锂,是一种化学元素,它的化学符号是Li,它的原子序数是3,三个电子其中两个分布在K层,另一个在L层。锂是碱金属中最轻的一种。锂常呈+1或0氧化态,有人认为其有-1氧化态,但是尚未得到证实。锂的英文为Lithium,来源于希腊文lithos,意为“石头”。Lithos的第一个音节发音“里”。因为是金属,在左方加上部首“钅”。
发现 锂在自然界中丰度较大,居第27位,在地壳中约含0.0065%。锂仅以化合物的形式广泛存在于自然界中。锂的矿物有30于种,主要存在于锂辉石(LiAlSi2O6)和锂云母以及透锂长石((LiNa)AlSi4O10)和磷铝石中。在人和动物的有机体、土壤和矿泉水、可可粉、烟叶、海藻中都有锂的存在。
存在与分布 锂是一种柔软的,银灰色,极易反应的碱金属元素。它在金属中比重最轻。锂在空气中易被氧化,所以须贮存于汽油、煤油或惰性气体中。它能与水和酸作用放出氢气,易与氧、氮、硫等化合。锂盐在水中的溶解度与镁盐类似,而不同于其他的碱金属盐。
性质与状态 锂的密度非常小,仅有0.534g/cm。
物理性质 金属锂的化学性质十分活泼,在一定条件下,能与除稀有气体外的大部分金属与非金属反应,但不像其他的碱金属那样容易。锂能同卤素发生反应生成卤化锂。常温下不与氧气反应,但在100℃以上能与氧生成氧化锂。氧族其它元素也能在高温下与锂反应形成相应的化合物。锂与碳在高温下生成碳化锂。在锂的熔点附近,锂很容易与氢反应,形成氢化锂。 新切开的锂有金属光泽,但是暴露在空气中会慢慢失去光泽,表面变黑,若长时间暴露,最后会变为白色。主要是生成氮化锂,氢氧化锂,最后变为碳酸锂。 块状锂可以与水发生反应,粉末状锂与水发生爆炸性反应。盐酸、稀硫酸、硝酸能与锂剧烈反应,浓硫酸仅与锂缓慢反应。 锂能同很多有机化合物发生反应,很多反应在有机合成上有重要的意义。
同位素与核性质
制备
锂矿的提取法 锂辉石和硫酸钾一起烧结,钾将锂置换出来,形成可溶于水的硫酸锂。 2LiAl(SO3)2 + K2SO4 = Li2SO4 + 2KAl(SO3)2 硫酸盐分解法在很长一段时间是工业制备锂的唯一方法。此方法不仅适用于锂灰石,也可以用来处理锂云母。
硫酸盐法 将石灰或石灰石与锂矿石一起烧结,然后用水处理,浸去液经过多次蒸发,既可以从中结晶析出氢氧化锂。反应式如下,反应温度为1000℃: 2LiAl(SO3)2 + 9CaO = Li2O + CaO·Al2O3 + 4[2CaO·SiO2] 这个方法的优点是: 这个方法的缺点是:
适用性强,能够分解几乎所有的锂矿石。 反应不需要稀缺原料,石灰和石灰石均较便宜且容易获得。 要求精矿中含锂量很高,因为在烧结是会使精矿贫化。 因为浸取后得到的是稀溶液,因此蒸发会消耗大量的热量并且花费很多时间。 石灰法 首先提出此方法的是R.B.Ellestad和K.M.Leute。
硫酸法 锂的来源也包括天然卤水和某些盐湖水。加工过程是将锂沉淀成Li2NaPO4,再将其转变为碳酸锂,即可以作为来源来加工其他锂化合物了。加工天然卤水还可以得到硼砂、碳酸钾、氯化钠、硫酸钠和氯化镁等。
天然卤水的提取
金属锂的制备 锂可由电解熔融的氯化锂而制得。Guntz首先建议用电解熔融的氯化锂和氯化钾的混合物来制备金属锂 →Cl2 2LiCl(l) →2Li(s)+Cl2(g) 电解法制得的金属锂通常含有机械杂质(例如Na、K、Mg、Ca、Fe、Si和Al等),因此需要提纯;杂质可以重新熔融在借助比重不同除去,不容易除去的钠和钾可以通过氢化法除去。
电解法 3Li2O + 2Al = 6Li + Al2O3 —33.6千卡 2Li2O + Si = 4Li + SiO2 —76.3千卡 因为还原氧化锂是吸热反应,再加上金属锂的性质十分活泼,所以反应只能在高温和高真空中进行。
热还原法
用途 在许多反应中,理可以作为原料或中间物。在合成与锂相关的无机化合物时,常常是将金属锂于其他单质反应。若要求纯度较高,可以用锂与气态单质或化合物反应。例如用锂和硫化氢合成硫化锂。反应方程式如下: 2Li + H2S = Li2S + H2
合成原料主条目:Birch还原 金属锂溶于液氨和乙醇的混合溶剂中形成一个良好的还原剂,可以用来还原含芳环的有机化合物。比较贵重的甾族化合物通常用这种办法来还原。这个方法的优点是产率较高,缺点是比用钠还原昂贵,所以仅限于还原一些贵重的化合物。 还原剂 锂可用作丁二烯、异戊二烯等二烯烃聚合催化剂,也可以用来制造共聚物。
催化剂 因为锂的原子量很小,只有3,因此用锂作阳极的电池具有很高的能量密度。锂也能够制造低于室温或高温下使用的电池。 低于室温的电池,通常使用有机溶剂作为电解质,其中添加一些无机盐增加导电性,常用无机盐包括高氯酸锂、六氟络磷酸锂、六氟络砷酸锂和硫化锂等。电池阳极是锂,阴极常用金属氯化物。例如锂-氯化银电池的电池反应为: Li + AgCl = LiCl + Ag 高温下的电池,通常使用熔融的无机盐作为电解质,因此必须在该盐的熔点以上方可使用。例如: 2Li + Cl2 = 2LiCl
电池工业 掺有锂的合金一般有强度大,密度小,耐高温等特性。也有人用锂合成了Li-Pb液态半导体合金。
合金 锂还能用于:
原子能工业中制造核反应堆的载热剂 制造特种合金、特种玻璃等 作冶金工业中的脱氧剂,脱硫剂和脱泡剂 其他用途
元素 元素周期表 同位素列表 放射性 濃縮鈾 碱金属 参考文献
锂
Li
原子序数: 3
原子量: 6.941
熔点: 453.69
沸点: 1615
电负性: 0.98 |
钠
Na
原子序数: 11
原子量: 22.990
熔点: 370.87
沸点: 1156
电负性: 0.96 |
钾
K
原子序数: 19
原子量: 39.098
熔点: 336.58
沸点: 1032
电负性: 0.82 |
铷
Rb
原子序数: 37
原子量: 85.468
熔点: 312.46
沸点: 961
电负性: 0.82 |
铯
Cs
原子序数: 55
原子量: 132.905
熔点: 301.59
沸点: 944
电负性: 0.79 |
钫
Fr
原子序数: 87
原子量: (223)
熔点: ?295
沸点: ?950
电负性: 0.7
(英文) 洛斯阿拉莫斯国家实验室 —— 锂 (英文) WebElements.com —— 锂 (英文) EnvironmentalChemistry.com —— 锂 (英文) 核磁共振 —— 锂 (英文) AntimonyNet.com 青海经济信息网:自然资源(盐类矿产——锂矿) 锂与社会 |