3　锂

锂是第ⅠA族元素，只有一个价电子（1s22s1），该族元素被称作“碱金属元素”。锂的密度大约只有水的一半，是密度最低的金属。锂的新鲜切面是银色的，但会迅速失去光泽，变成灰色。锂在化学上明显体现出失去一个电子形成Li+的趋势。它是第二周期的第一种元素。

锂可与铝或镁混合（合金）在一起形成轻质合金。除此之外，锂还可用于生产电池、油脂、玻璃和医药。

因为金属锂具有很高的反应活性，在自然界中不存在锂的单质。含锂的矿物在全球都很常见。它是几乎所有火成岩的微量成分，也存在于很多天然盐水中。

3.1　发现史

巴西科学家安德拉达-席尔瓦于18世纪末访问瑞典时发现了含锂的透锂长石。阿尔弗德森在1817年发现了锂，那时他正在分析产于瑞典于特岛的透锂长石的矿石标本。现在已知，这种矿石的化学成分是LiAl（Si2O5）2。阿尔弗德森后来发现锂存在于矿物锂辉石和锂云母中。甘默林在1818年发现，锂盐的焰色反应是红色的。不论是甘默林还是阿尔弗德森都没能从锂盐中获得锂的单质，例如试图用加热铁或碳的方法还原氧化锂。

此后，布莱德和戴维爵士首次成功地得到了锂的单质。在1855年，本森和马汀森通过电解氯化锂获得了更多的金属锂。

冈茨在1893年首先提出，可以用电解氯化锂和氯化钾的熔融混合物的方法工业化生产金属锂。这个方法于1923年由德国金属公司最先应用。

3.2　用途

• 硬脂酸锂与油脂混合后可以制造多用途和耐高温的润滑剂。

• 在航天器中，可用氢氧化锂吸收二氧化碳。

• 锂与铝、铜、镁和镉的合金可用于制造高性能的航空器材。

• 轴承合金包含0.04%的锂、0.7%的钙和0.6%的钠，这种合金比纯的金属铅要硬，在德国曾用于有轨电车的轴承材料。

• 包括四氢合铝（Ⅲ）酸锂（四氢铝锂，LiAlH4）和有机锂试剂（如甲基锂LiMe、芳基锂LiPh等）在内的一些化合物是非常重要的有机化学试剂。

• 金属锂在所有的固体单质中具有最高的比热容，故可用作传热介质。

• 不同的核反应。

• 用作电池的阳极材料（很高的电化学势能）。在干电池和蓄电池中也会用到锂化合物。

• 制造特殊高强度的玻璃和陶器。

• 有时诸如碳酸锂（Li2CO3）等含锂化合物作为药物，用于治疗躁狂抑郁症。

3.3　制备方法

因为锂可实现工业化生产，所以通常无需在实验室中制备它。给电负性很低的锂离子Li+增加一个电子是十分困难的，所以，所有分离锂的方法都需要经过电解。

锂辉石LiAl（SiO3）2是工业上的最重要的含锂矿石。加热α型至1100℃可以转化为较软的β型。小心混合锂辉石与热硫酸，再用水萃取，便可以得到硫酸锂（Li2SO4）溶液。将硫酸锂和碳酸钠（Na2CO3）溶液混合，可以生成溶解度较小的碳酸锂沉淀。

Li2SO4+Na2CO3Na2SO4+Li2CO3↓

碳酸锂与盐酸的反应可以生成氯化锂LiCl。

Li2CO3+2HCl2LiCl+CO2+H2O

氯化锂的熔点很高（>600℃），这意味着它难于熔化以进行电解。然而LiCl（55%）和KCl（45%）的混合物的熔点只有大约430℃。电解这样的混合物所需要的能源和成本就少得多了。

阴极：Li+（l）+e-Li（l）

阳极：　　Cl-（l）Cl2（g）+e-

3.4　生物作用和危险性

因为金属锂具有很高的反应活性，在自然界中不存在游离形式的锂，含锂的矿物很常见。它是几乎所有火成岩的微量成分，也存在于很多天然盐水中。在美国的加利福尼亚州和内华达州，有一些大型沉积岩层，含有几种锂矿石（特别是锂辉石）。锂的主要矿物有四种，分别是锂辉石、锂云母、透锂长石和锂磷铝石。

