鋰

　1.發(fā)現(xiàn)歷史

　　第一塊鋰礦石，透鋰長石是由巴西人在名為Ut的瑞典小島上發(fā)現(xiàn)的，于18世紀90年代。當把它扔到火里時會發(fā)出濃烈的深紅色火焰，斯德哥爾摩的Johan August Arfvedson分析了它并推斷它含有以前未知的金屬，他把它稱作lithium（鋰）。他意識到這是一種新的堿金屬元素。然而，不同于鈉的是，他沒能用電解法分離它。1821年William Brande電解出了微量的鋰，但這不足以做實驗用。直到1855年德國化學家 Robert Bunsen和英國化學家Augustus Matthiessen電解氯化鋰才獲得了大塊的鋰。鋰的英文為Lithium，來源于希臘文lithos，意為“石頭”。Lithos的第一個音節(jié)發(fā)音“里”。因為是金屬，在左方加上部首“钅”。鋰在地殼中的含量比鉀和鈉少得多 ，它的化合物不多見，是它比鉀和鈉發(fā)現(xiàn)的晚的必然因素。鋰發(fā)現(xiàn)的第二年，得到法國化學家伏克蘭重新分析肯定。

　　鋰，原子序數(shù)3，原子量6.941，是最輕的堿金屬元素。元素名來源于希臘文，原意是“石頭”。1817年由瑞典科學家阿弗韋聰在分析透鋰長石礦時發(fā)現(xiàn)。自然界中主要的鋰礦物為鋰輝石、鋰云母、透鋰長石和磷鋁石等。在人和動物機體、土壤和礦泉水、可可粉、煙葉、海藻中都能找到鋰。天然鋰有兩種同位素：鋰6和鋰7。

　　金屬鋰為一種銀白色的輕金屬；熔點為180.54°C，沸點1342°C，密度0.534克/厘米3，硬度0.6。金屬鋰可溶于液氨。鋰與其它堿金屬不同，在室溫下與水反應比較慢，但能與氮氣反應生成黑色的一氮化三鋰晶體。鋰的弱酸鹽都難溶于水。在堿金屬氯化物中，只有氯化鋰易溶于有機溶劑。鋰的揮發(fā)性鹽的火焰呈深紅色，可用此來鑒定鋰。鋰很容易與氧、氮、硫等化合，在冶金工業(yè)中可用做脫氧劑。鋰也可以做鉛基合金和鈹、鎂、鋁等輕質合金的成分。鋰在原子能工業(yè)中有重要用途。

　2.含量分布

　　在自然界中，主要以鋰輝石、鋰云母及磷鋁石礦的形式存在。

　　鋰在地殼中的自然儲量為1100萬噸，可開采儲量410萬噸。2004年，世界鋰開采量為20200噸， 其中，智利開采7990噸，澳大利亞3930噸，中國2630噸，俄羅斯2200噸，阿根廷1970噸。

　　鋰號稱“稀有金屬”，其實它在地殼中的含量不算“稀有”，地殼中約有0.0065%的鋰，其豐度居第二十七位。已知含鋰的礦物有150多種，其中主要有鋰輝石、鋰云母、透鋰長石等。海水中鋰的含量不算少，總儲量達2600億噸，可惜濃度太小，提煉實在困難。某些礦泉水和植物機體里，含有豐富的鋰。如有些紅色、黃色的海藻和煙草中，往往含有較多的鋰化合物，可供開發(fā)利用。中國的鋰礦資源豐富，以中國的鋰鹽產(chǎn)量計算，僅江西云母鋰礦就可供開采上百年。

