(yè)中都有巨大應用空間。
鋁鋰合金能夠顯著(zhù)提升材料的比強度和比剛度，因此在航天航空領(lǐng)域中有著(zhù)廣泛的應用，鋁鋰合金主要應用部件包括耐損傷的蒙皮薄板、高強韌化機翼壁板或內部承力件以及低密度導軌或承力件等。
鋰化合物的應用
二十一世紀以來(lái)，鋰化合物的用量越來(lái)越大，已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中十分重要的化合物。鋰化合物在航空航天、核能發(fā)電、電池能源、玻璃陶瓷、石油化工、冶金、紡織、合成橡膠、潤滑材料、醫療等領(lǐng)域均有廣泛應用。接下來(lái)介紹幾種常見(jiàn)鋰化合物的應用。
碳酸鋰的應用
碳酸鋰（Li?CO?）能夠有效治療躁狂型精神病，在典型的躁狂癥治療中，它已經(jīng)成為目前的首選藥物，在雙相和單相抑郁癥治療過(guò)程中碳酸鋰也發(fā)揮著(zhù)重要的作用，用碳酸鹽等鋰鹽治療能夠明顯改善并提升病人的認識功能、情感效應和記憶力。
氫化鋰的應用
氧化鋰的應用
氧化鋰（Li?O）具有強的助熔作用，且能夠在玻璃陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程中對產(chǎn)品的密度、熱膨脹率、表面張力以及密度進(jìn)行改變。
氯化鋰的應用
有機鋰化合物的應用
安全事宜
危險
GHS分類(lèi)：
H260：與水接觸會(huì )釋放易燃氣體，可能會(huì )自燃
H314：導致嚴重皮膚燒傷和眼睛損傷
圖示 |  |  |
圖意 | 易燃性 | 腐蝕性 |
鋰粉塵能在常溫下燃燒，燃燒后即成熔融物流散，并放出白色濃煙。鋰加熱至熔融狀態(tài)時(shí)能在空氣中自燃。鋰單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，同其他堿金屬一樣，鋰與鹵素作用時(shí)反應劇烈，鋰與水反應會(huì )釋放出氫氣，在一定條件下會(huì )發(fā)生爆炸。
生理毒性
雖然鋰及其化合物能夠治療許多疾病，但是過(guò)多服用鋰及其化合物會(huì )引起中樞神經(jīng)系統中毒和腎臟衰竭，中毒的前驅表現是遲鈍、倦怠、昏睡、肌肉抽搐、語(yǔ)詞不清、食欲降低以及吐瀉等。對于鋰中毒還沒(méi)有特效解毒藥，主要的治療措施是保持呼吸通暢，防止呼吸道感染。尚未發(fā)現鋰中毒成癮的情況，停止服鋰藥后也未觀(guān)察到后遺癥。
急救措施
如果不小心吸入鋰金屬粉末，請立即將患者轉移至新鮮空氣處，保持呼吸道通暢；若皮膚接觸到鋰金屬，請立即脫去污染的衣著(zhù)，并用流動(dòng)清水沖洗，若接觸部分仍有不適感，請立即前往醫院就醫；若眼睛中不小心進(jìn)入了鋰金屬，請立即分開(kāi)眼瞼，用流動(dòng)清水或生理鹽水沖洗，沖洗結束后立即前往醫院就醫。若不小心誤食鋰金屬，請立即漱口并飲用牛奶或蛋清，然后前往醫院就醫。
消防措施
鋰的化合物在實(shí)驗室中也存在著(zhù)消防安全隱患，例如苯基鋰溶于揮發(fā)性溶劑中所形成的濃縮溶液易起火，因此在使用苯基鋰時(shí)，應當在惰性氣體的保護下安全操作；正丁基鋰的化學(xué)性質(zhì)也非常活潑，容易燃燒，因此在貯存和運輸過(guò)程中，要防撞擊、防日曬雨淋，并且置于陰涼干燥處，遠離火源。
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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