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世界上最轻的金属 锂密度0.534克/厘米3(锂是密度最小的金属)

靠谱运营 运营趣事 2023-12-20 19:46:37
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世界上最轻的金属是锂。锂(Li)是一种银白色的金属元素,质软,是密度最小的金属。用于原子反应堆、制轻合金及电池等。锂和它的化合物并不像其他的碱金属那么典型,因为锂的电荷密度很大并且有稳定的氦型双电子层,使得锂容易极化其他的分子或离子,自己本……

世界上最轻的金属 锂密度0.534克/厘米3(锂是密度最小的金属)

世界上最轻的金属是锂。锂(Li)是一种银白色的金属元素,质软,是密度最小的金属。用于原子反应堆、制轻合金及电池等。锂和它的化合物并不像其他的碱金属那么典型,因为锂的电荷密度很大并且有稳定的氦型双电子层,使得锂容易极化其他的分子或离子,自己本身却不容易受到极化。这一点就影响到它和它的化合物的稳定性。由于电极电势最负,锂是已知元素(包括放射性元素)中金属活动性最强(注意不是金属性,已知元素中金属性最强的是铯)的。下面就跟一起具体看看世界上最轻的金属等相关内容。

发现历史

第一块锂矿石,透锂长石(LiAlSi₄O₁₀)是由巴西人(JozéBonifáciodeAndraldaeSilva)在名为Utö的瑞典小岛上发现的,于18世纪90年代。当把它扔到火里时会发出浓烈的深红色火焰,斯德哥尔摩的JohanAugustArfvedson分析了它并推断它含有以前未知的金属,他把它称作lithium(锂)。他意识到这是一种新的碱金属元素。然而,不同于钠的是,他没能用电解法分离它。1821年WilliamBrande电解出了微量的锂,但这不足以做实验用。直到1855年德国化学家RobertBunsen和英国化学家AugustusMatthiessen电解氯化锂才获得了大块的锂。锂的英文为Lithium,来源于希腊文lithos,意为“石头”。Lithos的第一个音节发音“里”。因为是金属,在左方加上部首“钅”。锂在地壳中的含量比钾和钠少得多,它的化合物不多见,是它比钾和钠发现的晚的必然因素。锂发现的第二年,得到法国化学家伏克兰重新分析肯定。

锂,原子序数3,原子量6.941,是最轻的碱金属元素。元素名来源于希腊文,原意是“石头”。1817年由瑞典科学家阿弗韦聪在分析透锂长石矿时发现。自然界中主要的锂矿物为锂辉石、锂云母、透锂长石和磷铝石等。在人和动物机体、土壤和矿泉水、可可粉、烟叶、海藻中都能找到锂。天然锂有两种同位素:锂6和锂7。

金属锂为一种银白色的轻金属;熔点为180.54°C,沸点1342°C,密度0.534克/厘米3,硬度0.6。金属锂可溶于液氨。锂与其它碱金属不同,在室温下与水反应比较慢,但能与氮气反应生成黑色的一氮化三锂晶体。锂的弱酸盐都难溶于水。在碱金属氯化物中,只有氯化锂易溶于有机溶剂。锂的挥发性盐的火焰呈深红色,可用此来鉴定锂。锂很容易与氧、氮、硫等化合,在冶金工业中可用做脱氧剂。锂也可以做铅基合金和铍、镁、铝等轻质合金的成分。锂在原子能工业中有重要用途。

含量分布

在自然界中,主要以锂辉石、锂云母及磷铝石矿的形式存在。锂在地壳中的自然储量为1100万吨,可开采储量410万吨。2004年,世界锂开采量为20200吨,其中,智利开采7990吨,澳大利亚3930吨,中国2630吨,俄罗斯2200吨,阿根廷1970吨。

锂号称“稀有金属”,其实它在地壳中的含量不算“稀有”,地壳中约有0.0065%的锂,其丰度居第二十七位。已知含锂的矿物有150多种,其中主要有锂辉石、锂云母、透锂长石等。海水中锂的含量不算少,总储量达2600亿吨,可惜浓度太小,提炼实在困难。某些矿泉水和植物机体里,含有丰富的锂。如有些红色、黄色的海藻和烟草中,往往含有较多的锂化合物,可供开发利用。中国的锂矿资源丰富,以中国的锂盐产量计算,仅江西云母锂矿就可供开采上百年。

