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發(fā)現(xiàn)

1790年-1800年科學(xué)家Jose de Andrada在瑞典烏托島發(fā)現(xiàn)透鋰長(zhǎng)石和鋰輝石兩種礦石，1817年由瑞典科學(xué)家阿維德松（Johann Arfvedson）在分析透鋰長(zhǎng)石礦時(shí)發(fā)現(xiàn)。不久，他又在鋰輝石和鋰云母中發(fā)現(xiàn)鋰。Berzelius在歐洲某些礦泉水里也發(fā)現(xiàn)了鋰。19世紀(jì)，發(fā)現(xiàn)植物與動(dòng)物體內(nèi)也有鋰。

1818年，Brande和戴維（H.Davy）通過(guò)電解氯化鋰獲取了少量的鋰單質(zhì)。1855年Bunsen和Mattiesen通過(guò)電解氯化鋰取得足夠的鋰得以研究它的性質(zhì) 。

存在與分布

鋰在自然界中豐度較大，居第27位，在地殼中約含0.0065%，但僅以化合物的形式存在。鋰的礦物有30余種，主要存在于鋰輝石（LiAlSi 2 O 6 ）、鋰云母以及透鋰長(zhǎng)石（（LiNa）AlSi 4 O 10 ）和磷鋁石中。在人和動(dòng)物的有機(jī)體、土壤和礦泉水、可可粉、煙葉、海藻中都有鋰存在。

2015年2月19日，日本的天文臺(tái)研究團(tuán)隊(duì)從觀察2013年海豚座新星發(fā)現(xiàn)，新星爆炸制成了大量鋰元素，這意味著經(jīng)典新星爆炸可能是宇宙制造鋰元素的主要機(jī)制 。

單質(zhì)性質(zhì)

概述

鋰是一種極易反應(yīng)的柔軟的銀白色堿金屬。它在金屬中比重最輕。鋰在空氣中易氧化，所以須貯存于固體石蠟或惰性氣體中。它能與水和酸作用放出氫氣，易與氧、氮、硫等化合。鋰鹽在水中的溶解度與鎂鹽類似，而不同于其他的堿金屬鹽。

物理性質(zhì)

鋰的密度非常小，僅有0.534g/cm ，為非氣態(tài)單質(zhì)中最小的一個(gè)。

因?yàn)殇囋影霃叫?，故與其他的堿金屬相比壓縮性最小，硬度最大，熔點(diǎn)最高。

溫度高于-117℃時(shí)，金屬鋰是典型的體心立方結(jié)構(gòu)，但當(dāng)溫度降至-201℃時(shí)，開(kāi)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(shí)，鋰的晶格常數(shù)為3.50? ，電導(dǎo)約為銀的五分之一。 鋰易與鐵以外的任何一種金屬熔合 。

化學(xué)性質(zhì)

鋰的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，在一定條件下，能與除稀有氣體外的大部分非金屬反應(yīng)，但不像其他堿金屬那樣容易。

鋰能同鹵素發(fā)生反應(yīng)生成鹵化鋰。

常溫下，在除去二氧化碳的干燥空氣中幾乎不與氧氣反應(yīng)，但在100℃以上時(shí)發(fā)生燃燒，與氧生成氧化鋰，火焰呈藍(lán)色，但其蒸氣火焰呈深紅色，反應(yīng)程度如同鎂條燃燒一樣，十分劇烈危險(xiǎn)。盡管它不如其他堿金屬那樣容易燃燒，但是它燃燒的劇烈程度卻是其他堿金屬無(wú)法比擬的，就如同鎂燃燒比鈉更劇烈一樣。若其露置在普通空氣中會(huì)慢慢失去光澤，生成氧化鋰、氮化鋰和氫氧化鋰，最后變?yōu)樘妓徜嚒?氧族其它元素也能在高溫下與鋰反應(yīng)形成相應(yīng)的化合物。

鋰與碳在高溫下生成碳化鋰。

鋰在其熔點(diǎn)附近很容易與氫反應(yīng)，形成氫化鋰。

鋰塊可以與水較快地反應(yīng)，但并不特別劇烈，不燃燒，也不熔化，原因是其熔點(diǎn)、燃點(diǎn)較高，且因生成物L(fēng)iOH溶解度較小（20℃：12.3~12.8g/100gH 2 O），易附著在鋰的表面阻礙反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行 ；而粉末狀鋰與水發(fā)生爆炸性反應(yīng)。