　3.理化性質

　　1）物理性質

　　銀白色金屬。質較軟，可用刀切割。是最輕的金屬，密度比所有的油和液態(tài)烴都小，故應存放于液體石蠟、固體石蠟或者白凡士林中(在液體石蠟中鋰也會浮起)。鋰的密度非常小，僅有0.534g/cm3，為非氣態(tài)單質中最小的一個。因為鋰原子半徑小，故其比起其他的堿金屬，壓縮性最小，硬度最大，熔點最高。溫度高于-117℃時，金屬鋰是典型的體心立方結構，但當溫度降至-201℃時，開始轉變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y構，溫度越低，轉變程度越大，但是轉變不完全。在20℃時，鋰的晶格常數(shù)為3.50?，電導約為銀的五分之一。*鋰容易地與鐵以外的任意一種金屬熔合。鋰的焰色反應為紫紅色。同位素鋰共有七個同位素，其中有兩個是穩(wěn)定的，分別是 Li-6和Li-7，除了穩(wěn)定的之外，半衰期最長的就是Li-8，它的半衰期有838毫秒，接下來是Li-9，有187.3毫秒，之后其他的同位素半衰期都在8.6毫秒以下。而Li-4是所有同位素里面半衰期最短的同位素，只有 7.58043×10-23秒。Li-6捕捉低速中子能力很強，可以用來控制鈾反應堆中核反應發(fā)生的速度，同時還可以在防輻射和延長核導彈的使用壽命方面及將來在核動力飛機和宇宙飛船中得到應用。Li-6在原子核反應堆中用中子照射后可以得到氚，而氚可用來實現(xiàn)熱核反應。Li-6在核裝置中可用作冷卻劑。

　　2）化學性質

　　鋰（Lithium），是一種化學元素，是金屬活動性較強的金屬（金屬性最強的金屬是銫），它的化學符號是Li，它的原子序數(shù)是3，三個電子其中兩個分布在K層，另一個在L層。鋰是所有金屬中最輕的。因為鋰的電荷密度很大并且有穩(wěn)定的氦型雙電子層，使得鋰容易極化其他的分子或離子，自己本身卻不容易極化。這一點就影響到它和它的化合物的穩(wěn)定性。

　　雖然鋰的氫標電勢是最負的，已經(jīng)達到-3.045，但由于氫氧化鋰溶解度不大而且鋰與水反應時放熱不能使鋰融化，所以鋰與水反應還不如鈉劇烈，反應在進行一段時間后，鋰表面的氮氧化物膜被溶解，從而使反應更加劇烈。在500℃左右容易與氫發(fā)生反應，產(chǎn)生氫化鋰，是唯一能生成穩(wěn)定得足以熔融而不分解的氫化物的堿金屬，電離能5.392電子伏特，與氧、氮、硫等均能化合，是唯一的與氮在室溫下反應，生成氮化鋰（Li?N）的堿金屬。由于易受氧化而變暗。如果將鋰丟進濃硫酸，那么它將在硫酸上快速浮動，燃燒并爆炸。如果將鋰和氯酸鉀混合（震蕩或研磨），它也有可能發(fā)生爆炸式的反應。

　　鋰的一些反應的化學反應方程式敘述如下：4 Li + O? = 2 Li?O （反應條件：自發(fā)反應，或者加熱，或者點燃）(燃燒猛烈）6 Li + N? = 2 Li?N（反應條件：自發(fā)反應，或者加熱，或者點燃）2 Li + S = Li?S （該反應放出大量熱，爆炸?。? Li + 2 H?O = 2 LiOH + H?↑（現(xiàn)象：鋰浮動在水面上，迅速反應，放出氫氣）2 Li + 2 CH?CH?OH(乙醇) = 2 CH?CH?OLi(乙醇鋰) + H?↑4 Li + TiCl? = Ti + 4 LiCl2 Li + 2 NH?(l.) = 2 LiNH? + H?↑氫化鋰遇水發(fā)生猛烈的化學反應，產(chǎn)生大量的氫氣。兩公斤氫化鋰分解后，可以放出氫氣566千升。氫化鋰的確是名不虛傳的“制造氫氣的工廠”。第二次世界大戰(zhàn)期間，美國飛行員備有輕便的氫氣源——氫化鋰丸作應急之用。飛機失事墜落在水面時，只要一碰到水，氫化鋰就立即與水發(fā)生反應，釋放出大量的氫氣，使救生設備(救生艇、救生衣、訊號氣球等)充氣膨脹。

