锂

锂（英语：Lithium），是密度最小的一种金属，位于元素周期表的第二周期IA族，化学符号为Li，它的原子序数为3，原子量为6.941。常温常压下，锂是一种银白色的固体，其熔点为180.5 ℃，沸点为1342 ℃，比热容为3.58 kJ/kg·K，可溶于硝酸、液氨等溶液，可与水反应。锂的化学性质活泼，能与大部分非金属和金属发生反应。

1817年，瑞典化学家约翰·奥古斯特·阿韦德松（Johan August Arfwedson）在透锂长石中所发现新元素锂，并将其命名为Lithium，它来源于希腊文Lithos（释义：岩石）。同时他也发现了具有工业储量的常见锂矿石如锂辉石、锂云母和磷铁锂矿。约翰指出碳酸锂在水中的溶解度很小，氢氧化锂比其它碱金属氢氧化物的溶解度也小得多，还指出锂的化合物和碱土金属的化合物很相似；十九世纪在植物和动物的机体中也发现有锂。1818年英国的化学家威廉·托马斯·布兰德（William Thomas Brande）和汉弗莱·戴维（Humphry Davy）两人利用电解的方法从氯化锂中制得了少量的金属锂；1855年，德国人罗伯特·威廉·本生（Robert Wilhelm Bunsen）和奥古斯特斯·马提生（Augustus Matthiessen）应用电解氯化锂的方法制备了足够量的金属锂来研究它的性质。1932年，在英国的物理学家约翰·科克罗夫特（John Cockcroft）和埃米斯特·沃尔顿（Emest walton）的开创性工作中，锂被用作金属靶，人工加速的原子粒子被用来改变锂原子核，每个锂原子核吸收一个质子成为两个气体原子核。用慢中子轰击锂-6会产生氦和氚[chuān]。1949年，澳洲医生约翰·凯德（John Cade）经动物实验发现，锂能控制豚鼠的攻击行为，使其变得安静，推测其可能有“镇静作用”。

锂金属在地壳中分布分散且不易提取，主要集中于盐湖和花岗伟晶岩矿床，其中盐湖锂资源占世界锂储量的87%。锂资源主要分布在美国、中国、智利、澳大利亚、阿根廷等地。中国的锂资源主要分布在青海、西藏、四川、新疆、湖北、河南、湖南等地，青藏高原的盐湖锂资源丰富。1997年，美国地调所统计了全球已知的锂资源约为2255万吨，其中储量为587.4万吨，储量基础为1590.7万吨。工业上四种重要的锂资源矿物是：锂辉石（spodumene）、锂云母（lepidolite）、透锂长石（petalite）以及磷铝石（amblygonite）；矿泉和盐湖也是锂的重要来源，已知的天然卤水中含有浓度高达万分之几的有工业价值的锂，例如美国加利福尼亚州的西尔斯湖（SearlesLake）就是一个很大的锂源；欧洲也富含锂的地热卤水。以下列举几种典型的锂矿石。

目前锂辉石是提取锂化物的主要工业原料，也是锂的上述四种矿物中储量最丰富的一种，它比锂云母或透锂长石的锂含量都高，锂辉石通常多与其它矿物共生，需要富集，用浮选法富集后，可得到含锂2.8%-3.3%的精矿（6%-7%氧化锂），在美国、加拿大、巴西和扎伊尔等国家都有大量的锂辉石矿藏。

锂云母是一种稀有的云母，没有生长良好的晶体，通常呈玫瑰红色、淡紫色，有时呈桃红色、白色，含锂约2%（4.2%-4.5%氧化锂），它仅在熔化以后才能被酸分解，在津巴布韦、西南非洲和加拿大有较多的锂云母矿，由于锂辉石对锂是一种更为合适的原料，因而锂云母不再作为制备锂化学制品的矿石而被开采了，然而这种矿物仍被用作为陶瓷工业中提供锂素的原料。

透锂长石通常呈灰色和暗灰色，较少呈黄色和无色，有时呈红色或绿色，密度介于2.39-2.46 g/cm³之间，它不易同酸起反应，理论上透锂长石含有2.27%的锂（3.5%-4.5%氧化锂），这种矿物在瑞典、西南非洲和南津巴布韦都有发现，透锂长石目前用作玻璃工业中锂的原料，也用作耐火材料中膨胀性低的填充剂。

常温常压下，锂单质是一种银白色固体，质较软，一般用刀就可切割，其断面有微黄色光泽。锂的熔点为180.5 ℃，沸点为1342 ℃，比热容为3.58 kJ/kg·K，可溶于硝酸、液氨等溶液。锂在常温下，是非气态单质中密度最小的元素，且在碱金属元素中锂的原子半径最小，所以金属锂的晶格最为坚固。锂在一般条件下为体心立方结构，同其它的碱金属相比，它的压缩性最小、硬度最大、熔点最高；高温时，锂蒸气为鲜红色，能使火焰呈洋红色。锂能很好地溶解在汞中，但溶解度较其它碱金属差一些，随着温度的升高，锂在汞中的溶解度也随着增大；除铁之外，锂几乎容易同所有的金属相熔。

