| 词条 | 锂 |
| 释义 | § 概述 简介 锂锂（Lithium），是一种化学元素，它的化学符号是Li，它的原子序数是3，三个电子其中两个分布在K层，另一个在L层。锂是碱金属中最轻的一种。锂常呈+1或0氧化态，是否有-1氧化态則尚未得到证实[1]。但是锂和它的化合物并不像其他的碱金属那么典型，因为锂的电荷密度很大并且有稳定的氦型双电子层，使得锂容易极化其他的分子或离子，自己本身却不容易受到极化。这一点就影响到它和它的化合物的稳定性[2]。锂的英文为Lithium，来源于希腊文lithos，意为“石头”。Lithos的第一个音节发音“里”。因为是金属，在左方加上部首“钅”。 性质 银白色的金属。密度0.534克/厘米3。熔点180.54℃。沸点1317℃。是最轻的金属。可与大量无机试剂和有机试剂发生反应。与水的反应非常剧烈。在500℃左右容易与氢发生反应，是唯一能生成稳定得足以熔融而不分解的氢化物的碱金属，电离能5.392电子伏特，与氧、氮、硫等均能化合，是唯一的与氮在室温下反应，生成氮化锂（Li3N）的碱金属。由于易受氧化而变暗，故应存放于液体石蜡中。 存在 锂在自然界中丰度较大，居第27位，在海水中大约2600亿吨锂，在地壳中约含0.0065%。锂仅以化合物的形式广泛存在于自然界中。锂的矿物有30于种，主要存在于锂辉石（LiAlSi2O6）和锂云母以及透锂长石（（LiNa）AlSi4O10）和磷铝石中。在人和动物的有机体、土壤和矿泉水、可可粉、烟叶、海藻中都有锂的存在。人和动物体内也有极少的锂存在。体重70公斤的正常人体中，锂的含量为2.2毫克。 § 发现 发现人：阿尔费德森 发现年代：1817年 发现过程：从金属与酸作用所得的气体中发现氢。 1817年，瑞典的阿尔费德森，最先在分析透锂长石时发现了锂。 锂是继钾和钠后发现的又一碱金元素。发现它的是瑞典化学家贝齐里乌斯的学生阿尔费特森。1817年，他在分析透锂长石时，最终发现一种新金属，贝齐里乌斯将这一新金属命名为lithium，元素符号定为Li。该词来自希腊文lithos（石头）。锂发现的第二年，得到法国化学家伏克兰重新分析肯定。到1855的年本生和马奇森采用电解熔化氯化锂的方法才制得它，工业化制锂是在1893年由根莎提出的，锂从被认定是一种元素到工业化制取前后历时76年。锂在地壳中的含量比钾和钠少的多，它的化合物不多见，是它比钾和钠发现的晚的必然因素。现在电解LiCl制取锂，仍要消耗大量的电能，每炼一吨锂就耗电高达六、七万度。 § 综合性质 锂电子模型 中文名称：锂 元素英文名称：Lithium 来由：希腊文：lithos(石） 元素类型：碱金属 相对原子质量：6.941 氧化态：Main Li+1 Other Li-1 (in liquid NH3) 电离能 (kJ/ mol) M - M+ 513.3 M+ - M2+ 7298.0 M2+ - M3+ 11814.8 原子序数：3 元素符号：Li 相对原子质量：6.941 核内质子数：3 核外电子数：3 核电核数：3 质子质量：5.019E-27 质子相对质量：3.021 所属周期：2 所属族数：IA 晶体结构：晶胞为体心立方晶胞，每个晶胞含有2个金属原子。 晶胞参数： a = 351 pm b = 351 pm c = 351 pm α = 90° β = 90° γ = 90° 热导率: W/(m·K) 84.8 声音在其中的传播速率：（m/S） 6000 莫氏硬度：0.6 摩尔质量：7 g/mol § 性质与状态 锂是一种柔软的，银灰色，极易反应的碱金属元素。