鹽酸、稀硫酸、硝酸能與鋰劇烈反應(yīng)。濃硫酸和鋰也能反應(yīng)，有劇烈反應(yīng)并熔化燃燒的可能性。

鋰能同很多有機(jī)化合物發(fā)生反應(yīng)，很多反應(yīng)在有機(jī)合成上有重要的意義。

同位素與核性質(zhì)

在自然界中鋰以兩種同位素—— Li和 Li組成，豐度分別為7.42%和92.58%。

通過(guò)人工制備，已得到鋰的四種放射性同位素 Li、 Li、 Li、 Li。他們的衰變方式如下 ：

鋰的同位素可發(fā)生下列反應(yīng)，放出熱量：

也可用來(lái)制備氚：

制備

鋰礦的提取法

硫酸鹽法

鋰輝石和硫酸鉀一起燒結(jié)，鉀將鋰置換出來(lái)，形成可溶于水的硫酸鋰。

硫酸鹽分解法很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)是工業(yè)制備鋰的唯一方法。此方法不僅適用于鋰灰石，也可用來(lái)處理鋰云母。

石灰法

將石灰或石灰石與鋰礦石一起燒結(jié)，然后用水處理，浸取液經(jīng)過(guò)多次蒸發(fā)，可從中結(jié)晶析出氫氧化鋰。反應(yīng)式如下（溫度為1000℃）：

此方法的優(yōu)點(diǎn)是：

適用性強(qiáng)，能分解幾乎所有的鋰礦石。

反應(yīng)不需要稀缺原料，石灰和石灰石均較便宜且容易獲得。

缺點(diǎn)是：

要求精礦中鋰含量很高，因?yàn)闊Y(jié)時(shí)精礦會(huì)貧化。

因?yàn)榻『蟮玫降氖窍∪芤?，因此蒸發(fā)會(huì)消耗大量熱量，且耗時(shí)長(zhǎng)。

硫酸法

首先提出此方法的是R.B.Ellestad和K.M.Leute ，此方法適用于β-鋰輝石和鋰云母。原理如下（溫度為250-300℃）：

此反應(yīng)的關(guān)鍵問(wèn)題是硫酸只能與β-鋰輝石反應(yīng)，而對(duì)于α-鋰輝石無(wú)法與之反應(yīng)。用硫酸直接分解未經(jīng)鍛燒的鋰輝石，提取出來(lái)的鋰僅占總量的4% 。

天然鹵水的提取

鋰的來(lái)源也包括天然鹵水和某些鹽湖水。加工過(guò)程是將鋰沉淀成Li 2 NaPO 4 ，再將其轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徜?，即可作為原料?lái)加工其他鋰化合物了。加工天然鹵水還可得到硼砂、碳酸鉀、氯化鈉、硫酸鈉和氯化鎂等。

金屬鋰的制備

電解法

鋰可由電解熔融氯化鋰而得。Guntz首先建議用電解熔融氯化鋰和氯化鉀的混合物來(lái)制備金屬鋰 ，這樣可以把熔融溫度從單質(zhì)鋰的610℃降至400℃。以石墨為陽(yáng)極，以低碳鋼為陰極，電解槽壓為6.0-6.5V。這樣可以得到純度達(dá)到99%的鋰。

電解法制得的金屬鋰通常含有機(jī)械雜質(zhì)（例如Na、K、Mg、Ca、Fe、Si和Al等），因此需要提純；雜質(zhì)可重新熔融，再借助比重不同濾除，不容易除去的鈉和鉀可以通過(guò)氫化法除去。

熱還原法

3Li 2 O + 2Al = 6Li + Al 2 O 3 —33.6千卡

2Li 2 O + Si = 4Li + SiO 2 —76.3千卡

因?yàn)檫€原氧化鋰是吸熱反應(yīng)，再加上金屬鋰的性質(zhì)十分活潑，所以反應(yīng)只能在高溫和高真空中進(jìn)行。

用途

合成原料

在許多反應(yīng)中，鋰可作為原料或中間物。在合成與鋰相關(guān)的無(wú)機(jī)化合物時(shí)，常常是將金屬鋰與其他單質(zhì)反應(yīng)。若要求純度較高，可用鋰與氣態(tài)單質(zhì)或化合物反應(yīng)。例如用鋰和硫化氫合成硫化鋰。反應(yīng)方程式如下：

