但你要问有几个人真正见过锂,怕真是很少,更别说搞清楚锂这种元素与别的金属比较有什么独特的优点了。
本日我们就来说一说锂——这种位于元素周期表第三位的奇妙元素。
古人说“读字读半边,不怕错上天”,至少放在“锂”这个字上是绝对没问题的:它念“里”,并且你一看这字的偏旁就知道它是一种金属。没错,锂是在元素周期表上排在第一位的碱金属元素。

锂在元素周期表中位于碱金属的最上方
细心的朋友可能会说了:“不对呀!
氢在锂的上边,氢也有金属态呀!
”没错,氢在极高压力下确实显示出金属态,这被称为氢的“金属相”,但从实质上来说,氢不是金属,那只不过是一部分氢的电子被挤出了它原来的轨道,变成类似自由电子,使液态或固态氢具有了类似金属的特色而已。
锂的原子核里有3个质子,它的原子核带3个正电荷,与此相对应,锂有3个电子,个中1s轨道有2个电子,2s轨道有1个电子。由于1s轨道已经被电子占满,并且它们的能量很低,不参与化学键,锂相对随意马虎失落去它2s轨道上的那一个电子,形成阳离子Li⁺。
锂的电子排布图
锂与它下方的钠、钾等碱金属比较,由于其2s轨道更贴近原子核,原子核与电子间的静电力更强一些,它最外层的电子比较不随意马虎失落去,因此锂比其它碱金属更稳定。如果你将一块金属锂扔进水里,它会跟水反应天生氢气,但不会燃烧。钠、钾平分歧,它们会燃烧乃至爆炸。
锂是最轻的金属,它实在是太轻了,密度仅为0.534g/cm³,你纵然是把它泡在密度最低的烃油里它也能漂浮起来,因此为了不让锂在空气中被氧化,常日会把它包裹在凡士林里隔绝空气保存。
锂比所有的液体元素密度都低,它会漂浮在石蜡油的表面
锂从何而来?“大爆炸”理论认为,锂大部分也是由宇宙大爆炸产生的。在“大爆炸”后的一天里,宇宙中就产生了险些所有的氢和氦,然后通过P-P II聚变分支产生了锂(Li)、铍(Be)和硼(B)。
P-P II聚变分支
在P-P II聚变分支里:
³He + ⁴He → ⁷Be + γ
⁷Be + Ë⁻ → ⁷Li⁻ + νË + 0.861 MeV / 0.383 MeV
锂便是这么来的。
⁷Li + ¹H → 2 ⁴He
在那之后,锂在宇宙不同的区域的丰度也有了差别,老恒星中的锂在240万度的高温下更多地与质子反应而被“摧毁”为两个α粒子,而年轻恒星中则有更多的机会通过P-P II聚变产生新的锂。
太阳系中元素的丰度,可以看出锂的丰度比较低
锂的同位素锂有两种稳定的天然同位素锂-6和锂-7,个中锂-7占了92.41%,它的原子核中有3个质子和4个中子;锂-6的原子核中质子与中子的数量都是3个,它占7.59%。
锂其它的同位素从锂-4、锂-5、锂-8到锂-13都是不稳定的放射性同位素,它们会迅速衰变成其它核素。
锂-6有一种主要的特性,它可以通过接管中子转化为氚。科研职员通过在核反应堆周边放置锂-6或它的化合物来合成氚;而核国家则利用锂-6的这一特性制造氢弹:
⁶Li + n → ⁴He + ³H
核武器设计者将氢弹弹头设计成两个部分:一个钚的原子弹引爆器和一个由锂-6氘化物燃料组成的聚变反应器,当钚弹爆炸时,它所产生的强大热能会加热锂-6氘化物燃料,同时开释出大量中子;压缩和加热的锂-6氘化物燃料与接管中子后产生氚并开始强烈的聚变反应。这便是氢弹引爆的过程。
氢弹引爆过程,氘化锂参与个中