   4.制取方法

　　1855年，本生和馬奇森采用電解熔化氯化鋰的方法才制得它，工業(yè)化制鋰是在1893年由根莎提出的，鋰從被認定是一種元素到工業(yè)化制取前后歷時76年。電解氯化鋰制取鋰要消耗大量的電能，每煉一噸鋰就耗電高達六、七萬度。工業(yè)上可以用如下的方法制備鋰單質：將氯化鋰在不超過其熔點(602℃)的溫度下灼燒干燥1h。使用經(jīng)過氫氧化鉀脫水干燥的、新蒸餾的吡啶溶解上述氯化鋰，制成11.81%的氯化鋰的吡啶溶液作為電解液。用石墨板作陽極，光潔的鉑片或鐵片作陰極，無隔膜。電解時采用的電壓為1.4V，電流密度為0.2～0.3A/100c㎡。

　5.主要用途

　　1）工業(yè)

　　將質量數(shù)為6的同位素（6Li）放于原子反應堆中，用中子照射，可以得到氚。氚能用來進行熱核反應，有著重要的用途。鋰主要以硬脂酸鋰的形式用作潤滑脂的增稠劑。這種潤滑劑兼有高抗水性、耐高溫和良好的低溫性能。鋰化物用于陶瓷制品中，以起到助溶劑的作用。在冶金工業(yè)中也用來作脫氧劑或脫氯劑，以及鉛基軸承合金。鋰也是鈹、鎂、鋁輕質合金的重要成分。鋰與生活日用息息相關，個人攜帶的筆記本電腦、手機、藍牙耳機等數(shù)碼產(chǎn)品中應用的鋰離子電池中就含有豐富的鋰元素。鋰離子電池是高能儲存介質，由于鋰離子電池的高速發(fā)展，衍生帶動了鋰礦、碳酸鋰等公司業(yè)務的蓬勃發(fā)展。金屬鋰電池在軍用領域也有應用。鋰在發(fā)現(xiàn)后一段相當長的時間里，一直受到冷落，僅僅在玻璃、陶瓷和潤滑劑等部門，使用了為數(shù)不多的鋰的化合物。鋰早先的主要工業(yè)用途是以硬脂酸鋰的形式用作潤滑劑的增稠劑，鋰基潤滑脂兼有高抗水性，耐高溫和良好的低溫性能。如果在汽車的一些零件上加一次鋰潤滑劑，就足以用到汽車報廢為止。在冶金工業(yè)上，利用鋰能強烈地和氧、氮、氯、硫等物質反應的性質，充當脫氧劑和脫硫劑。在銅的冶煉過程中，加入十萬分之一到萬分之一的鋰，能改善銅的內部結構，使之變得更加致密，從而提高銅的導電性。鋰在鑄造優(yōu)質銅鑄件中能除去有害的雜質和氣體。在現(xiàn)代需要的優(yōu)質特殊合金鋼材中，鋰是清除雜質最理想的材料。1kg鋰燃燒后可釋放42998kJ的熱量，因此鋰是用來作為火箭燃料的最佳金屬之一。