3　鋰

鋰是第ⅠA族元素，只有一個價電子（1s22s1），該族元素被稱作“堿金屬元素”。鋰的密度大約只有水的一半，是密度最低的金屬。鋰的新鮮切面是銀色的，但會迅速失去光澤，變成灰色。鋰在化學上明顯體現出失去一個電子形成Li+的趨勢。它是第二周期的第一種元素。

鋰可與鋁或鎂混合（合金）在一起形成輕質合金。除此之外，鋰還可用于生產電池、油脂、玻璃和醫藥。

因為金屬鋰具有很高的反應活性，在自然界中不存在鋰的單質。含鋰的礦物在全球都很常見。它是幾乎所有火成巖的微量成分，也存在于很多天然鹽水中。

3.1　發現史

巴西科學家安德拉達-席爾瓦于18世紀末訪問瑞典時發現了含鋰的透鋰長石。阿爾弗德森在1817年發現了鋰，那時他正在分析產于瑞典于特島的透鋰長石的礦石標本。現在已知，這種礦石的化學成分是LiAl（Si2O5）2。阿爾弗德森后來發現鋰存在于礦物鋰輝石和鋰云母中。甘默林在1818年發現，鋰鹽的焰色反應是紅色的。不論是甘默林還是阿爾弗德森都沒能從鋰鹽中獲得鋰的單質，例如試圖用加熱鐵或碳的方法還原氧化鋰。

此后，布萊德和戴維爵士首次成功地得到了鋰的單質。在1855年，本森和馬汀森通過電解氯化鋰獲得了更多的金屬鋰。

岡茨在1893年首先提出，可以用電解氯化鋰和氯化鉀的熔融混合物的方法工業化生產金屬鋰。這個方法于1923年由德國金屬公司最先應用。

3.2　用途

? 硬脂酸鋰與油脂混合后可以制造多用途和耐高溫的潤滑劑。

? 在航天器中，可用氫氧化鋰吸收二氧化碳。

? 鋰與鋁、銅、鎂和鎘的合金可用于制造高性能的航空器材。

? 軸承合金包含0.04%的鋰、0.7%的鈣和0.6%的鈉，這種合金比純的金屬鉛要硬，在德國曾用于有軌電車的軸承材料。

? 包括四氫合鋁（Ⅲ）酸鋰（四氫鋁鋰，LiAlH4）和有機鋰試劑（如甲基鋰LiMe、芳基鋰LiPh等）在內的一些化合物是非常重要的有機化學試劑。

? 金屬鋰在所有的固體單質中具有最高的比熱容，故可用作傳熱介質。

? 不同的核反應。

? 用作電池的陽極材料（很高的電化學勢能）。在干電池和蓄電池中也會用到鋰化合物。

? 制造特殊高強度的玻璃和陶器。

? 有時諸如碳酸鋰（Li2CO3）等含鋰化合物作為藥物，用于治療躁狂抑郁癥。

3.3　制備方法

因為鋰可實現工業化生產，所以通常無需在實驗室中制備它。給電負性很低的鋰離子Li+增加一個電子是十分困難的，所以，所有分離鋰的方法都需要經過電解。

鋰輝石LiAl（SiO3）2是工業上的最重要的含鋰礦石。加熱α型至1100℃可以轉化為較軟的β型。小心混合鋰輝石與熱硫酸，再用水萃取，便可以得到硫酸鋰（Li2SO4）溶液。將硫酸鋰和碳酸鈉（Na2CO3）溶液混合，可以生成溶解度較小的碳酸鋰沉淀。

Li2SO4+Na2CO3Na2SO4+Li2CO3↓

碳酸鋰與鹽酸的反應可以生成氯化鋰LiCl。

Li2CO3+2HCl2LiCl+CO2+H2O

氯化鋰的熔點很高（>600℃），這意味著它難于熔化以進行電解。然而LiCl（55%）和KCl（45%）的混合物的熔點只有大約430℃。電解這樣的混合物所需要的能源和成本就少得多了。

陰極：Li+（l）+e-Li（l）

陽極：　　Cl-（l）Cl2（g）+e-

3.4　生物作用和危險性

因為金屬鋰具有很高的反應活性，在自然界中不存在游離形式的鋰，含鋰的礦物很常見。它是幾乎所有火成巖的微量成分，也存在于很多天然鹽水中。在美國的加利福尼亞州和內華達州，有一些大型沉積巖層，含有幾種鋰礦石（特別是鋰輝石）。鋰的主要礦物有四種，分別是鋰輝石、鋰云母、透鋰長石和鋰磷鋁石。

