3 Li リチウム 6.94
アルカリ金属 s-block Period 2 Group 1

リチウム

Li · Element 3 · Alkali metals

The lightest metal, soft enough to cut with a knife and reactive enough to be stored under oil — the element that powers almost every rechargeable device you own.

20°Cでの状態 固体
原子量 6.94 u
ELECTRON CONFIGURATION [He] 2s¹

構造

リチウム原子

環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。

軌道雲

測定値

性質一覧

各バーは、その性質についてリチウムが118元素の中でどこに位置するかを示しています。

物理的

密度 0.534 g/cm³ 9%
融点 453.7 K 24%
沸点 1615 K 36%
比熱 3.582 J/g·K
熱伝導率 84.8 W/m·K 77%

原子

原子半径 152 pm 47%
共有結合半径 128 pm
ファンデルワールス半径 182 pm

電子

電気陰性度 0.98 8%
イオン化エネルギー 520.1 kJ/mol 8%
電子親和力 59.8 kJ/mol 52%

存在

地殻中の存在度 20 mg/kg 73%

同定

元素記号Li
原子番号3
原子量6.94 u
分類アルカリ金属
ブロックs
結晶構造体心立方
酸化数+1
発見年1817
発見者Johan August Arfwedson

出典:IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。

縮尺どおりの大きさ

How big is a リチウム atom?

Radius 152 pm — that is 0.152 nm, so about 3289 million of them side by side would span a millimetre.

熱範囲

Solid, liquid, gas — and when

リチウム is liquid over a 1161 K window, from 454 K to 1615 K.

位置

表での位置

リチウム sits in period 2, group 1. Everything in group 1 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER アルカリ金属

All アルカリ金属

物語

リチウムとは何か、そしてどのように発見されたか

革新的な電池金属

リチウムは、地球上で最も軽い金属であり、現代の技術と医療に革命をもたらしました。石を意味するギリシャ語の「lithos」に由来する名前を持つこの銀白色のアルカリ金属は、1817年にJohan August Arfwedsonによって鉱物ペタライト中から初めて発見されました。固体であるにもかかわらず、リチウムは非常に軽いため水に浮きます。ただし、水に触れると激しく反応します。

独自の物理的性質

リチウムは、他の金属とは異なる特異な性質を示します。密度はわずか0.534 g/cm³で、水の密度の半分です。固体の元素の中で最も高い比熱容量を持ち、融点と沸点の間の温度範囲も元素の中で最大です。新鮮なリチウムは明るい金属光沢を示しますが、空気中ですぐに変色し、灰色の酸化物被膜を形成します。

化学反応性

リチウムは最初のアルカリ金属であり、非常に反応性が高いものの、他の1族元素よりは反応性が低いです。水と反応して水酸化リチウムと水素ガスを生成します:2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂。他のアルカリ金属とは異なり、リチウムは窒素ガスにさらされると安定な窒化物(Li₃N)を形成します。また、Li⁺イオンのサイズが小さく電荷密度が高いため、その化合物は共有結合性を示すことがよくあります。

生物学的重要性

リチウムは神経化学とメンタルヘルスにおいて重要な役割を果たします。リチウム塩は1949年以降、双極性障害の治療に使用されており、現在も使用されている精神科薬の中で最も古いものの一つです。この金属は血液脳関門を通過し、特にセロトニンとノルエピネフリンの経路において、神経伝達物質の機能に影響を与えます。

用途

リチウムの用途

革新的な用途

🔋 エネルギー貯蔵の革新

  • リチウムイオン電池:Tesla Model Sには、63 kgのリチウム化合物を含む7,104個のリチウムイオン電池セルが搭載されています
  • 民生用電子機器:すべてのスマートフォン、ノートパソコン、タブレットがリチウムイオン技術に依存しています
  • 電気自動車用電池:BMW i3、Nissan Leaf、Chevy Boltはリン酸鉄リチウム(LiFePO₄)正極を使用しています
  • 電力網用エネルギー貯蔵:Tesla PowerpackおよびMegapackシステムは、リチウムイオン配列を使用して再生可能エネルギーを貯蔵します
  • 一次リチウム電池:充電できないリチウム金属電池が、ペースメーカーや煙探知器に電力を供給します

💊 医療・医薬品への応用

  • 双極性障害の治療:炭酸リチウム(Li₂CO₃)とクエン酸リチウムが、世界で1+ million人の患者に処方されています
  • うつ病の治療:治療抵抗性うつ病に対するSSRIとの増強療法
  • 群発頭痛の予防:炭酸リチウム300-900mgを毎日投与すると、頻度と強度が低下します
  • 自殺予防:研究では、リチウム使用者の自殺リスクが13倍低下することが示されています
  • 神経保護:アルツハイマー病およびパーキンソン病の治療に有効である可能性が研究で示されています

🏭 産業製造

  • ガラス・セラミックス:酸化リチウム(Li₂O)は、PyrexやCorningの調理器具における融解温度と熱膨張を低下させます
  • アルミニウム製造:フッ化リチウムのフラックスは導電性を高め、エネルギー消費を10-15%削減します
  • 潤滑グリース:ステアリン酸リチウムは、航空機や自動車用途向けの高温グリースを作ります
  • 空気浄化:水酸化リチウム(LiOH)は宇宙船や潜水艦内のCO₂を除去します:LiOH + CO₂ → LiHCO₃
  • 合成ゴム:ブチルリチウムは、高性能タイヤや合成ゴムの製造における重合を開始します

