li -化學元素鋰的符號

li

化學元素鋰的符號
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拼音:lǐ,筆畫:12,釋義;一種金屬元素,是金屬中比重最輕的。可套用在原子能工業上,亦可製造特種合金、特種玻璃等。

  • 中文名稱
    鋰; 金屬鋰
  • 化學式
    Li
  • CAS登錄號
    7439-93-2
  • 熔    點
    180ºC
  • 危險性符號
    F:易燃物質 C:腐蝕性物質
  • 別    稱
    Lithium metal
  • 危險性描述
    R34:會導致灼傷
  • 分子量
    6.94
  • 沸    點
    1340ºC
  • 密    度
    0.534
  • 發現人
    阿爾費特遜
  • 英文名
    Lithium 
  • EINECS登錄號
    231-102-5
  • 水溶性
    起反應
  • 安全性描述
    保持容器幹燥。出現意外或者感到不適立刻到醫生那裏尋求幫助。
  • 危險品運輸編號
    UN1415

發現歷史

第一塊鋰礦石,透鋰長石(LiAlSi₄O₁₀)是由巴西人(Jozé Bonifácio de Andralda e Silva)在名為Utö的瑞典小島上發現的,于18世紀90年代。當把它扔到火裏時會發出濃烈的深紅色火焰,斯德哥爾摩的Johan August Arfvedson分析了它並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鹼金屬元素。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的第一個音節發音"裏"。因為是金屬,在左方加上部首"釒"。鋰在地殼中的含量比鉀和鈉少得多,它的化合物不多見,是它比鉀和鈉發現的晚的必然因素。鋰發現的第二年,得到法國化學家伏克蘭重新分析肯定。

鋰的密度小于水鋰的密度小于水

鋰,原子序數3,原子量6.941,是最輕的鹼金屬元素。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現。自然界中主要的鋰礦物為鋰輝石、鋰雲母、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。

金屬鋰金屬鋰

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/釐米³,硬度0.6。金屬鋰可溶于液氨。鋰與其它鹼金屬不同,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。在鹼金屬氯化物中,隻有氯化鋰易溶于有機溶劑。鋰的揮發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。鋰在原子能工業中有重要用途。

含量分布

在自然界中,主要以鋰輝石、鋰雲母及磷鋁石礦的形式存在。

鋰的電子排布鋰的電子排布

鋰在地殼中的自然儲量為1100萬噸,可開採儲量410萬噸。2004年,世界鋰開採量為20200噸, 其中,智利開採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、鋰雲母、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裏,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,可供開發利用。中國的鋰礦資源豐富,以中國的鋰鹽產量計算,僅江西雲母鋰礦就可供開採上百年。

理化性質

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,為非氣態單質中最小的一個。

因為鋰原子半徑小,故其比起其他的鹼金屬,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,開始轉變為面心立方結構,溫度越低,轉變程度越大,但是轉變不完全。在20℃時,鋰的晶格常數為3.50Å,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,其中有兩個是穩定的,分別是 Li-6和Li-7,除了穩定的之外,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,之後其他的同位素半衰期都在8.6毫秒以下。而Li-4是所有同位素裏面半衰期最短的同位素,隻有 7.58043×10秒。

Li-6捕捉低速中子能力很強,可以用來控製鈾反應堆中核反應發生的速度,同時還可以在防輻射和延長核飛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套用。Li-6在原子核反應堆中用中子照射後可以得到氚,而氚可用來實現熱核反應。Li-6在核裝置中可用作冷卻劑。

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並且有穩定的氦型雙電子層,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定性。

雖然鋰的氫標電勢是最負的,已經達到-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後,鋰表面的氮氧化物膜被溶解,從而使反應更加劇烈。在500℃左右容易與氫發生反應,產生氫化鋰,是唯一能生成穩定得足以熔融而不分解的氫化物的鹼金屬,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(Li₃N)的鹼金屬。由于易受氧化而變暗。如果將鋰丟進濃硫酸,那麽它將在硫酸上快速浮動,燃燒並爆炸。如果將鋰和氯酸鉀混合(震蕩或研磨),它也有可能發生爆炸式的反應。

鋰的一些反應的化學反應方程式敘述如下:

4 Li + O₂ = 2 Li₂O (反應條件:自發反應,或者加熱,或者點燃)(燃燒猛烈)

6 Li + N₂ = 2 Li₃N(反應條件:自發反應,或者加熱,或者點燃)

2 Li + S = Li₂S (該反應放出大量熱,爆炸!)

2 Li + 2 H₂O = 2 LiOH + H₂↑(現象:鋰浮動在水面上,迅速反應,放出氫氣)

2 Li + 2 CH₃CH₂OH(乙醇) = 2 CH₃CH₂OLi(乙醇鋰) + H₂↑

4 Li + TiCl₄ = Ti + 4 LiCl

2 Li + 2 NH₃(l.) = 2 LiNH₂ + H₂↑

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氫化鋰遇水發生猛烈的化學反應,產生大量的氫氣。兩公斤氫化鋰分解後,可以放出氫氣566千升。氫化鋰的確是名不虛傳的"製造氫氣的工廠"。第二次世界大戰期間,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,隻要一碰到水,氫化鋰就立即與水發生反應,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。