它在金属中比重最轻。锂在空气中易被氧化，所以须贮存于固体石蜡或惰性气体中。它能与水和酸作用放出氢气，易与氧、氮、硫等化合。锂盐在水中的溶解度与镁盐类似，而不同于其他的碱金属盐。锂不但是既轻又软、比热最大的金属，而且还是在通常温度下呈固体状态的一般材料中最轻的一种，通常贮藏于煤油或液体石蜡中。纯锂的比重跟干燥的木材差不多，等于一般称作轻金属的铝的密度的五分之一，几乎只有同体积水的重量的一半。即使把锂放到汽油中，它也会象软木塞一样轻轻地浮起来。在室温条件下，锂能和空气中的氮气和氧气发生强烈的化学反应。由于锂具有和氢、氧、氮、碳及氧化物、硅酸盐等物质结合的能力，冶金工业部门把锂作为“捕气剂”、“脱流剂”，可以消除金属铸件中的孔隙气泡、杂质和其他缺陷。 物理性质 锂的密度非常小，仅有0.534g/cm3，为非气态单质中最小的一个。因为锂原子半径小，故其比起其他的碱金属，压缩性最小，硬度最大，熔点最高。温度高于-117℃时，金属锂是典型的体心立方结构，但当温度降至-201℃时，开始转变为面心立方结构，温度越低，转变程度越大，但是转变不完全。在20℃时，锂的晶格常数为3.50Å[3]，电导约为银的五分之一。锂可以很容易的与除铁以外的任意一种金属熔合[4]。 化学性质 金属锂的化学性质十分活泼，在一定条件下，能与除稀有气体外的大部分金属与非金属反应，但不像其他的碱金属那样容易。锂能同卤素发生反应生成卤化锂。常温下，在除去二氧化碳的干燥空气中几乎不与氧气反应，但在100℃以上能与氧生成氧化锂，发生燃烧，呈蓝色火焰，但是其蒸汽火焰呈深红色，反应如同点燃的镁条一样，十分激烈、危险；尽管它不如其他碱金属那样容易燃烧，但是它燃烧起来的猛烈程度却是其他碱金属所无法比的，就如同镁燃烧比钠燃烧更激烈一样。氧族其它元素也能在高温下与锂反应形成相应的化合物。锂与碳在高温下生成碳化锂。在锂的熔点附近，锂很容易与氢反应，形成氢化锂。锂还可以与水较快地发生作用，但是反应并不特别剧烈，不燃烧，也不熔化，其原因是它的熔点、着火点较高，且因生成物LiOH溶解度较小（20℃：12.3~12.8g/100gH2O），易附着在锂的表面阻碍反应继续进行。（[5]）锂很软，可以用小刀轻轻切开，新切开的锂有金属光泽，但是暴露在空气中会慢慢失去光泽，表面变黑，若长时间暴露，最后会变为白色。主要是生成氧化锂和氮化锂，氢氧化锂，最后变为碳酸锂[6]。 块状锂可以与水发生反应，粉末状锂与水发生爆炸性反应。盐酸、稀硫酸、硝酸能与锂剧烈反应，浓硫酸仅与锂缓慢反应。 锂能同很多有机化合物发生反应，很多反应在有机合成上有重要的意义。 同位素与核性质 在自然界中，锂是以两种同位素组成，6Li和7Li，丰度分别为7.42%和92.58%。 通过人工制备，已得到锂的四种放射性同位素5Li、8Li、9Li、11Li。他们的衰变方式如下[7]： 锂的同位素可以发生下列反应，放出热量。也可以用来制作氚。 § 用途 将质量数为6的同位素（6Li）放于原子反应堆中，用中子照射，可以得到氚。氚能用来进行热核反应，有着重要的用途。锂主要以硬脂酸锂的形式用作润滑脂的增稠剂。这种润滑剂兼有高抗水性、耐高温和良好的低温性能。锂化物用于陶瓷制品中，以起到助溶剂的作用。在冶金工业中也用来作脱氧剂或脱氯剂，以及铅基轴承合金。锂也是铍、镁、铝轻质合金的重要成分。荧光屏是把荧光物质涂在玻璃上制成的。不过这不是普通的玻璃，而是加进了锂的锂玻璃。在玻璃中加进锂或锂的化合物，可以提高玻璃的强度和韧性。 