⚗️ 高度な化学的応用

  • 核融合:リチウム6は核融合炉用のトリチウムを生成します:⁶Li + neutron → ³H + ⁴He
  • 有機合成:有機リチウム試薬(n-ブチルリチウムなど)は、医薬品製造で炭素-炭素結合を形成します
  • 除湿:塩化リチウム(LiCl)は、産業用乾燥システムで水分を吸収します
  • 冶金:アルミニウムおよびマグネシウム合金へのリチウム添加により、強度と耐食性が向上します

取り扱い

安全性

包括的な安全ガイドライン

⚠️ 物理的・化学的危険性

可燃性金属・水反応性

  • 自然発火性:微細に分割されたリチウムは空気中で自然発火します
  • 水との反応:2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂ + heat(激しく反応し、爆発する可能性があります)
  • 水素の発生:反応により可燃性の水素ガスが生成されます
  • 腐食性生成物:強アルカリ性の水酸化リチウム(pH >12)を形成します

🛡️ OSHAばく露限界

  • 確立されたPELなし:金属リチウムについては、毒性データが不十分です
  • リチウム化合物:OSHAによる特定の限界値はありません。一般的な金属加工基準に従ってください
  • 医学的モニタリング:リチウム化合物に定期的にばく露する作業者には必要です
  • 治療域:双極性障害の治療における血中濃度は0.6-1.2 mEq/Lです
  • 毒性閾値:>1.5 mEq/Lでは重度の神経症状を引き起こす可能性があります

🧤 個人用保護具

  • 呼吸用保護具:リチウム粉末を扱う際は、NIOSH承認の防じんマスクを使用します
  • 目の保護:反応性のある形態を扱う際は、化学物質用ゴーグルとフェイスシールドを使用します
  • 皮膚の保護:ネオプレンまたはブチルゴム製手袋を使用します(PVCは有機リチウムに対して無効です)
  • 衣服:金属リチウムを扱う際は、耐火性の衣服を着用します
  • 緊急設備:25 feet以内に緊急用シャワーと洗眼設備を設置します

📦 保管・取扱要件

  • 金属リチウム:鉱物油中または不活性雰囲気(アルゴン/窒素)下で保管します
  • リチウム化合物:酸や酸化剤から離れた、乾燥した涼しい場所で保管します
  • 消火:Dクラス消火器(銅粉、黒鉛粉、または砂)を使用します
  • 水は絶対に使用しない:水はリチウム火災を激化させ、水素の発生量を増加させます
  • 隔離:ハロゲン、酸、強酸化剤から>6 meters離して保管します

🚨 緊急時対応手順

リチウム火災

  • 水、泡、CO₂は使用せず、Dクラス消火剤のみを使用します
  • 乾燥した砂、黒鉛粉、または専用のリチウム火災用消火器で覆います
  • 大量に関与している場合は、その区域から避難します
  • ばく露の危険がなければ、小規模な火災は燃え尽きるまで放置します

皮膚・目への接触

  • 汚染された衣服を直ちに脱ぎます
  • 影響を受けた部位を大量の水で15+ minutes洗い流します
  • アルカリ性の水酸化リチウムによる熱傷を中和しようとしてはいけません
  • 金属リチウムに接触した場合は、直ちに医療機関を受診します

吸入ばく露

  • 被災者を直ちに新鮮な空気の場所へ移動させます
  • 呼吸器の刺激や肺水腫の兆候を観察します
  • 訓練を受けており、酸素が利用できる場合は補助酸素を投与します
  • 重大なばく露があった場合は、医学的評価が必要です

医学的毒性

  • 初期兆候:吐き気、下痢、振戦、眠気
  • 重度の毒性:錯乱、けいれん、腎障害、心不整脈
  • 治療:リチウムを中止し、水分摂取量を増やし、電解質を監視します
  • 血液透析:重度の中毒(血中濃度>4.0 mEq/L)には必要です

⚠️ 職場での特別な考慮事項

  • 電池製造:六フッ化リン酸リチウム(LiPF₆)へのばく露モニタリングを実施します
  • 医療施設:リチウム製剤を扱う医療従事者について、定期的に血中濃度を監視します
  • 研究ラボ:有機リチウム試薬の取扱いについて、専門的な訓練を実施します
  • 廃棄物管理:リチウム金属廃棄物には専門的な処分が必要です。通常のごみに絶対に捨てないでください

簡単な回答

リチウム:よくある質問

What is リチウム?

リチウム (symbol Li) is element 3 on the periodic table, a アルカリ金属 in period 2, group 1. The lightest metal, soft enough to cut with a knife and reactive enough to be stored under oil — the element that powers almost every rechargeable device you own. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of リチウム?

リチウム's ground-state electron configuration is [He] 2s¹, giving 2 occupied shells holding 2, 1 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of リチウム?

リチウム melts at 453.7 K (180.5 °C) and boils at 1615 K (1341.9 °C).

What is the atomic mass of リチウム?

The standard atomic weight of リチウム is 6.94 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is リチウム?

リチウム has a density of 0.534 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of リチウム floats.

What is the electronegativity of リチウム?

リチウム has a Pauling electronegativity of 0.98. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered リチウム, and when?

リチウム was discovered in 1817 by Johan August Arfwedson. It is named after greek lithos, "stone".

How common is リチウム on Earth?

リチウム makes up about 20 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.