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化學元素的故事“稀有金屬”-鋰

作者:由 單老師Speak 發表于 文學日期:2021-10-01

鋰字由什麼轉變而來

化學元素的故事“稀有金屬”-鋰

Lithium

),是一種化學元素,它的化學符號是

Li

,它的原子序數是3,它的漢語拼音是li(三聲),三個電子其中兩個分佈在K層,另一個在L層。鋰是鹼金屬中最輕的一種。鋰常呈+1或0氧化態,是否有-1氧化態則尚未得到證實[1]。但是鋰和它的化合物並不像其他的鹼金屬那麼典型,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,自己本身卻不容易受到極化。這一點就影響到它和它的化合物的穩定性[2]。鋰的英文為Lithium,來源於希臘文lithos,意為“石頭”。Lithos的第一個音節發音“裡”。因為是金屬,在左方加上部首“釒”。

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,其丰度居第二十七位。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裡,含有豐富的鋰。如有些紅色、黃色的海藻和菸草中,往往含有較多的鋰化合物,可供開發利用。我國的鋰礦資源豐富,以目前我國的鋰鹽產量計算,僅江西雲母鋰礦就可供開採上百年。

鋰在地殼中約含0。0065%,其丰度居第27位。在海水中大約2600億噸鋰,人和動物體內也有極少的鋰存在。體重70公斤的正常人體中,鋰的含量為2。2毫克。目前自然界已發現含鋰礦石達150多種。鋰在自然界中存在的主要形式為鋰輝石(LiAlSi2O6),鋰雲母[Li2(F,OH)2Al(SiO3)3]等,我國江西有豐富的鋰雲母礦。鋰是在1817年被著名化學家貝齊裡烏斯的學生阿爾費特遜在分析一種礦石的成分時發現的,貝齊裡烏斯將其命名為鋰。到1855的年本生和馬奇森採用電解熔化氯化鋰的方法才製得它,工業化制鋰是在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。現在電解LiCl製取鋰,仍要消耗大量的電能,每煉一噸鋰就耗電高達六、七萬度。

化學元素的故事“稀有金屬”-鋰

磷酸鐵鋰動力汽車

鋰具有高的比熱和電導率,它的密度是0。53克/釐米3,是自然界中最輕的金屬元素。它是非常活潑的鹼金屬元素,常溫下它是唯一能與氮氣反應的鹼金屬元素。自然界存在的鋰由兩種穩定的同位素63Li和73Li組成。鋰只能存放在凡土林或石蠟中。

鋰在發現後一段相當長的時間裡,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效能。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O、N、Cl、S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,使之變得更加緻密,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。

化學元素的故事“稀有金屬”-鋰

鋰燃燒放出大量的熱量

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鋰透過熱核反應放出的能量相當於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、導彈、宇宙飛船的推動力,不僅能量高、燃速大,而且有極高的比衝量,火箭的有效載荷直接取決於比衝量的大小。

如果在玻璃製造中加入鋰,鋰玻璃的溶解性只是普通玻璃的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Li、Mg、Be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。Li-Pb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效能被發現之後。由於它在原子能工業上的獨特效能,人稱它為“高能金屬”。

6Li捕捉低速中子能力很強,可以用來控制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導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應用。6Li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。

鋰電池是本世紀三、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,已被廣泛應用於各種領域,是很有前途的動力電池。用鋰電池發電來開動汽車,行車費只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。目前,要解決汽車的用油危機和排氣汙染,重要途徑之一就是發展向鋰電池這樣的新型電池。

化學元素的故事“稀有金屬”-鋰

新型鋰電池

注:鋰,銀白色的金屬。密度0。534克/釐米³。熔點180。54℃。沸點1317℃。是最輕的金屬。可與大量無機試劑和有機試劑發生反應。與水的反應非常劇烈。在500℃左右容易與氫發生反應,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。由於易受氧化而變暗,故應存放於液體石蠟中。

附化學故事一個:短斤少兩的秘密:阿弗事聰在一次分析礦石時發現,這塊礦石是由氧化矽和氧化鋁組成的。但同時發現:這幾種元素的含量為97%,和整塊礦石的總重量相差3%。也就是說,礦石的組成成分總重量為97%,缺少3%。他高興地大喊“這是新元素”,這種新元素叫做“鋰”,鋰是一種銀白色金屬,在金屬中是最輕的,金屬鋰很軟,用普通的小刀就能輕易地把它切成小塊。鋰的化學性質非常活潑,可以同氧氣化合,變成白色的氧化鋰。鋰還能同空氣中的氮和氧發生強烈的化學反應,因此鋰一般被密封在凡士林或石蠟油中。鋰和水作用時放出大量的熱量,使釋放出的一部分氫氣在空氣中燃燒,發生爆炸。鋰和它的某些化合物是優質高能燃料,這些燃料的單位質量小,燃燒溫度高,火焰寬,排出氣體速度快,已經用於宇宙火箭、人造衛星和超音速飛機等系統方面。