理化性质

物理性质

银白色金属。质较软,可用刀切割。是最轻的金属,密度比所有的油和液态烃都小,故应存放于液体石蜡、固体石蜡或者白凡士林中(在液体石蜡中锂也会浮起)。

锂的密度非常小,仅有0.534g/cm3,为非气态单质中最小的一个。

因为锂原子半径小,故其比起其他的碱金属,压缩性最小,硬度最大,熔点最高。

温度高于-117℃时,金属锂是典型的体心立方结构,但当温度降至-201℃时,开始转变为面心立方结构,温度越低,转变程度越大,但是转变不完全。在20℃时,锂的晶格常数为3.50Å,电导约为银的五分之一。*锂容易地与铁以外的任意一种金属熔合。锂的焰色反应为紫红色。

同位素

锂共有七个同位素,其中有两个是稳定的,分别是Li-6和Li-7,除了稳定的之外,半衰期最长的就是Li-8,它的半衰期有838毫秒,接下来是Li-9,有187.3毫秒,之后其他的同位素半衰期都在8.6毫秒以下。而Li-4是所有同位素里面半衰期最短的同位素,只有7.58043×10-23秒。

Li-6捕捉低速中子能力很强,可以用来控制铀反应堆中核反应发生的速度,同时还可以在防辐射和延长核导弹的使用寿命方面及将来在核动力飞机和宇宙飞船中得到应用。Li-6在原子核反应堆中用中子照射后可以得到氚,而氚可用来实现热核反应。Li-6在核装置中可用作冷却剂。

化学性质

锂(Lithium),是一种化学元素,是金属活动性较强的金属(金属性最强的金属是铯),它的化学符号是Li,它的原子序数是3,三个电子其中两个分布在K层,另一个在L层。锂是所有金属中最轻的。因为锂的电荷密度很大并且有稳定的氦型双电子层,使得锂容易极化其他的分子或离子,自己本身却不容易极化。这一点就影响到它和它的化合物的稳定性。

虽然锂的氢标电势是最负的,已经达到-3.045,但由于氢氧化锂溶解度不大而且锂与水反应时放热不能使锂融化,所以锂与水反应还不如钠剧烈,反应在进行一段时间后,锂表面的氮氧化物膜被溶解,从而使反应更加剧烈。在500℃左右容易与氢发生反应,产生氢化锂,是唯一能生成稳定得足以熔融而不分解的氢化物的碱金属,电离能5.392电子伏特,与氧、氮、硫等均能化合,是唯一的与氮在室温下反应,生成氮化锂(Li₃N)的碱金属。由于易受氧化而变暗。如果将锂丢进浓硫酸,那么它将在硫酸上快速浮动,燃烧并爆炸。如果将锂和氯酸钾混合(震荡或研磨),它也有可能发生爆炸式的反应。

锂的一些反应的化学反应方程式叙述如下:

4Li+O₂=2Li₂O(反应条件:自发反应,或者加热,或者点燃)(燃烧猛烈)

6Li+N₂=2Li₃N(反应条件:自发反应,或者加热,或者点燃)

2Li+S=Li₂S(该反应放出大量热,爆炸!)

2Li+2H₂O=2LiOH+H₂↑(现象:锂浮动在水面上,迅速反应,放出氢气)

2Li+2CH₃CH₂OH(乙醇)=2CH₃CH₂OLi(乙醇锂)+H₂↑

4Li+TiCl₄=Ti+4LiCl

2Li+2NH₃(l.)=2LiNH₂+H₂↑

氢化锂遇水发生猛烈的化学反应,产生大量的氢气。两公斤氢化锂分解后,可以放出氢气566千升。氢化锂的确是名不虚传的“制造氢气的工厂”。第二次世界大战期间,美国飞行员备有轻便的氢气源——氢化锂丸作应急之用。飞机失事坠落在水面时,只要一碰到水,氢化锂就立即与水发生反应,释放出大量的氢气,使救生设备(救生艇、救生衣、讯号气球等)充气膨胀。

制取方法

1855年,本生和马奇森采用电解熔化氯化锂的方法才制得它,工业化制锂是在1893年由根莎提出的,锂从被认定是一种元素到工业化制取前后历时76年。电解氯化锂制取锂要消耗大量的电能,每炼一吨锂就耗电高达六、七万度。

工业上可以用如下的方法制备锂单质:将氯化锂在不超过其熔点(602℃)的温度下灼烧干燥1h。使用经过氢氧化钾脱水干燥的、新蒸馏的吡啶溶解上述氯化锂,制成11.81%的氯化锂的吡啶溶液作为电解液。用石墨板作阳极,光洁的铂片或铁片作阴极,无隔膜。电解时采用的电压为1.4V,电流密度为0.2~0.3A/100c㎡。

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