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(jì)90年代。當(dāng)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(xué)家 Robert Bunsen和英國化學(xué)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(xué)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(xué)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(yīng)比較慢，但能與氮氣反應(yīng)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(zhì)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(dá)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(zhì)

　　1）物理性質(zhì)

　　銀白色金屬。質(zhì)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(yīng)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(zhì)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(jié)構(gòu)，但當(dāng)溫度降至-201℃時，開始轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)，溫度越低，轉(zhuǎn)變程度越大，但是轉(zhuǎn)變不完全。在20℃時，鋰的晶格常數(shù)為3.50?，電導(dǎo)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(yīng)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(yīng)堆中核反應(yīng)發(fā)生的速度，同時還可以在防輻射和延長核導(dǎo)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(yīng)用。Li-6在原子核反應(yīng)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(yīng)。Li-6在核裝置中可用作冷卻劑。

　　2）化學(xué)性質(zhì)

　　鋰（Lithium），是一種化學(xué)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(xué)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(biāo)電勢是最負(fù)的，已經(jīng)達(dá)到-3.045，但由于氫氧化鋰溶解度不大而且鋰與水反應(yīng)時放熱不能使鋰融化，所以鋰與水反應(yīng)還不如鈉劇烈，反應(yīng)在進(jìn)行一段時間后，鋰表面的氮氧化物膜被溶解，從而使反應(yīng)更加劇烈。在500℃左右容易與氫發(fā)生反應(yīng)，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(yīng)，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(jìn)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(yīng)。

　　鋰的一些反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式敘述如下：4 Li + O? = 2 Li?O （反應(yīng)條件：自發(fā)反應(yīng)，或者加熱，或者點燃）(燃燒猛烈）6 Li + N? = 2 Li?N（反應(yīng)條件：自發(fā)反應(yīng)，或者加熱，或者點燃）2 Li + S = Li?S （該反應(yīng)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(yīng)，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(xué)反應(yīng)，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(yīng)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(yīng)，釋放出大量的氫氣，使救生設(shè)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(rèn)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(dá)六、七萬度。工業(yè)上可以用如下的方法制備鋰單質(zhì)：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(zhì)量數(shù)為6的同位素（6Li）放于原子反應(yīng)堆中，用中子照射，可以得到氚。氚能用來進(jìn)行熱核反應(yīng)，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(zhì)合金的重要成分。鋰與生活日用息息相關(guān)，個人攜帶的筆記本電腦、手機、藍(lán)牙耳機等數(shù)碼產(chǎn)品中應(yīng)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(zhì)，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(wù)的蓬勃發(fā)展。金屬鋰電池在軍用領(lǐng)域也有應(yīng)用。鋰在發(fā)現(xiàn)后一段相當(dāng)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(zhì)反應(yīng)的性質(zhì)，充當(dāng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)，使之變得更加致密，從而提高銅的導(dǎo)電性。鋰在鑄造優(yōu)質(zhì)銅鑄件中能除去有害的雜質(zhì)和氣體。在現(xiàn)代需要的優(yōu)質(zhì)特殊合金鋼材中，鋰是清除雜質(zhì)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(yīng)放出的能量相當(dāng)于二萬多噸優(yōu)質(zhì)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(jìn)劑，用作火箭、導(dǎo)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(dāng)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(jì)三、四十年代才研制開發(fā)的優(yōu)質(zhì)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(yīng)用于各種領(lǐng)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(yīng)急的氫氣源—氫化鋰丸。當(dāng)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(shè)備充氣膨脹.硼氫化鋰和氫化鋁鋰，在有機化學(xué)反應(yīng)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(xì)有機化學(xué)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(fù)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(yīng)，得到能水解成酮的加成產(chǎn)物，這種反應(yīng)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(yīng)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(dāng)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(xí)性，這種習(xí)性還具有遺傳性。人類對金屬鋰的應(yīng)用已有了良好的開端，但由于鋰的生產(chǎn)工藝比較復(fù)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(jìn)一步的發(fā)揮，從而擴大它的應(yīng)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(diào)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(yīng)。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(yù)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(dǎo)致壽命縮短、生殖異常、行為改變及其他異常。人類流行病學(xué)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(fù)相關(guān)。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(xué)習(xí)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(yīng)器官為胃腸道、腎臟、神經(jīng)、肌肉、內(nèi)分泌和心血管系統(tǒng)。在170～228mgLi/d治療劑量范圍內(nèi)，預(yù)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(yīng)。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(dāng)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。

　　3）其他

　　當(dāng)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(xí)性，這種習(xí)性還具有遺傳性。人類對金屬鋰的應(yīng)用已有了良好的開端，但由于鋰的生產(chǎn)工藝比較復(fù)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(jìn)一步的發(fā)揮，從而擴大它的應(yīng)用范圍。

　　鋰的生物必需性及人體健康效應(yīng)。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(yù)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(dǎo)致壽命縮短、生殖異常、行為改變及其他異常。人類流行病學(xué)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(fù)相關(guān)。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(xué)習(xí)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(yīng)器官為胃腸道、腎臟、神經(jīng)、肌肉、內(nèi)分泌和心血管系統(tǒng)。在170～228mgLi/d治療劑量范圍內(nèi)，預(yù)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(yīng)。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(dāng)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(zāi)，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。