锂的运用除了造核弹,锂的运用非常广泛,最常见的莫过于我们利用的锂电池、锂离子电池和锂离子聚合物电池、磷酸铁锂电池了,这些电池给我们的事情与生活带来了极大的方便。
本日先不谈论电池,我们讲些大家不怎么熟习的运用。
除了拿来制造电池外,锂最多的运用便是拿光降盆各种各样的玻璃,据统计,天下上大约有三分之一的锂被加到了玻璃里边。将氧化锂加入到二氧化硅里,可以降落质料的熔点和黏度,节约能源并且方便加工;氧化锂还可以改进玻璃和釉料的物理性能,许多烤箱用的玻璃在加工时都须要用到氧化锂或碳酸锂(Li₂CO₃),碳酸锂在高温加热后会转化为氧化锂,锂的加入能降落热膨胀系数,防止玻璃热爆;碳酸锂还是低火和高火陶瓷釉中的常见身分。
玻璃烤盘的制造中加入了锂化合物
除了用作生产玻璃的质料,碳酸锂还是一种治疗精神疾病的紧张药物,它对烦闷症、躁狂症等双相情绪障碍疾病有疗效。
锂是很好的抗烦闷药物成份,并且是长期精神稳定剂的首选
锂还被广泛用于冶金工艺,全天下有6%以上的锂产品被用于冶金添加。例如将碳酸锂用作连续铸造助熔添加剂,它可以增加流动性; 将氟化锂用作铝冶炼过程的添加剂,它可以降落熔化温度和增加电阻;锂与铝(铝锂合金)、镁、铜、镉和锰等金属的合金可以用于制造高性能飞机零件。
锂还有一个常见的运用是拿来做润滑脂,每年大约有12%的锂被用在了这个方面,这可能是出乎许多人猜想的。当将氢氧化锂与脂肪加热,就可以得到一种叫“锂皂”的硬脂酸,它是高温润滑脂的紧张质料。
氢氧化锂从空气中接管二氧化碳后会形成碳酸锂,航天器和潜艇中便是利用氢氧化锂来进行空气净化的。
在军事方面,氢化铝锂(LiAlH₄)不仅可以作为火箭推进剂的高能添加剂,氢化铝锂本身也是一种固体火箭的燃料。
空空导弹大多采取固体燃料推进
锂的用场如此广泛,地球上的锂会不会越用越少,到哪一天涌现资源枯竭呢?
锂的生产锂很活泼,它在地球表面都因此化合物的形式存在的。
天下上已经探明的锂储量大约只有1600万吨,已知资源量大约是6500万吨,它们紧张分布在南美洲的几个国家,比如智利、阿根廷、玻利维亚和巴西等,其余加拿大、美国、澳大利亚和我们也有一些锂矿藏。锂的生产大国是澳大利亚、智利、阿根廷和津巴布韦等国。
玻利维亚一个富含锂的盐湖
1600万吨的探明储量,比较于其它金属来说实在是太少,难道地球上就这么一点儿锂吗?也不对,我们的海水里大约有2300亿吨的锂,只不过海洋里锂的浓度实在是太低,元素的浓度相对恒定为0.14~0.25ppm,从商业角度来看,从海水里提取锂是一件得不偿失落的事情,以是至今没有人干这种事。
目前天下各紧张产锂首都是从含锂的盐湖、或者从伟晶岩的锂矿中提纯锂的化合物,然后通过电解的方法提取锂。富含锂的矿物紧张有伟晶岩、锂辉石、锂云母等等。
锂辉石,它的紧张身分是硅酸铝锂LiAl(SiO3)2
在前一节“锂的运用”中我们已经理解到,大多数锂的运用实际上是对氧化锂、碳酸锂、氢氧化锂等锂化合物的运用,很多时候我们并不须要金属锂,以是从锂矿中提取化合物相对要随意马虎些。
随着智能移动电子设备和新能源汽车的快速发展,天下锂花费量会有个打破性的增长,由于每辆电动汽车的充电电池须要利用至少10千克锂。未来人们在全力找矿的同时,还须要考虑对报废汽车电池、报废电子产品中锂的回收、加工和再利用。
我们该当相信,办法总比困难多。