把含锂的陶瓷涂到钢铁或铝、镁等金属的表面，形成一层薄而轻、光亮而耐热的涂层，可作喷气发动机燃烧室和火箭、导弹外壳的保护层。锂与铝、镁、铍等“合作”组成合：金，既轻又韧，已被大量用于导弹、火箭、飞机等制造上。 润滑剂中加进锂的化合物，可以大大改善润滑效能。此种润滑剂适用于温度在—50℃至200℃的范围，因此被广泛应用于航空、动力等部门的各种机械装置和仪器仪表。 某些锂的有机化合物，如硬脂酸锂、软脂酸锂等，它们的物理姓能不随环境温度变化而改变，因此是二种安全可靠的润滑剂，并具有“永久性”作用。如果在汽车的一些零件上加一次锂润滑剂，就足以用到汽车报废为止。 氢化锂遇水发生猛烈的化学反应，产生大量的氢气。两公斤氢化锂分解后，可以放出氢气566千升。氢化锂的确是名不虚传的“制造氢气的工厂”。第二次世界大战期间，美国飞行员备有轻便的氢气源——氢化锂丸作应急之用。飞机失事坠落在水面时，只要一碰到水，氢化锂就立即与水发生反应，释放出大量的氢气，使救生设备(救生艇、救生衣、讯号气球等)充气膨胀。 碱性蓄电池组的电解溶液里有氢氧化钠溶液，现在加入几克氢氧化锂溶液，蓄电池的使用寿命可以增加两倍，工作温度范围可加大到-20℃----40℃。 锂—氯、锂—硒之类的电池，已在手机、笔记本电脑以及某些国防军事部门中得到应用。用锂电池发电来开动汽车，行车费用只有普通汽油发动机汽车的三分之一。锂高能电池是一种很有前途的动力电池。它重量轻，贮电能力大，充电速度快，适用范围广，生产成本低，工作时不会产生有害气体，不至于造成大气污染。由锂制取氚，用来发动原子电池组，中间不需充电，可连续工作20年。 氢弹里装的不是普通的氢，而是比普通氢几乎要重一倍的重氢或重二倍的超重氢。用锂能够生产出超重氢——氚，还能制造氢化锂、氘化锂、氚化锂。早期的氢弹都用氘和氚的混和物作“炸药”，当今的氢弹里的“爆炸物”多数是锂和氘的化合物——氘化锂。我国1967年6月l7日成功地爆炸的第一颗氢弹，其中的“炸药”就是氢化锂和氘化锂。1公斤氘化锂的爆炸力相当于5万吨烈性梯恩梯炸药。据估计，l公斤铀的能量若都释放出来可以使一列火车运行4万公里； l公斤氘和氚的混和物却可以使一列火车从地球开到月球；而I公斤锂通过热核反应放出的能量，相当于燃烧20000多吨优质煤，比1公斤铀通过裂变产生的原子能人10倍。 合成原料 在许多反应中，锂可以作为原料或中间物。在合成与锂相关的无机化合物时，常常是将金属锂于其他单质反应。若要求纯度较高，可以用锂与气态单质或化合物反应。例如用锂和硫化氢合成硫化锂。反应方程式如下： 2Li + H2S = Li2S + H2 还原剂 主条目：Birch还原 金属锂溶于液氨和乙醇的混合溶剂中形成一个良好的还原剂，可以用来还原含芳环的有机化合物。比较贵重的甾族化合物通常用这种办法来还原。这个方法的优点是产率较高，缺点是比用钠还原昂贵，所以仅限于还原一些贵重的化合物。 催化剂 锂可用作丁二烯、异戊二烯等二烯烃聚合催化剂，也可以用来制造共聚物。 电池工业 因为锂的原子量很小，只有3，因此用锂作阳极的电池具有很高的能量密度。锂也能够制造低于室温或高温下使用的电池[2]。 低于室温的电池，通常使用有机溶剂作为电解质，其中添加一些无机盐增加导电性，常用无机盐包括高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂和硫化锂等。二次锂电池中正极材料也为含锂化合物，如锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂铁氧化物等等，以及其几元化合物。