锂辉石：LiAlSi2O6。这是最重要和储量最丰富的锂矿石，主要沉积在北美洲、非洲以及巴西、苏联、西班牙、阿根廷的部分地区。从锂辉石中提炼锂的方法是，首先在1100℃下把α-锂辉石（天然存在的形式）转化为β-锂辉石（储量较小的矿藏），然后加入硫酸，加热至250℃。最后用水萃取，得到硫酸锂Li2SO4的溶液，以便于进行后续操作。

锂云母：K2Li3Al4Si7O21（OH，F）3。这种矿物主要产自加拿大和非洲的部分地区，有时其中会夹杂着一些铯和铷。可以用与处理锂辉石相似的方法萃取锂云母中的锂。

透锂长石：LiAlSi4O10。这种矿物主要产自非洲的部分地区和瑞典。

锂磷铝石：LiAl（F，OH）PO4。锂磷铝石仅存在于一些次要矿藏中。

锂也可以从湖水或山谷中获得。用日光曝晒盐水的方法可以把锂分离出来。如果有必要的话，可以先把碱土金属元素沉淀下来，再用向热盐水中加入碳酸钠的方法把锂沉淀为碳酸锂。

锂好像没有明显的生物作用，但是如果吞食了锂化合物之后确实会对身体有影响。锂化合物有轻微的毒性。有时以碳酸锂等锂化合物为主要成分的药物被用来治疗躁狂抑郁症，剂量是每天0.5～2g，现在已知这种治疗有一些副作用。摄取大剂量的锂会导致嗜睡、说话含糊、呕吐和其他症状，过量的锂会损害中枢神经系统。

3.5　化学性质

（1）锂与空气的反应

金属锂质软，可以用一把小刀很轻易地切割锂。金属锂的新鲜切面有光泽，但是随后不久就会与氧气以及空气中的水蒸气反应而失去光泽，主要的产物是白色的氧化物氧化锂（Li2O）。现已制备出过氧化锂，它的颜色也是白色的。

4Li（s）+O2（g）2Li2O（s）

2Li（s）+O2（g） Li2O2（s）

锂也与氮气发生反应生成氮化锂（Li3N）。锂的这种性质在第ⅠA族元素中相当特别，却与第ⅡA族元素镁相似，后者也形成氮化物。

6Li（s）+N2（g）2Li3N（s）

（2）锂与水的反应

金属锂与水缓慢反应，生成氢氧化锂（LiOH）的无色碱性溶液和氢气。因为氢氧化锂的溶解，所得的溶液是碱性的。反应是放热的，但比钠（在周期表中紧靠在锂的下面）的相似反应要慢。

2Li（s）+2H2O（l）2LiOH（aq）+H2（g）

（3）锂与卤素单质的反应

金属锂同所有的卤素单质的反应都很迅速，生成卤化锂。锂同氟气（F2）、氯气（Cl2）、溴单质（Br2）和碘单质（I2）反应，分别生成氟化锂（Ⅰ）（LiF）、氯化锂（Ⅰ）（LiCl）、溴化锂（Ⅰ）（LiBr）和碘化锂（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）锂与酸的反应

金属锂能迅速溶解在稀硫酸中，形成氢气和含有水合Li（Ⅰ）离子的溶液。

2Li（s）+2H+（aq）2Li+（aq）+H2（g）

（5）锂与碱的反应

金属锂与水迅速反应，生成氢氧化锂（LiOH）的无色碱性溶液和氢气。因为氢氧化锂的溶解，反应生成的溶液是碱性的。然而即使当溶液变成碱性之后，反应仍会继续进行。这个反应是放热的，但比钠（在周期表中紧靠在锂的下面）的相似反应要慢。随着反应进行，氢氧化锂的浓度会持续增加。

2Li（s）+2H2O2LiOH（aq）+H2（g）