製取方法

1855年,本生和馬奇森採用電解熔化氯化鋰的方法才製得它,工業化製鋰是在1893年由根莎提出的,鋰從被認定是一種元素到工業化製取前後歷時76年。電解氯化鋰製取鋰要消耗大量的電能,每煉一噸鋰就耗電高達六、七萬度。

安第斯高原上的烏尤尼鹽沼安第斯高原上的烏尤尼鹽沼

工業上可以用如下的方法製備鋰單質:

將氯化鋰在不超過其熔點(602℃)的溫度下灼燒幹燥1h。

使用經過氫氧化鉀脫水幹燥的、新蒸餾的吡啶溶解上述氯化鋰,製成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。電解時採用的電壓為1.4V,電流密度為0.2~0.3A/100c㎡。

主要用途

工業

將質量數為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。鋰化物用于陶瓷製品中,以起到助溶劑的作用。在冶金工業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,個人攜帶的筆電、手機、藍牙耳機等數碼產品中套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展,衍生帶動了鋰礦、碳酸鋰等公司業務的蓬勃發展。金屬鋰電池在軍用領域也有套用。

鋰在發現後一段相當長的時間裏,一直受到冷落,僅僅在玻璃、陶瓷和潤滑劑等部門,使用了為數不多的鋰的化合物。

鋰早先的主要工業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。鋰在鑄造優質銅鑄件中能除去有害的雜質和氣體。在現代需要的優質特殊合金鋼材中,鋰是清除雜質最理想的材料。

1kg鋰燃燒後可釋放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質煤的燃燒。若用鋰或鋰的化合物製成固體燃料來代替固體推進劑,用作火箭、飛彈、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。

如果在玻璃製造中加入鋰,鋰玻璃的溶解性隻是普通玻璃的1/100(每一普通玻璃杯熱茶中大約有萬分之一克玻璃),加入鋰後使玻璃成為"永不溶解",並可以抗酸腐蝕。

純鋁太軟,當在鋁中加入少量的鋰、鎂、鈹等金屬熔成合金,既輕便,又特別堅硬,用這種合金來製造飛機,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,還是在它的優異的核性能被發現之後。由于它在原子能工業上的獨特徵能,人稱它為"高能金屬"。

鋰電池是二十世紀三、四十年代才研製開發的優質能源,它以開路電壓高,比能量高,工作溫度範圍寬,放電平衡,自放電子等優點,已被廣泛套用于各種領域,是很有前途的動力電池。用鋰電池發電來開動汽車,行車費隻有普通汽油發動機車的1/3。由鋰製取氚,用來發動原子電池組,中間不需要充電,可連續工作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展向鋰電池這樣的新型電池

鋰的商業用途鋰的商業用途

鋰化合物早先的重要用途之一是用于陶瓷製品中,特別是用于搪瓷製品中,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,用它製造的玻璃可以洞察隱蔽在銀河系最深處的奧秘。鋰玻璃可用來製造電視機顯像管。

二戰期間,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,隻要一碰到水,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.

用氘化鋰和氚化鋰來代替氘和氚裝在氫彈裏充當炸葯,達到氫彈爆炸的目的。中國于1967年6月17日成功爆炸的第一顆氫彈裏就是利用氘化鋰

鋰的焰色鋰的焰色

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,是製備葯物、香料和精細有機化學葯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,得到水解時能產生醇的加成產物。

由鋰和氨反應製得的氨基鋰被用來引入氨基,也被用作脫鹵試劑和催化劑。

生理

當狼吃下含有鋰化合物的肉食後,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。

人類對金屬鋰的套用已有了良好的開端,但由于鋰的生產工藝比較復雜,成本很高。如果人們一旦解決了這些問題,鋰的優良性能將得到進一步的發揮,從而擴大它的套用範圍。

其他

鋰能改善造血功能,提高人體免疫機能。鋰對中樞神經活動有調節作用,能鎮靜、安神,控製神經紊亂。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。鋰是有效的情緒穩定劑。隨著新的情緒穩定劑的出現,對鋰治療的興趣和研究雖已減少,但鋰仍是治療急性躁狂症和躁狂-抑鬱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。毒品犯的營養性鋰補充研究證明鋰有改善和穩定情緒的作用。心髒病人、學習低能者和在押暴力犯發鋰含量顯著降低。碳酸鋰治療的臨床研究表明,鋰的主要反應器官為胃腸道、腎髒、神經、肌肉、內分泌和心血管系統。在170~228mgLi/d治療劑量範圍內,預期的血清鋰水準為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,對治療劑量採用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(無毒性作用水準)為10 mgLi/kg/d,採用32倍安全因子,得到日允許攝入量(ADI)為0.31mgLi/kg/d。基于動物實驗資料,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、奶製品、魚類、土豆和蔬菜含有豐富的鋰。

儲存方法

與鉀、鈉類似,金屬鋰很活潑,需隔絕空氣儲存。

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

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