二次锂电池中负极材料，也与锂的作用明显。 电池阳极是锂，阴极常用金属氯化物。例如锂-氯化银电池的电池反应为： Li + AgCl = LiCl + Ag 高温下的电池，通常使用熔融的无机盐作为电解质，因此必须在该盐的熔点以上方可使用。例如： 2Li + Cl2 = 2LiCl 合金 掺有锂的合金一般有强度大，密度小，耐高温等特性。也有人用锂合成了Li-Pb液态半导体合金[9]。 其他用途 用鋰作為燃料發射的魚雷 锂还能用于： 原子能工业中制造核反应堆的载热剂 制造特种合金、特种玻璃等 作冶金工业中的脱氧剂，脱硫剂和脱泡剂 作為燃料，可發射魚雷等武器 § 资源 锂号称“稀有金属”，其实它在地壳中的含量不算“稀有”，地壳中约有0．0065％的锂，锂的地壳丰度为18x10-4%，居第二十七位，海水含锂2x10-5%。已知含锂的矿物有150多种，以锂为主的矿物30种，具有工业价值的有六种，其中主要有锂辉石(LiAlSi2O6)、锂云母[Li2(F,OH)2Al(SiO3)3]、透锂长石等。海水中锂的含量不算少，总储量达2600亿吨，可惜浓度太小，提炼实在困难。某些矿泉水和植物机体里，含有丰富的锂。如有些红色、黄色的海藻和烟草中，往往含有较多的锂化合物，可供开发利用。世界锂储量约3 670万吨，美国是锂资源最丰富的国家。中国锂资源丰富，产地主要分布在新疆、江西、湖南、四川等省，世界屋脊青藏高原，盐湖星罗棋布，其中锂、铷、铯含量之高，甚为罕见。我国的锂矿资源丰富，以目前我国的锂盐产量计算，仅江西云母锂矿就可供开采上百年。 § 制备 锂矿的提取法 硫酸盐法 锂辉石和硫酸钾一起烧结，钾将锂置换出来，形成可溶于水的硫酸锂。 2LiAl(SO3)2 + K2SO4 = Li2SO4 + 2KAl(SO3)2 硫酸盐分解法在很长一段时间是工业制备锂的唯一方法。此方法不仅适用于锂灰石，也可以用来处理锂云母。 石灰法 将石灰或石灰石与锂矿石一起烧结，然后用水处理，浸去液经过多次蒸发，既可以从中结晶析出氢氧化锂。反应式如下，反应温度为1000℃： 2LiAl(SiO3)2 + 9CaO = Li2O + CaO·Al2O3 + 4[2CaO·SiO2] 这个方法的优点是： 适用性强，能够分解几乎所有的锂矿石。 反应不需要稀缺原料，石灰和石灰石均较便宜且容易获得。 这个方法的缺点是： 要求精矿中含锂量很高，因为在烧结时会使精矿贫化。 因为浸取后得到的是稀溶液，因此蒸发会消耗大量的热量并且花费很多时间。 硫酸法 首先提出此方法的是R.B.Ellestad和K.M.Leute[4]，此方法适用于β-锂辉石和理云母。原理如下，反应温度为250-300℃： 2LiAl(SO3)2 + H2SO4 = Li2SO4 + H2O·Al2O3·4SiO2 此反应的关键问题是只能与β-锂辉石反应，对于α-锂辉石，硫酸无法与之反应。用硫酸直接分解未经锻烧的锂辉石，提取出来的锂仅占总量的4%[4]。 天然卤水的提取 锂的来源也包括天然卤水和某些盐湖水。加工过程是将锂沉淀成Li2NaPO4，再将其转变为碳酸锂，即可以作为来源来加工其他锂化合物了。加工天然卤水还可以得到硼砂、碳酸钾、氯化钠、硫酸钠和氯化镁等。 金属锂的制备 电解法 锂可由电解熔融的氯化锂而制得。Guntz首先建议用电解熔融的氯化锂和氯化钾的混合物来制备金属锂[8]，这样可以把熔融温度从单质锂的610℃降低到400℃。以石墨为阳极，以低碳钢为阴极，电解槽压为6.0-6.5V。这样就可以得到纯度为99%的锂。 