3 Li 6.94
碱金属 s-block Period 2 Group 1

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时的状态 固态
原子量 6.94 u
ELECTRON CONFIGURATION [He] 2s¹

结构

锂 原子

这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

性质表

每个条形图都显示锂在全部118种元素中该性质的排名位置。

物理

密度 0.534 g/cm³ 9%
熔点 453.7 K 24%
沸点 1615 K 36%
比热容 3.582 J/g·K
热导率 84.8 W/m·K 77%

原子

原子半径 152 pm 47%
共价半径 128 pm
范德华半径 182 pm

电子

电负性 0.98 8%
电离能 520.1 kJ/mol 8%
电子亲和能 59.8 kJ/mol 52%

存在

地壳中的丰度 20 mg/kg 73%

身份

符号Li
原子序数3
原子量6.94 u
类别碱金属
s
晶体结构体心立方
氧化态+1
发现时间1817
发现者Johan August Arfwedson

来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。

按比例显示的大小

How big is a 锂 atom?

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

热范围

Solid, liquid, gas — and when

锂 is liquid over a 1161 K window, from 454 K to 1615 K.

所在位置

在表中的位置

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

OTHER 碱金属

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故事

锂 是什么,以及我们如何发现它

革命性的电池金属

锂是地球上最轻的金属,彻底改变了现代技术和医学。它的名称源自希腊语“lithos”,意为石头。这种银白色碱金属于1817年由Johan August Arfwedson在透锂长石矿物中首次发现。尽管锂是固态,但它非常轻,能够漂浮在水面上——不过接触水时会发生剧烈反应。

独特的物理性质

锂具有不同寻常的特性,使其区别于其他金属。它的密度仅为0.534 g/cm³,只有水的一半密度。在所有固态元素中,它具有最高的比热容;在所有元素中,它的熔点与沸点之间的温度范围最大。新鲜的锂具有明亮的金属光泽,但在空气中会迅速失去光泽,形成灰色氧化物涂层。

化学反应性

作为第一种碱金属,锂具有高度反应性,但反应性低于其他第1族元素。它与水反应生成氢氧化锂和氢气:2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂。与其他碱金属不同,锂暴露于氮气中时会形成稳定的氮化物(Li₃N);由于Li⁺离子尺寸小且电荷密度高,锂化合物通常表现出共价性。

生物学意义

锂在神经化学和心理健康中发挥重要作用。自1949年以来,锂盐一直用于治疗双相情感障碍,使其成为目前仍在使用的历史最悠久的精神科药物之一。锂能够穿过血脑屏障并影响神经递质功能,尤其会影响血清素和去甲肾上腺素通路。

应用

锂的用途

革命性应用

🔋 能源存储革命

  • 锂离子电池:Tesla Model S含有7,104个锂离子电池单元,其中含63 kg锂化合物
  • 消费电子产品:每部智能手机、笔记本电脑和平板电脑都依赖锂离子技术
  • 电动汽车电池:BMW i3、Nissan Leaf和Chevy Bolt使用磷酸铁锂(LiFePO₄)正极
  • 电网能源存储:Tesla Powerpack和Megapack系统使用锂离子阵列存储可再生能源
  • 一次锂电池:不可充电的锂金属电池为心脏起搏器和烟雾探测器供电

💊 医疗与制药应用

  • 双相情感障碍治疗:碳酸锂(Li₂CO₃)和柠檬酸锂被全球1+百万名患者使用
  • 抑郁症治疗:使用SSRIs进行增效治疗,以治疗难治性抑郁症
  • 丛集性头痛预防:每日服用300-900mg碳酸锂可降低发作频率和强度
  • 自杀预防:研究显示,锂使用者的自杀风险降低13倍
  • 神经保护:研究表明锂可能用于治疗阿尔茨海默病和帕金森病

🏭 工业制造

  • 玻璃与陶瓷:氧化锂(Li₂O)可降低Pyrex和Corning厨具的熔化温度和热膨胀
  • 铝生产:氟化锂助熔剂可提高导电性,并将能耗降低10-15%
  • 润滑脂:硬脂酸锂可制成用于航空器和汽车的高温润滑脂
  • 空气净化:氢氧化锂(LiOH)可在航天器和潜艇中去除CO₂:LiOH + CO₂ → LiHCO₃
  • 合成橡胶:丁基锂引发聚合反应,用于制造高性能轮胎和合成橡胶