锂元素共有10种同位素，包括2个稳定型，3个富中子型，2个质子型和3个中子无束缚共振型，10种同位素为锂-4、锂-5、锂-6、锂-7、锂-8、锂-9、锂-10、锂-11、锂-12和锂-13。在自然界中能够稳定存在的是锂-6和锂-7，其丰度分别约为7.5%和92.5%，这两个同位素均无放射性。除稳定同位素外，锂-8的半衰期最长，为839.9 ms；锂-9的半衰期也较高，为178.3 ms。剩余同位素的半衰期均低于8.6 ms，其中锂-4的半衰期是最短的。

金属锂是非常活泼的，固态锂在合适的条件下，易与稀有气体以外的大多数非金属及许多金属发生反应，例如氧、氮、二氧化碳等气体；液态锂除了能够与上述物质发生反应，还可以与氢、碳、硅和大量其他元素发生强烈反应。

• 锂与氧气反应

纯度高的锂在室温下不易同干燥的氧反应，但是在100 ℃或更高的温度下，它易与氧气发生反应。

• 锂与水反应

块状的金属锂能迅速与水反应，放出氢气并形成氢氧化锂的溶液，其反应不像钠与水的反应那样剧烈，这可能是因为锂不会在反应过程中像钠一样熔化；和其它碱金属一样，粉末状的锂遇水会发生爆炸反应。

• 锂与氮气反应

锂的新切开断面有金属光泽，但暴露在湿空气中时，断面会迅速地失去光泽并开始变黑；长时间暴露于空气中后断面则会变成白色，此时生成的化合物是氮化锂、氢氧化锂、一水合氢氧化锂，说明固态锂与氮气的反应在常温下就能进行。

• 锂与氢气反应

在熔融的锂表面通干燥的氢气，在400 ℃以上时，会生成氢化锂；710-720 ℃时，反应会剧烈进行。

• 锂与酸反应

锂能够与盐酸、硝酸和稀硫酸猛烈地反应，但与浓硫酸只能缓慢地反应。

• 锂与有机化合物反应

锂能同有机化合物及其卤素衍生物反应，生成相应的锂的有机化合物，例如n-BuCl能与金属锂在一定条件下反应生成正丁基锂，这些化合物在有机合成上有着重要的意义。

锂的化学性质活泼，能与多种元素化合生成多种无机锂化合物（通称锂盐）及有机锂化合物，这些锂化合物的应用领域在不断扩大，地位也越来越重要。下面列举几种常见的锂化合物。

• 氢化锂

氢化锂（LiH）是最稳定的碱金属氢化物，常温常压下是一种灰白色粉末状结晶，其熔点为688.7 ℃，其分解温度为850 ℃，具有较好的热稳定性。氢化锂在有机化学中是一种重要的还原剂，常用来还原某些有机化合物。氢化锂能够经各种途径进入体内，然后被器官系统所吸收引起锂中毒，因此在取用氢化锂时，应当小心操作，避免接触。

• 碳酸锂

碳酸锂（Li₂CO₃）是一种白色单斜系晶体，其熔点为723 ℃，在618 ℃时会分解为氧化锂（Li₂O）和二氧化碳（CO₂），相对密度为2.11 g/cm³。碳酸锂微溶水，可溶于稀酸，不溶于醇酮[tóng]。

• 氢氧化锂

氢氧化锂是最重要的锂化合物之一，有无水氢氧化锂（LiOH）和一水合氢氧化锂（LiOH·H₂O）两种。无水氢氧化锂为白色四方结晶颗粒或流动性粉末，其熔点为471.2 ℃，沸点为1626 ℃，可溶于水，微溶于乙醇。一水合氢氧化锂为白色易潮解的单晶粉末，失去结晶水转换为无水氢氧化锂。氢氧化锂被广泛地用于制备其它锂化合物的原料，例如制备锂的卤化物。

金属锂能生成很多种有机锂化合物，主要有烷基锂、芳基锂、胺基锂等，例如三氯甲基锂、甲基锂、乙基锂、乙烯基锂、苯基锂等。在众多的有机锂化合物中，丁基锂是一种最主要的有机锂化合物，丁基锂（C₄H₉Li）有4种同分异构体，正丁基锂、仲丁基锂、异丁基锂和叔丁基锂，其中正丁基锂是一种澄清、无色、不挥发、稍具粘性的流动液体，在许多碳氢化合物中有无限的溶解度，用途十分广泛。

金属锂是工业生产中十分重要的金属，被称为“二十一世纪的能源金属”。因此锂的提取工艺是十分重要的，以下提及几种重要的金属锂提取工艺和制备方法。

硫酸法是一种从锂矿石中提取锂的方法，具体步骤为先将锂矿石高温焙烧后进行硫酸化焙烧和浓硫酸常温浸泡，此时锂的形式转为硫酸锂（Li₂SO₄）。为除去铁、铝、钙、镁等杂质，往硫酸液中加入纯碱液。剩余溶液再经过沉锂、蒸发浓缩等步骤后可得到碳酸锂（Li₂CO₃），最后从碳酸锂中提取锂。硫酸法具有硫酸法提锂具有操作可控制、锂收率高、能耗小、其他杂质含量少（除主要杂质Si和Al外）等优点。