Li++e− →Li 2Cl−+2e− →Cl2 2LiCl(l) →2Li(s)+Cl2(g) 电解法制得的金属锂通常含有机械杂质（例如Na、K、Mg、Ca、Fe、Si和Al等），因此需要提纯；杂质可以重新熔融在借助比重不同除去，不容易除去的钠和钾可以通过氢化法除去。 热还原法 3Li2O + 2Al = 6Li + Al2O3—33.6千卡 2Li2O + Si = 4Li + SiO2—76.3千卡 因为还原氧化锂是吸热反应，再加上金属锂的性质十分活泼，所以反应只能在高温和高真空中进行。 § 锂的生物必需性及人体健康效应 锂能改善造血功能，提高人体免疫机能。锂对中枢神经活动有调节作用，能镇静、安神，控制神经紊乱。锂可置换替代钠，防治心血管疾病。人体每日需摄入锂0.1mg左右。 锂的生物必需性及人体健康效应。锂是有效的情绪稳定剂。随着新的情绪稳定剂的出现，对锂治疗的兴趣和研究虽已减少，但锂仍是治疗急性躁狂症和躁狂-抑郁病预防性管理的最有效措施。许多研究证明，锂对动物和人具有必需功能或有益作用。动物缺锂可导致寿命缩短、生殖异常、行为改变及其他异常。人类流行病学研究显示，饮水锂浓度与精神病住院率、杀人、自杀、抢劫、暴力犯罪和毒品犯罪率呈显著负相关。毒品犯的营养性锂补充研究证明锂有改善和稳定情绪的作用。心脏病人、学习低能者和在押暴力犯发锂含量显著降低。碳酸锂治疗的临床研究表明，锂的主要反应器官为胃肠道、肾脏、神经、肌肉、内分泌和心血管系统。在170～228mgLi/d治疗剂量范围内，预期的血清锂水平为0.4～0.8 mEq/L(2.78～5.55 mg/L)，无毒性反应。在锂的危险性评估中，对治疗剂量采用10倍安全因子对孕妇和胎儿不造成危害，这相当于成人每天摄入2 mg Li。动物的NOAEL(无毒性作用水平)为10 mgLi/kg/d，采用32倍安全因子，得到日允许摄入量(ADI)为0.31 mgLi/kg/d。基于动物实验数据，锂的表观缺乏摄入量为：山羊：＜1.5mgLi/kg，大鼠：＜15 μgLi/kg。人对锂的饮食需要量约为60～100 μg/d，典型的日摄入量为200～600μg。蛋类、牛奶、奶制品、鱼类、土豆和蔬菜含有丰富的锂。 § 锂与社会 锂的性质及用途 锂具有高的比热和电导率，它的密度是0.53克/厘米3，是自然界中最轻的金属。它是非常活泼的碱金属元素，常温下它是唯一能与氮气反应的碱金属元素.自然界存在的锂由两种稳定的同位素63Li和73Li组成。锂只能存放在凡土林或石蜡中。 锂在发现后一段相当长的时间里，一直受到冷落，仅仅在玻璃、陶瓷和润滑剂等部门，使用了为数不多的锂的化合物。 锂早先的主要工业用途是以硬脂酸理的形式用作润滑剂的增稠剂，锂基润滑脂兼有高抗水性，耐高温和良好的低温性能。如果在汽车的一些零件上加一次锤润滑剂，就足以用到汽车报废为止。 在冶金工业上，利用锂能强烈地和O、N、Cl、S等物质反应的性质，充当脱氧剂和脱硫剂。在铜的冶炼过程中，加入十万分之一到万分之一的锂，能改善铜的内部结构，使之变得更加致密，从而提高铜的导电性。锂在铸造优质铜铸件中能除去有害的杂质和气体。在现代需要的优质特殊合金钢材中，锂是清除杂质最理想的材料。 1kg锂燃烧后可释放42998kJ的热量，因此理是用来作为火箭燃料的最佳金属之一。1kg锂通过热核反应放出的能量相当于二万多吨优质煤的燃烧。若用锂或锂的化合物制成固体燃料来代替固体推进剂，用作火箭、导弹、宇宙飞船的推动力，不仅能量高、燃速大，而且有极高的比冲量，火箭的有效载荷直接取决于比冲量的大小。 