1kg鋰通過熱核反應放出的能量相當于二萬多噸優(yōu)質煤的燃燒。若用鋰或鋰的化合物制成固體燃料來代替固體推進劑，用作火箭、導彈、宇宙飛船的推動力，不僅能量高、燃速大，而且有極高的比沖量，火箭的有效載荷直接取決于比沖量的大小。[4] 如果在玻璃制造中加入鋰，鋰玻璃的溶解性只是普通玻璃的1/100（每一普通玻璃杯熱茶中大約有萬分之一克玻璃），加入鋰后使玻璃成為“永不溶解”，并可以抗酸腐蝕。純鋁太軟，當在鋁中加入少量的鋰、鎂、鈹?shù)冉饘偃鄢珊辖?，既輕便，又特別堅硬，用這種合金來制造飛機，能使飛機減輕2/3的重量，一架鋰飛機兩個人就可以抬走。鋰－鉛合金是一種良好的減摩材料。真正使鋰成為舉世矚目的金屬，還是在它的優(yōu)異的核性能被發(fā)現(xiàn)之后。由于它在原子能工業(yè)上的獨特性能，人稱它為“高能金屬”。鋰電池是二十世紀三、四十年代才研制開發(fā)的優(yōu)質能源，它以開路電壓高，比能量高，工作溫度范圍寬，放電平衡，自放電子等優(yōu)點，已被廣泛應用于各種領域，是很有前途的動力電池。用鋰電池發(fā)電來開動汽車，行車費只有普通汽油發(fā)動機車的1/3。由鋰制取氚，用來發(fā)動原子電池組，中間不需要充電，可連續(xù)工作20年。要解決汽車的用油危機和排氣污染，重要途徑之一就是發(fā)展向鋰電池這樣的新型電池。鋰化合物早先的重要用途之一是用于陶瓷制品中，特別是用于搪瓷制品中，鋰化合物的主要作用是作助熔劑。氟化鋰對紫外線有極高的透明度，用它制造的玻璃可以洞察隱蔽在銀河系最深處的奧秘。鋰玻璃可用來制造電視機顯像管。二戰(zhàn)期間，美國飛行員備有輕便應急的氫氣源—氫化鋰丸。當飛機失事墜落在水面時，只要一碰到水，氫化鋰就立即溶解釋放出大量的氫氣，使救生設備充氣膨脹.硼氫化鋰和氫化鋁鋰，在有機化學反應中被廣泛用做還原劑，硼氫化鋰能還原醛類、酮類和酯類等。氫化鋁鋰，是制備藥物、香料和精細有機化學藥品等中重要的還原劑。氫化鋁鋰，也可用作噴氣燃料。氫化鋁鋰是對復雜分子的特殊鍵合的強還原劑，這種試劑已成為許多有機合成的重要試劑。有機鋰化合物與有機酸反應，得到能水解成酮的加成產(chǎn)物，這種反應被用于維生素A合成的一步。有機鋰化物加成到醛和酮上，得到水解時能產(chǎn)生醇的加成產(chǎn)物。由鋰和氨反應制得的氨基鋰被用來引入氨基，也被用作脫鹵試劑和催化劑。