鋰輝石：LiAlSi2O6。這是最重要和儲量最豐富的鋰礦石，主要沉積在北美洲、非洲以及巴西、蘇聯、西班牙、阿根廷的部分地區。從鋰輝石中提煉鋰的方法是，首先在1100℃下把α-鋰輝石（天然存在的形式）轉化為β-鋰輝石（儲量較小的礦藏），然后加入硫酸，加熱至250℃。最后用水萃取，得到硫酸鋰Li2SO4的溶液，以便于進行后續操作。

鋰云母：K2Li3Al4Si7O21（OH，F）3。這種礦物主要產自加拿大和非洲的部分地區，有時其中會夾雜著一些銫和銣。可以用與處理鋰輝石相似的方法萃取鋰云母中的鋰。

透鋰長石：LiAlSi4O10。這種礦物主要產自非洲的部分地區和瑞典。

鋰磷鋁石：LiAl（F，OH）PO4。鋰磷鋁石僅存在于一些次要礦藏中。

鋰也可以從湖水或山谷中獲得。用日光曝曬鹽水的方法可以把鋰分離出來。如果有必要的話，可以先把堿土金屬元素沉淀下來，再用向熱鹽水中加入碳酸鈉的方法把鋰沉淀為碳酸鋰。

鋰好像沒有明顯的生物作用，但是如果吞食了鋰化合物之后確實會對身體有影響。鋰化合物有輕微的毒性。有時以碳酸鋰等鋰化合物為主要成分的藥物被用來治療躁狂抑郁癥，劑量是每天0.5～2g，現在已知這種治療有一些副作用。攝取大劑量的鋰會導致嗜睡、說話含糊、嘔吐和其他癥狀，過量的鋰會損害中樞神經系統。

3.5　化學性質

（1）鋰與空氣的反應

金屬鋰質軟，可以用一把小刀很輕易地切割鋰。金屬鋰的新鮮切面有光澤，但是隨后不久就會與氧氣以及空氣中的水蒸氣反應而失去光澤，主要的產物是白色的氧化物氧化鋰（Li2O）。現已制備出過氧化鋰，它的顏色也是白色的。

4Li（s）+O2（g）2Li2O（s）

2Li（s）+O2（g） Li2O2（s）

鋰也與氮氣發生反應生成氮化鋰（Li3N）。鋰的這種性質在第ⅠA族元素中相當特別，卻與第ⅡA族元素鎂相似，后者也形成氮化物。

6Li（s）+N2（g）2Li3N（s）

（2）鋰與水的反應

金屬鋰與水緩慢反應，生成氫氧化鋰（LiOH）的無色堿性溶液和氫氣。因為氫氧化鋰的溶解，所得的溶液是堿性的。反應是放熱的，但比鈉（在周期表中緊靠在鋰的下面）的相似反應要慢。

2Li（s）+2H2O（l）2LiOH（aq）+H2（g）

（3）鋰與鹵素單質的反應

金屬鋰同所有的鹵素單質的反應都很迅速，生成鹵化鋰。鋰同氟氣（F2）、氯氣（Cl2）、溴單質（Br2）和碘單質（I2）反應，分別生成氟化鋰（Ⅰ）（LiF）、氯化鋰（Ⅰ）（LiCl）、溴化鋰（Ⅰ）（LiBr）和碘化鋰（Ⅰ）（LiI）。

2Li（s）+F2（g）2LiF（s）

2Li（s）+Cl2（g） 2LiCl（s）

2Li（s）+Br2（g） 2LiBr（s）

2Li（s）+I2（g） 2LiI（s）

（4）鋰與酸的反應

金屬鋰能迅速溶解在稀硫酸中，形成氫氣和含有水合Li（Ⅰ）離子的溶液。

2Li（s）+2H+（aq）2Li+（aq）+H2（g）

（5）鋰與堿的反應

金屬鋰與水迅速反應，生成氫氧化鋰（LiOH）的無色堿性溶液和氫氣。因為氫氧化鋰的溶解，反應生成的溶液是堿性的。然而即使當溶液變成堿性之后，反應仍會繼續進行。這個反應是放熱的，但比鈉（在周期表中緊靠在鋰的下面）的相似反應要慢。隨著反應進行，氫氧化鋰的濃度會持續增加。

2Li（s）+2H2O2LiOH（aq）+H2（g）