3 Li 锂 6.94
碱金属 s区 第2周期 第1族

锂

Li · 元素3 · 碱金属

最轻的金属,柔软到可以用刀切割,活泼到必须储存在油中——为你拥有的几乎所有可充电设备提供动力的元素。

20°C时的状态 固态
原子量 6.94 u
电子排布[He] 2s¹

结构

锂原子

这不是环上点阵图,而是对每个已占据亚层的实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样。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

属性表

每个条形图显示锂在全部118种元素中该属性所处的位置。

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%

存在情况

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
区s
晶体结构体心立方
氧化态+1
发现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~的数值为预测值,而非测量值。

尺寸,按比例显示

锂的原子有多大?

半径152 pm——即0.152 nm,因此大约3.29百万个这样的原子并排起来才有一毫米长。

温度范围

固态、液态、气态——以及转变时机

锂在1161 K的范围内呈液态,温度从454 K到1615 K。

所在位置

在表中的位置

锂位于第2周期、第1族。 第1族中的所有元素具有相同的最外层电子数,因此它们的性质非常相似。

其他碱金属

所有碱金属

背后的故事

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。其名称源自希腊语“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。虽然锂是固态,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

锂具有使其区别于其他金属的非凡特性。其密度仅为0.534 g/cm³,只有水的一半。在所有固态元素中,它的比热容最高;在所有元素中,它的熔点与沸点之间的温度范围最大。新切开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,锂具有很高的反应性,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,其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着重要作用。自1949年以来,锂盐一直用于治疗双相障碍,使其成为目前仍在使用的最古老的精神科药物之一。锂能够穿过血脑屏障并影响神经递质功能,尤其是血清素和去甲肾上腺素通路。

用途

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
  • 电网储能:Tesla Powerpack和Megapack系统使用锂离子电池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

💊 医疗和制药应用

  • 双相障碍治疗:碳酸锂(Li₂CO₃)和柠檬酸锂被全球100万以上患者使用
  • 抑郁症治疗:使用选择性5-羟色胺再摄取抑制剂进行增效治疗,用于治疗难治性抑郁症
  • 丛集性头痛预防:每日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

  • 玻璃和陶瓷:氧化锂(Li₂O)可降低Pyrex和Corning炊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

⚗️ 先进化学应用

  • 核聚变:锂-6为聚变反应堆生成氚: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

全面安全指南

⚠️ 物理和化学危害

易燃金属——遇水反应

  • 自燃性:细分锂粉可在空气中自发点燃
  • 与水反应:2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂ + 热(反应剧烈,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暴露限值

  • 无已制定的PEL适用于金属锂(毒性数据不足)
  • 锂化合物:OSHA没有具体限值,应遵循一般金属加工标准
  • 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:双相障碍治疗的血液水平为0.6-1.2 mEq/L
  • 毒性阈值:>1.5 mEq/L可能导致严重神经系统症状

🧤 个人防护装备

  • 呼吸防护:处理锂粉时使用NIOSH认证的防尘口罩
  • 眼部防护:处理活泼形态的锂时使用化学防溅护目镜和面罩
  • 皮肤防护:使用氯丁橡胶或丁基橡胶手套(PVC无法防护有机锂)
  • 服装:处理金属锂时穿着阻燃服
  • 应急设备:25英尺内应设有紧急淋浴和洗眼站

📦 储存和处理要求

  • 金属锂:储存在矿物油下或惰性气氛中(氩气/氮气)
  • 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、酸和强氧化剂分开存放,距离超过6米

🚨 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
  • 涉及大量锂时疏散该区域
  • 若不存在暴露风险,可让小型火灾自行燃尽

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至少15分钟
  • 不要尝试中和碱性氢氧化锂灼伤
  • 任何接触金属锂的情况都应立即就医

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迹象
  • 如受过培训且条件允许,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:意识混乱、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(血液水平>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:对处理锂药物的医务人员定期监测血液水平
  • 研究实验室:为有机锂试剂处理提供专业培训
  • 废物管理:金属锂废物需要专门处理——不得丢入普通垃圾

快速解答

锂:常见问题

锂是什么?

锂(符号Li)是元素周期表中的第3号元素,属于2周期1族的碱金属。 最轻的金属,柔软到可以用刀切割,活泼到必须储存在油中——为你拥有的几乎所有可充电设备提供动力的元素。 在室温下为固态。

锂的电子排布是什么?

锂的基态电子排布为[He] 2s¹,共有2个已占据的电子层,电子分布为2, 1。

锂的熔点和沸点是多少?

锂在453.7 K(180.5 °C)熔化,在1615 K(1341.9 °C)沸腾。

锂的原子量是多少?

锂的标准原子量为6.94 u。这是其自然存在的同位素的加权平均值,因此通常不是整数。

锂的密度是多少?

锂的密度为0.534 g/cm³。水的密度为1.0 g/cm³,因此锂块会漂浮。

锂的电负性是多少?

锂的鲍林电负性为0.98。该标度范围为0.70(钫,吸引电子能力最弱)至3.98(氟,吸引电子能力最强)。 如此低的数值意味着,它很容易失去最外层电子,形成正离子。

谁发现了锂,是在什么时候?

锂由Johan August Arfwedson于1817年发现。 它以希腊语lithos,意为“石头”命名。

锂在地球上有多常见?

锂约占地壳的20 mg/kg——不常见,但并不稀有。