還原劑

金屬鋰溶于液氨和乙醇的混合溶劑中形成一個(gè)良好的還原劑，可用來(lái)還原含芳香環(huán)的有機(jī)化合物。比較貴重的甾族化合物通常用這種辦法來(lái)還原。此法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)率較高，缺點(diǎn)是比用鈉還原昂貴，所以僅用于還原一些貴重的化合物。

催化劑

鋰可用作丁二烯、異戊二烯等二烯烴聚合催化劑，也可用來(lái)制造共聚物。

電池工業(yè)

因?yàn)殇嚨脑恿亢苄?，只?.9g·mol ，因此用鋰作陽(yáng)極的電池具有很高的能量密度。鋰也能夠制造低溫或高溫下使用的電池 。

用于低溫的電池，通常使用有機(jī)溶劑作為電解質(zhì)，其中添加一些無(wú)機(jī)鹽增加導(dǎo)電性，常用無(wú)機(jī)鹽包括高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、六氟砷酸鋰和硫化鋰等。二次鋰電池中正極材料也為含鋰化合物，如鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰鐵氧化物等等，以及其多元化合物。二次鋰電池中負(fù)極材料，也與鋰的作用明顯。

用于高溫的電池，通常使用熔融的無(wú)機(jī)鹽作為電解質(zhì)，因此必須在該鹽的熔點(diǎn)以上方可使用。例如：

合金

摻有鋰的合金一般有強(qiáng)度大，密度小，耐高溫等特性。也有人用鋰合成了Li-Pb液態(tài)半導(dǎo)體合金 。

醫(yī)療

醫(yī)療用途的鋰目前主要分為兩種：一種為外用的局部治療，另一種則為已被廣泛使用的口服治療。

根據(jù)臨床研究中顯示，當(dāng)鋰被使用于外用的局部治療時(shí)，能有效治療脂漏性皮膚炎(seborrheic dermatitis) ，目前鋰的作用機(jī)理還不十分清楚，這可能與鋰可抑制物質(zhì)-P(substance-P) 及抑制Malassezia yeasts(引發(fā)痘痘元兇之一的細(xì)菌)生長(zhǎng)所需的所有游離脂肪酸有關(guān) 。過(guò)去的一些研究顯示鋰可以抑制許多酶(enzyme)：鈉鉀泵(Na/K ATPase)、腺苷環(huán)化酶(adenylcyclase)、enzymes of the prostaglandins E1 synthesis、和inositol-1-phosphatase等 。 鋰亦具有抗發(fā)炎(anti-inflammatory)及免疫調(diào)節(jié)(immunomodulatory)的作用 。除此之外，在法國(guó)的研究中顯示含鋰元素的活泉水( Evaux thermal spring water)能改善癌癥患者因治療所引起的皮膚指甲等的副作用 。

口服的鋰主要被使用于精神科，用來(lái)治療躁郁癥。臨床使用的濃度為1毫克?？诜玫匿嚂?huì)造成許多皮膚的副作用，像是斑點(diǎn)丘疹(maculopapular eruption)、痤瘡(acne)、牛皮癬狀疹(psoriasiform eruption)。因此顯示口服的鋰有可能會(huì)促進(jìn)或使已經(jīng)存在的皮膚疾病更惡化，像是牛皮癬(psoriasis)和脂漏性皮膚炎(seborrheic dermatitis) 。

其他用途

  用鋰作為燃料發(fā)射出魚(yú)雷

鋰還能用于：

原子能工業(yè)中制造核反應(yīng)堆的載熱劑

制造特種合金、特種玻璃等

作冶金工業(yè)中的脫氧劑，脫硫劑和脫泡劑

作為燃料，可發(fā)射魚(yú)雷等武器

保存方法

干燥環(huán)境下，鋰金屬不與氧氣發(fā)生反應(yīng)，只有在潮濕的環(huán)境下才與氧氣發(fā)生反應(yīng)，顏色由銀白色變成黑色最后再變成白色。實(shí)驗(yàn)室中鋰金屬一般保存在干燥的惰性氣體環(huán)境中。

參考資料

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