3 Li リチウム 6.94
アルカリ金属 sブロック 2周期 1族

リチウム

Li · 元素 3 · アルカリ金属

最も軽い金属で、ナイフで切れるほど柔らかく、油の下で保管しなければならないほど反応性が高い元素です。あなたが持つほぼすべての充電式機器に電力を供給しています。

20°Cでの状態 固体
原子量 6.94 u
電子配置[He] 2s¹

構造

リチウムの原子

リング上の点の図ではありません — 占有されている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

物性表

各バーは、その性質についてリチウムが118元素全体の中でどの位置にあるかを示しています。

物理的性質

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%

同一性

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
結晶構造体心立方構造
酸化数+1
発見年1817
発見者Johan August Arfwedson

出典:IUPAC 2021標準原子量・CRC化学・物理学ハンドブック・NIST。~が付いた値は測定値ではなく予測値です。

大きさ、実寸比

リチウムの原子はどのくらいの大きさですか?

半径152 pmです。これは0.152 nmなので、約3.29百万個を横に並べると1ミリメートルになります。

熱範囲

固体、液体、気体—そしてそのとき

リチウムは、454 Kから1615 Kまでの1161 Kの範囲で液体です。

位置

表での位置

リチウムは周期2、族1に位置します。 族1のすべての元素は最外殻電子数が同じであるため、非常によく似た性質を示します。

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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新をもたらしました。石を意味するギリシャ語の「lithos」にちなんで名付けられた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。

独特な物理的性質

リチウムは、他の金属とは異なる並外れた特徴を示します。密度はわずか0.534 g/cm³で、水の半分の密度です。固体の元素の中で最大の比熱容量を持ち、また、元素の中で融点と沸点の間の温度範囲が最も広い元素です。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

最初のアルカリ金属であるリチウムは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、その化合物はしばしば共有結合性を示します。

生物学的重要性

リチウムは神経化学と精神的健康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、現在も使われている最も古い精神科治療薬の一つです。この金属は血液脳関門を通過し、特にセロトニン経路とノルエピネフリン経路における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、リチウム化合物63 kgを含む7,104個のリチウムイオン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
  • 系統用エネルギー貯蔵:Tesla PowerpackとMegapackシステムは、リチウムイオンアレイを使っ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機に電力を供給します

💊 医療・製薬用途

  • 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:炭酸リチウムを300-900mg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:アルツハイマー病やパーキンソン病の治療に有効な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:フッ化リチウムの融剤は導電性を高め、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用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

⚗️ 高度な化学用途

  • 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 + 中性子 → 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、製薬製造で炭素-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:アルミニウム合金や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

包括的な安全指針

⚠️ 物理的・化学的危険性

可燃性金属・水反応性

  • 自然発火性:微細な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発生します
  • 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

  • 設定済みの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なく、一般的な金属加工基準に従います
  • 医学的モニタリング:リチウム化合物に नियमितにばく露する作業員には必要です
  • 治療濃度範囲: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では重篤な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、化学飛沫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効果がありません)
  • 衣類:金属リチウムを扱う際は耐火性の衣類を着用します
  • 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)中で保管します
  • 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類火災用消火器(銅粉、黒鉛粉末、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しくし、水素の発生量を増加させます
  • 分離保管:ハロゲン、酸、強力な酸化剤から>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は使用しないでください。D類消火剤のみを使用してください
  • 乾燥した砂、黒鉛粉末、または専用のリチウム火災用消火器で覆い消火します
  • 大量に関係する場合は区域から避難してください
  • ばく露の危険がない場合は、小規模な火災を燃え尽きさせてください

皮膚・目への接触:

  • 汚染された衣類を直ちに脱いでください
  • 影響を受けた部位を15+ minutes、大量の水で洗い流してください
  • アルカリ性の水酸化リチウムによるやけどを中和しようとしないでください
  • 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てください

吸入ばく露:

  • 被災者を直ちに新鮮な空気の場所へ移してください
  • 呼吸器刺激や肺水腫の兆候を監視してください
  • 訓練を受けており、利用可能な場合は酸素を補給してください
  • 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、震え、眠気
  • 重度の毒性:錯乱、けいれん、腎障害、心不整脈
  • 治療:リチウムの使用を中止し、水分摂取量を増やして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)では必要です

⚠️ 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)へのばく露監視を実施します
  • 医療施設:リチウム薬を扱う医療従事者について、血中濃度を定期的に監視します
  • 研究ラボ:有機リチウム試薬の取扱いに関する専門的な訓練を行います
  • 廃棄物管理:金属リチウム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

リチウムとは何ですか?

リチウム(記号Li)は周期表の元素3で、2周期、1族のアルカリ金属です。 最も軽い金属で、ナイフで切れるほど柔らかく、油の下で保管しなければならないほど反応性が高い元素です。あなたが持つほぼすべての充電式機器に電力を供給しています。 室温では固体です。

リチウムの電子配置はどのようなものですか?

リチウムの基底状態の電子配置は[He] 2s¹で、2, 1という分布の電子殻が2個あります。

リチウムの融点と沸点は何ですか?

リチウムの融点は453.7 K(180.5 °C)、沸点は1615 K(1341.9 °C)です。

リチウムの原子量は何ですか?

リチウムの標準原子量は6.94 uです。これは天然に存在する同位体の加重平均であるため、整数になることはほとんどありません。

リチウムの密度はどのくらいですか?

リチウムの密度は0.534 g/cm³です。水は1.0 g/cm³なので、リチウムの塊は浮きます。

リチウムの電気陰性度はどのくらいですか?

リチウムのポーリング電気陰性度は0.98です。この尺度は、電子を最も引きつけにくいフランシウムの0.70から、最も引きつけやすいフッ素の3.98までです。 このように低い値は、最外殻の電子を容易に放出して陽イオンを形成することを意味します。

リチウムを発見したのは誰で、いつですか?

リチウムは1817年にJohan August Arfwedsonによって発見されました。 ギリシャ語の lithos、「石」にちなんで名付けられました。

地球上でリチウムはどのくらい一般的ですか?

地球の地殻におけるリチウムの割合は約20 mg/kgで、珍しいものの希少ではありません。