元素

锂 Lithium -从锂电池到医药品

锂是目前被广泛使用的锂电池的主要成分,而锂电池多被用于移动电话或者电脑等各种各样的电子器械中。

锂的基本物理性质

分类 碱金属、稀有金属
原子序号・原子量 3 (6.941)
电子配置 2s1
密度 534kg/m3
融点 180.54℃
沸点 1347℃
硬度 0.6
色・形状 银白色・固体
存在度 地球 13ppm、宇宙57.1
克拉克值 0.006%
发现者 约翰・奥古斯特・阿韦德松 Johan August Arfwedson(1817年)
主要的同位素  6Li (7.59%), 7Li (92.41%)
用途例 轻量合金(Li-M)、抑郁症治疗药(Li2CO3)、锂电池、锂离子电池(LiPF6)、太空船内部的空气净化(LiOH)、降低玻璃熔点(Li)
前後の元素

最轻的金属元素

锂是在1817年由瑞典的Johan August Arfwedson从花岗岩中发现的。

由于锂当时被认为是在矿物界中大量存在的一种金属元素,所以用希腊语中的lithos(石头的意思)命名。

锂单质是银白色的,很软,并且是最轻的碱金属元素,而且在所有的金属中也是最轻的。

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锂单质

锂在地球上的含量是钠的500分之一,在宇宙中大概只有硅的1000分之一,其实是一种比较贵重的金属。但是在还未开拓的海洋中(海水中),锂的含量有0.17ppm,目前如何从海水中提取锂也是一个很热门的课题。

 

约翰・奥古斯特・阿韦德松

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Johan August Arfwedson

1792-1841年。瑞典化学家。从含有锂铝硅酸盐的花岗岩中发现了锂元素。而当时的他正在法国著名的化学家贝托莱手下干活的一个初出茅庐的年轻化学研究人员。

 

锂合金(特点:轻)

锂单体非常柔软,而且密度只有水的一半作呕。因此,看似锂本身就尅作为非常好的金属材料,而其实不然,因为锂本身会与水剧烈反应,同时暴露在空气中也会与空气中的氮气反应生成氮化锂、变成黑色

 

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浮在油中的锂单质(出处:wikipedia)

物质 密度(単位: g/cm3 = 103kg/m3
0.53
1.00
1.75
2.70
19.3

表:锂及一些常见金属的密度表

但是,只要添加少量别的金属,变成合金后,就可以发挥锂的优良性质,作为金属材料使用。例如,添加了数%的铝后的铝 – 锂合金就常用于很轻的航空材料。

另外,相比于铝来说,添加更轻,密度更低的镁制成的镁―锂合金也是十分轻但是强度不低的素材。但是由于其工艺比较难控制,所以最近渐渐地在退出市场。但是,2013年NEC把该合金用于电脑,成功开发出了当时世界上最轻的笔记本。

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NEC的笔记本电脑「LaVie-Z」系列,屏幕有13.3英寸,但是仅重875g

 

移动电子产品不可或缺的二次电池-锂电池!

随着科技的发展,电子仪器变得越来越小,轻便化。因此随着这方面的设计与需求,其对携带的电池的要求也逐渐变高。如何研发一种又轻便,容量又高的电池一直是科学界追逐的对象。

而其中轻便大容量电池的代表就是我们相机中用的锂电池。刚开始这款电池的研发并不顺利,由于金属锂的问题会发生起火的问题。

但是在1991年的锂离子电池克服了这一难题。而克服这一难题的,是小编的校友(嘚瑟下),旭化成的吉野彰Akira Yoshino,之后索尼的西美緒等人进行了应用化研究推向了市场。所以目前索尼在电池这块还是很强啊。

 

锂离子电池顾名思义,其实并不是使用的金属锂,而是锂离子在正极与负极之间移动的电池,它是一种可以反复充电的二次电池。与Ni–Cd电池、Ni–H电池相比,其轻量便携,容量大的优点特别显著,并且安全性也高,现在基本上所有的手机,笔记本电脑都在使用锂离子电池。

 

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2011-2015年全球锂离子电池产量

 

41

锂离子电池的作用机理(出处:第一电动网)

 

另一方面,2006年时候锂离子电池的起火事故相继发生,2007年之后也是偶有发生,最近三星的事故也是闹得沸沸扬扬的,虽然锂电池技术改变了大家的生活,影响了世界科技的发展,但是可能由于这个小缺陷,一直没有拿到诺贝尔奖?那位锂电池的鼻祖Goodenough教授,都90好几了,还在熬着,小编也是很希望他能上诺奖啊。。。

 

医药品中锂也发挥着作用?

其实锂的用途不仅仅是合金材料与电池领域。实际上,它还在医药界发挥着作用。特别是碳酸锂(LiCO3),作为抗躁狂症药物一直发挥着作用。作用机理还没有完全被阐明,但是其可以抑制细胞内的信息传导物质肌醇-3-磷酸已经被发现。

炭酸リチウム(出典:田辺三菱製薬)

碳酸锂(出处:田辺三菱製薬)

 

关联动画

  • 金属锂与水的反应

 

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LuWenjie

LuWenjie

京都大学药学博士,现某化学企业小职员,化学空间员工副代表,网页小编&翻译。

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