如果在玻璃制造中加入锂，锂玻璃的溶解性只是普通玻璃的1/100（每一普通玻璃杯热茶中大约有万分之一克玻璃），加入锂后使玻璃成为“永不溶解”，并可以抗酸腐蚀。 纯铝太软,当在铝中加入少量的Li、Mg、Be等金属熔成合金，既轻便，又特别坚硬，用这种合金来制造飞机，能使飞机减轻2/3的重量，一架锂飞机两个人就可以抬走。Li－Pb合金是一种良好的减摩材料。 真正使锂成为举世瞩目的金属，还是在它的优异的核性能被发现之后。由于它在原子能工业上的独特性能，人们称它为“高能金属”。 6Li捕捉低速中子能力很强，可以用来控制铀反应堆中核反应发生的速度，同时还可以在防辐射和延长核导弹的使用寿命方面及将来在核动力飞机和宇宙飞船中得到应用。6Li在原子核反应堆中用中子照射后可以得到氚，而氚可用来实现热核反应。 6Li在核装置中可用作冷却剂。 锂电池是本世纪三、四十年代才研制开发的优质能源，它以开路电压高，比能量高，工作温度范围宽，放电平衡，自放电子等优点，已被广泛应用于各种领域，是很有前途的动力电池。用锂电池发电来开动汽车，行车费只有普通汽油发动机车的1/3。由锂制取氚，用来发动原子电池组，中间不需要充电，可连续工作20年。目前，要解决汽车的用油危机和排气污染，重要途径之一就是发展向锂电池这样的新型电池。 锂的化合物用途 锂化物早先的重要用途之一是用于陶瓷制品中，特别是用于搪瓷制品中，锂化合物的主要作用是作助熔剂。 LiF对紫外线有极高的透明度，用它制造的玻璃可以洞察隐蔽在银河系最深处的奥秘。锂玻璃可用来制造电视机显象管。 二战期间，美国飞行员备有轻便应急的氢气源—氢化锂丸。当飞机失事坠落在水面时，只要一碰到水，氢化锂就立即溶解释放出大量的氢气，使救生设备充气膨胀. 当狼吃下含有锂化合物的肉食后,能引起消化不良，食欲大减，从而改变狼食肉的习性，这种习性还具有遗传性。 锂盐可治疗癫狂病，己在临床上得到应用。动脉硬化性心脏病的发病率，与该地区饮食中锂的含量成反比。北京积水潭医院利用锂制剂治疗急性痢疾，疗效近90％。北京同仁医院采用锂制剂，医治再生障碍性贫血也有一定的疗效。 用氘化锂和氮化锂来代替氘和氚装在氢弹里充当炸药，达到氢弹爆炸的目的。我国于1967年6月17日成功爆炸的第一颗氢弹里就是利用氘化锂。 LiBH4和LiAlH4，在有机化学反应中被广泛用做还原剂，LiBH4能还原醛类、酮类和酯类等。LiAlH4，是制备药物、香料和精细有机化学药品等中重要的还原剂。LiAlH4，也可用作喷气燃料。LiAlH4是对复杂分子的特殊键合的强还原剂，这种试剂已成为许多有机合成的重要试剂。 有机锂化合物与有机酸反应，得到能水解成酮的加成产物，这种反应被用于维生素A合成的一步。有机锂化物加成到醛和酮上，得到水解时能产生醇的加成产物。 由锂和氨反应制得的氨基锂被用来引入氨基，也被用作脱卤试剂和催化剂。 人类对金属锂的应用目前已有了良好的开端，但由于锂的生产工艺比较复杂，成本很高。如果人们一旦解决了这些问题，锂的优良性能将得到进一步的发挥，从而扩大它的应用范围。 § 参考资料 1. 锂 http://www.souezu.cn/Item/48412.aspx 2. Nuclides and Isotopes Fourteenth Edition: Chart of the Nuclides, General Electric Company, 1989. 3. Jefferson Lab — The Element Platinum |
| 随便看 |
百科全书收录594082条中文百科知识，基本涵盖了大多数领域的百科知识，是一部内容开放、自由的电子版百科全书。