　　2）生理

　　當狼吃下含有鋰化合物的肉食后，能引起消化不良，食欲大減，從而改變狼食肉的習性，這種習性還具有遺傳性。人類對金屬鋰的應用已有了良好的開端，但由于鋰的生產(chǎn)工藝比較復雜，成本很高。如果人們一旦解決了這些問題，鋰的優(yōu)良性能將得到進一步的發(fā)揮，從而擴大它的應用范圍。

　　鋰能改善造血功能，提高人體免疫機能。鋰對中樞神經(jīng)活動有調節(jié)作用，能鎮(zhèn)靜、安神，控制神經(jīng)紊亂。鋰可置換替代鈉，防治心血管疾病。人體每日需攝入鋰0.1mg左右。鋰的生物必需性及人體健康效應。鋰是有效的情緒穩(wěn)定劑。隨著新的情緒穩(wěn)定劑的出現(xiàn)，對鋰治療的興趣和研究雖已減少，但鋰仍是治療急性躁狂癥和躁狂-抑郁病預防性管理的最有效措施。許多研究證明，鋰對動物和人具有必需功能或有益作用。動物缺鋰可導致壽命縮短、生殖異常、行為改變及其他異常。人類流行病學研究顯示，飲水鋰濃度與精神病住院率、殺人、自殺、搶劫、暴力犯罪和毒品犯罪率呈顯著負相關。毒品犯的營養(yǎng)性鋰補充研究證明鋰有改善和穩(wěn)定情緒的作用。心臟病人、學習低能者和在押暴力犯發(fā)鋰含量顯著降低。碳酸鋰治療的臨床研究表明，鋰的主要反應器官為胃腸道、腎臟、神經(jīng)、肌肉、內分泌和心血管系統(tǒng)。在170～228mgLi/d治療劑量范圍內，預期的血清鋰水平為0.4～0.8 mEq/L(2.78～5.55 mg/L)，無毒性反應。在鋰的危險性評估中，對治療劑量采用10倍安全因子對孕婦和胎兒不造成危害，這相當于成人每天攝入2mg Li。動物的NOAEL(無毒性作用水平)為10 mgLi/kg/d，采用32倍安全因子，得到日允許攝入量(ADI)為0.31mgLi/kg/d?；趧游飳嶒灁?shù)據(jù)，鋰的表觀缺乏攝入量為：山羊：<1.5mgLi/kg，大鼠：<15 μgLi/kg。人對鋰的飲食需要量約為60～100 μg/d，典型的日攝入量為200～600μg。蛋類、牛奶、奶制品、魚類、土豆和蔬菜含有豐富的鋰。

　　3）其他

　　當狼吃下含有鋰化合物的肉食后，能引起消化不良，食欲大減，從而改變狼食肉的習性，這種習性還具有遺傳性。人類對金屬鋰的應用已有了良好的開端，但由于鋰的生產(chǎn)工藝比較復雜，成本很高。如果人們一旦解決了這些問題，鋰的優(yōu)良性能將得到進一步的發(fā)揮，從而擴大它的應用范圍。

　　鋰的生物必需性及人體健康效應。鋰是有效的情緒穩(wěn)定劑。隨著新的情緒穩(wěn)定劑的出現(xiàn)，對鋰治療的興趣和研究雖已減少，但鋰仍是治療急性躁狂癥和躁狂-抑郁病預防性管理的最有效措施。許多研究證明，鋰對動物和人具有必需功能或有益作用。動物缺鋰可導致壽命縮短、生殖異常、行為改變及其他異常。人類流行病學研究顯示，飲水鋰濃度與精神病住院率、殺人、自殺、搶劫、暴力犯罪和毒品犯罪率呈顯著負相關。毒品犯的營養(yǎng)性鋰補充研究證明鋰有改善和穩(wěn)定情緒的作用。心臟病人、學習低能者和在押暴力犯發(fā)鋰含量顯著降低。碳酸鋰治療的臨床研究表明，鋰的主要反應器官為胃腸道、腎臟、神經(jīng)、肌肉、內分泌和心血管系統(tǒng)。在170～228mgLi/d治療劑量范圍內，預期的血清鋰水平為0.4～0.8 mEq/L(2.78～5.55 mg/L)，無毒性反應。在鋰的危險性評估中，對治療劑量采用10倍安全因子對孕婦和胎兒不造成危害，這相當于成人每天攝入2mg Li。動物的NOAEL(無毒性作用水平)為10 mgLi/kg/d，采用32倍安全因子，得到日允許攝入量(ADI)為0.31mgLi/kg/d。基于動物實驗數(shù)據(jù)，鋰的表觀缺乏攝入量為：山羊：<1.5mgLi/kg，大鼠：<15 μgLi/kg。人對鋰的飲食需要量約為60～100 μg/d，典型的日攝入量為200～600μg。蛋類、牛奶、奶制品、魚類、土豆和蔬菜含有豐富的鋰。

　6.儲存方法

　　鋰很活潑，需隔絕空氣儲存。

　　貯存和使用都要注意安全，由金屬鋰引起的火災，不能用水或泡沫滅火劑撲滅，而要用碳酸鈉干粉。鋰也對皮膚有很強的腐蝕性。