⚗️ 高级化学应用

  • 核聚变:锂-6为聚变反应堆增殖氚:⁶Li + 中子 → ³H + ⁴He
  • 有机合成:有机锂试剂(如正丁基锂)可在制药生产中形成碳—碳键
  • 除湿:氯化锂(LiCl)在工业干燥系统中吸收水分
  • 冶金:向铝合金和镁合金中添加锂可提高强度和耐腐蚀性

处理

安全

全面的安全指南

⚠️ 物理与化学危害

易燃金属——遇水反应

  • 自燃性:细分锂粉会在空气中自发燃烧
  • 与水反应:2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂ + heat(剧烈反应,可能爆炸)
  • 生成氢气:反应会产生易燃氢气
  • 腐蚀性产物:形成强碱性氢氧化锂(pH >12)

🛡️ OSHA接触限值

  • 尚无规定的PEL适用于金属锂(毒性数据不足)
  • 锂化合物:OSHA没有具体限值,应遵守一般金属加工标准
  • 医学监测:经常接触锂化合物的工作人员必须接受医学监测
  • 治疗范围:用于双相情感障碍治疗时,血液浓度为0.6-1.2 mEq/L
  • 毒性阈值:>1.5 mEq/L可能引起严重神经系统症状

🧤 个人防护装备

  • 呼吸防护:处理锂粉时使用NIOSH批准的防尘口罩
  • 眼部防护:处理活泼形态的锂时佩戴化学防溅护目镜和面罩
  • 皮肤防护:佩戴氯丁橡胶或丁基橡胶手套(PVC无法防护有机锂)
  • 服装:处理金属锂时穿着防火服
  • 应急设备:25英尺以内应设有紧急淋浴和洗眼站

📦 储存与操作要求

  • 金属锂:储存在矿物油中或惰性气氛(氩气/氮气)下
  • 锂化合物:干燥、阴凉储存,远离酸和氧化剂
  • 灭火:使用D类灭火器(铜粉、石墨粉或沙)
  • 严禁使用水:水会加剧锂火灾并增加氢气生成
  • 隔离:与卤素、酸和强氧化剂保持>6米的距离

🚨 应急响应程序

锂火灾

  • 不得使用水、泡沫或CO₂——只能使用D类灭火剂
  • 用干沙、石墨粉或专用锂火灾灭火器覆盖窒息灭火
  • 涉及大量锂时疏散现场
  • 如果不存在暴露风险,可让小火自行燃尽

皮肤/眼睛接触

  • 立即脱去受污染的衣物
  • 用大量水冲洗受影响部位15+分钟
  • 不要试图中和碱性氢氧化锂造成的灼伤
  • 任何金属锂接触都应立即就医

吸入暴露

  • 立即将受害者转移到新鲜空气处
  • 监测呼吸道刺激或肺水肿
  • 在受过培训且条件允许时提供补充氧气
  • 任何严重暴露都必须接受医学评估

医学毒性

  • 早期症状:恶心、腹泻、震颤、嗜睡
  • 严重中毒:意识模糊、癫痫发作、肾损伤、心律失常
  • 治疗:停用锂,增加液体摄入,监测电解质
  • 血液透析:严重中毒时必须进行(血液浓度>4.0 mEq/L)

⚠️ 特殊工作场所注意事项

  • 电池制造:对六氟磷酸锂(LiPF₆)实施暴露监测
  • 医疗机构:处理锂类药物的医务人员应定期监测血液浓度
  • 研究实验室:对有机锂试剂的操作进行专门培训
  • 废物管理:金属锂废物需要专门处置——严禁丢入普通垃圾

快速回答

锂:常见问题

What is 锂?

锂 (symbol Li) is element 3 on the periodic table, a 碱金属 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 锂?

锂'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 锂?

锂 melts at 453.7 K (180.5 °C) and boils at 1615 K (1341.9 °C).

What is the atomic mass of 锂?

The standard atomic weight of 锂 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 锂?

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

What is the electronegativity of 锂?

锂 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 锂, and when?

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

How common is 锂 on Earth?

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