锂的探究

锂的探究

摘要：锂，在常温下是银白色金属，其化学性质活泼。在自然界中，锂主要以锂辉石和锂云母及磷铝石矿的形式存在。近几年来，锂在高新技术领域的应用前景广阔，尤其是新能源、新材料的发展方面。

关键字：锂的结构和性能，合成与制备，锂的应用，发展与展望，化合物

1.锂的化学结构、物理性能

锂，元素符号Li，原子序数3，原子量6.941，核外电子排布式1s22s1，为元素周期表中第二周期第Ⅰ主族。其元素名来源于希腊文，原意是“石头”。在人和动物机体、土壤和矿泉水、可可粉、烟叶、海藻中都能找到锂。天然锂有两种同位素：锂6和锂7。

锂在常温下是银白色金属，密度0.534g/cm3，熔点180.54℃，沸点1317℃，硬度0.6，导电性11.2(Hg=1)。锂是最轻的碱金属元素。锂的化学性质活泼，电离势520.27kJ/mol，电负性1.0，可与氧、氯、氮、硫等直接化合。金属锂则可溶于液氨。

锂与其它碱金属不同，在室温下与水反应比较慢，但能与氮气反应生成黑色的一氮化三锂晶体。锂的弱酸盐都难溶于水。在碱金属氯化物中，只有氯化锂易溶于有机溶剂。锂的挥发性盐的火焰呈深红色，可用此鉴定锂。

在自然界中，锂主要以锂辉石和锂云母及磷铝石矿的形式存在，工业上由电解熔融的氯化锂来制取锂。将质量数为6的同位素(6Li)放在原子反应堆中用中子照射，可以得到氚，氚用来进行热核反应，是制造氢弹的重要材料。在冶金工业中锂可用作脱氧剂和脱氯剂并用以制取轻质铝合金。由于锂易被氧化，它通常保存在液体石蜡中。

2.锂的历史

1817年，瑞典阿弗维得松在研究透长石时，发现了锂。

1818年，英国人戴维首先电解碳酸锂制得少量金属锂。之后，1855年，德国人本生电解熔融氯化锂制取了较多的金属锂，并开始研究金属锂的性质。

1893年，岗次提出电解含等量氯化锂和氯化钾熔体制取金属锂。

1894年，瓦连曾用镁作还原剂还原氢氧化锂制取金属锂。

1906年，鲁弗采用溴化锂和氯化锂制取金属锂。

1932年，伊兹加雷谢夫基本完善其制取过程，并成功进行半工业生产。

1936年，约翰逊申请了用铝还原锂辉石制取金属锂的第一个专利。

1955年，奥尔曼以氢氧化锂和碳酸锂混合为原料，以铝和硅为还原剂，在真空条件下进行了还原实验。

1965年，弗拉斯研究了碳热还原法制取金属锂，但还原温度较高。

1972年，博恩兹以氢为还原剂，在1100℃之上还原氧化锂，并于1973年申请了专利。

3.锂的合成制备方法

生产金属锂主要有电解法、还原法、热解法和电浆法，其中90%以上是以电解法制备金属锂。

(1)电解法制备金属锂

当前金属锂唯一的工业生产方法是1893年幼刚茨提出的，即氯化锂-氯化钾熔盐电解法。电解质中氯化锂为55%，氯化钾为45%，电解温度为720K，电流效率80%，产出的金属纯度为99%以上，生产1kg金属锂需要6.5kg氯化锂和75度电。

在锂电解槽中发生如下反应

阴极：Li++e-→Li(s)

阳极：Cl-→½Cl2(g)+e-

电解槽：Li++Cl-→½Cl2(g)+Li(s)

电解槽用保温材料和耐腐蚀砖砌筑，外壳用普通钢板制作，阳极为石墨棒，阴极为钢制。

工业上一般采用LiOH或LiCO3作原料，用HCl来合成LiCl，然后按比例配入KCl进行电解。

(2)真空热还原法制备金属锂

真空热还原法制取金属锂，是以Li2CO3作原料，制得的金属锂的成分为：Li 99.24%；Ca 0.013%；Mg 0.35%；K 0.005%；Na 0.011%；Fe 0.012%；Si 0.22%，其它为余量。所得金属锂的纯度达到GB4369-84 Li-1号标准。

真空热还原法制取金属锂的原理是：Li2O(s)+M(s)=MO(s)+2Li(g)

4.锂的应用

(1)锂在核能工业中的应用

锂在核聚变或核裂变反应堆中作堆心冷剂，如在氘一氚核聚变反应中产生的能量80%以上以中子动能形式释放，而锂的熔点低，沸点高，热容量及热传导系数大，所以将液态锂围在反应堆堆心吸收中子能，然后循环通过热交换器，使其中的水变成蒸汽推动涡轮发电机发电；另外在中子照射锂时生成氚H。在不断增殖氚的过程中，锂是必不可少的热核反应堆燃料。

(2)锂在冶金工业中的应用

澳太利亚发现锂矿物在玻璃中的作用，同样适用于冶金工业，有锂存在显著降低了炉渣的粘性，改善熔融矿浆的流动性，有利于促进不同组分的分离。从而降低了金属损失于渣中及渣包裹于金属中的程度。既提高了金属回收率，又降低了冶炼费用。

(3)锂在轻质高强度合金中的应用

①在铝锂合金中的应用

锂是最轻的金属，故在轻质合金制造中锂是不可缺少的组分。铝锂合金具有密度小、强度和弹性模量高、抗腐蚀、耐高温、耐低温等一系列优点。是新一代航空、航天工业理想的结构材料。“八五”期间，在铝锂合金强可焊、高强度模铝锂合金及半连续铸造工艺的研究获得了重大进展，攻关目标均已达到或基本达到。

②在镁锂合金中的应用

金属镁的密度为1.74g/cm3，约为金属铝密度的2/3，由镁和锂制成的镁锂合金，当锂含量达20%时，其密度仅1.2g/cm3，成为最轻的合金；当锂含量超过5%时，能析出P相而形成(α+β)两相共存组织；当锂含量超过11%时，镁锂合金变成单一的β相，因而大大改善了镁锂台金的塑性加工性能向镁锂合金中添加第三种元素，不仅细化了合金组织，而且大幅度提高了室温抗拉强度及延伸率，并且在一定的变形条件下出现了高温塑性，但没能提高高温强度。

(4)锂在铝生产中的应用

在铝生产中，电解铝时在电解槽中加入碳酸锂可使电耗下降10%，铝产量提高10%，并能控制25%的氟逸出，自70年代以来已成为美国、欧洲碳酸锂的主要应用领域。

(5)锂在医药中的应用

锂及其化合物在医药上也有重要用途。国内外大量的研究和临床应用证明，碳酸锂治疗躁狂型精神病有肯定的疗效，已成为典型躁狂症治疗中的首选药物。

此外，锂对舞蹈症、美尼尔氏症、退缓性运动障碍症也有效。碳酸锂有抑制甲状腺激素的释放功能，治疗期问，平均血清T4碘和T3碘均明显下降。碳酸锂还抑制抗利尿激素对远端肾小管和集合管的作用，用其治疗该症，疗效快而好。锂对骨髓产生有利的刺激作用，可促进细胞、白细胞、血小板的增殖，对肿瘤患者“化疗”引起的白细胞减少等均有良好疗效。碳酸锂还可治疗神经性厌食、病理性性欲亢进、酒瘾症、舞蹈症、尿崩症、癫痫、关节炎等等。

5.锂今后的发展及展望