鋰
鋰（希臘語：λίθος，拉丁：LITHOS，直譯"石頭"）是一種化學元素。其中文名則來源於「Lithos」的第一個音節發音「里」，因為是金屬，在左方加上部首「釒」。
化學符號Li，原子序3，是一個軟、銀白色的鹼金屬。在標準條件下（STP），它是最輕的金屬和最輕的固體元素。三個電子中兩個分布在K層，另一個在L層。鋰是鹼金屬中最輕的一種。鋰常呈+1或0氧化態，是否有-1氧化態則尚未得到證實。但是鋰和它的化合物並不像其他的鹼金屬那麼典型，因為鋰的電荷密度很大並且有穩定的氦型雙電子層，使得鋰容易極化其他的分子或離子，自己卻不易受到極化。這一點影響到它和它的化合物的穩定。
在標準條件（STP）下，它是最輕的金屬和最輕的固體元素[1]。同其他鹼金屬，鋰有高活性和易燃性，並儲存在礦物油中。切割時，它會表現出金屬光澤，但會快速被水氣潮解，變成暗銀灰色，接著變成黑色的氧化物。它不會以元素狀態存在於自然界，而只能於（通常是離子）化合物中發生，例如偉晶岩礦物，它們曾經是鋰的主要來源。由於其離子的溶解度，它存在於海水中並通常從鹽水中獲得。從氯化鋰和氯化鉀的混合物中電解分離鋰金屬。
在自然界中發現的兩種穩定的鋰同位素具有所有穩定核素中每個核子的結合能，因此鋰原子的核處於不穩定狀態。因核的性質相對不穩定，鋰在太陽系的含量排名第26。由於以上因素，鋰在核物理學中具重要用途。1932年鋰原子向氦的核分裂是第一次完全人為的核反應，而氘化鋰用作熱核武器的燃料。
鋰及其化合物具多種工業應用，包括耐熱玻璃、陶瓷、鋰潤滑脂潤滑劑，用於鐵、鋼和鋁生產的助焊劑添加劑、鋰電池和鋰離子電池。這些用途消耗超過四分之三的鋰生產量。
在生物系統內存有微量的鋰，但其功能不明。已知鋰鹽可作治療人類躁鬱症的情緒穩定藥物。
目錄
歷史
第一塊鋰礦石，透鋰長石（LiAlSi₄O₁₀）是由巴西人（Jozé Bonifácio de Andralda e Silva）在名為Utö的瑞典小島上發現的，於18世紀90年代。當把它扔到火裡時會發出濃烈的深紅色火焰，斯德哥爾摩的Johan August Arfvedson分析了它並推斷它含有以前未知的金屬，他把它稱作lithium（鋰）。他意識到這是一種新的鹼金屬元素。然而，不同於鈉的是，他沒能用電解法分離它。1821年William Brande電解出了微量的鋰，但這不足以做實驗用。直到1855年德國化學家 Robert Bunsen和英國化學家Augustus Matthiessen電解氯化鋰才獲得了大塊的鋰[2]。鋰的英文為Lithium，來源於希臘文lithos，意為「石頭」。
Lithos的第一個音節發音「裡」。因為是金屬，在左方加上部首「釒」。鋰在地殼中的含量比鉀和鈉少得多，它的化合物不多見，是它比鉀和鈉發現的晚的必然因素。鋰發現的第二年，得到法國化學家伏克蘭重新分析肯定。
鋰，原子序數3，原子量6.941，是最輕的鹼金屬元素。元素名來源於希臘文，原意是「石頭」。1817年由瑞典科學家阿弗韋聰在分析透鋰長石礦時發現。自然界中主要的鋰礦物為鋰輝石、鋰雲母、透鋰長石和磷鋁石等。在人和動物機體、土壤和礦泉水、可哥粉、煙葉、海藻中都能找到鋰。天然鋰有兩種同位素：鋰6和鋰7。
金屬鋰為一種銀白色的輕金屬；熔點為180.54°C，沸點1342°C，密度0.534克/釐米³，硬度0.6。金屬鋰可溶於液氨。鋰與其它鹼金屬不同，在室溫下與水反應比較慢，但能與氮氣反應生成黑色的一氮化三鋰晶體。鋰的弱酸鹽都難溶於水。在鹼金屬氯化物中，只有氯化鋰易溶於有機溶劑。鋰的揮發性鹽的火焰呈深紅色，可用此來鑒定鋰。鋰很容易與氧、氮、硫等化合，在冶金工業中可用做去氧劑。鋰也可以做鉛基合金和鈹、鎂、鋁等輕質合金的成分。鋰在原子能工業中有重要用途。
概述
鋰是一種極易反應的柔軟的銀白色鹼金屬。它在金屬中比重最輕。鋰在空氣中易氧化，所以須貯存於固體石蠟、煤油或惰性氣體中。它能與水和酸作用放出氫氣，易與氧、氮、硫等化合。鋰鹽在水中的溶解度與鎂鹽類似，而不同於其他的鹼金屬鹽。
原子及物理性質
就像其他鹼金屬一般，鋰有一個價電子而易失去而形成陽離子。因此，鋰為熱和電的良導體且為極易反應的元素，雖然它在鹼金族中是反應性最低的，因為它的價電子和原子核很接近（剩下的兩個電子（：Two-electron atom）在1s 軌域中，能量低且不參與化學鍵結。）然而，液態鋰的反應性較固態鋰高出許多。鋰金屬性質柔軟，可以用刀切開，在切開的同時，銀白色的切面會快速氧化為灰色的氧化鋰。雖然鋰的熔點為最低的金屬之一（180 °C, 453 K），但卻是鹼金族中熔點及沸點最高的元素。鋰金屬有極低的密度（0.534 g/cm3）和松木相當，為所有固體元素在室溫下密度最低的，第二低的鈉（0.862 g/cm3）比它密度高了60%以上。且除了氫和氦之外，固體鋰的密度比任何其他液體元素還低，只有液態氮（0.808 g/cm3）的三分之二倍。鋰可以漂浮於最輕的烴油，也是三個可以漂浮於水上的金屬的其中之一，另外兩個則是鈉和鉀。 鋰的熱膨脹係數是鋁的兩倍也幾乎是鐵的四倍。在 400 μK（：Orders of magnitude (temperature)） 標準壓力下，或是在較高溫度（9K以上）極大壓力（20GPa以上）下，鋰有超導現象。在 70K 以下時，鋰就像鈉一樣，會有無擴散的相變（：Diffusionless transformation）發生。在 4.2K 時，晶體為六方晶系（九層重複堆積），溫度升高後，轉變為面心結構，再變為體心結構。在液態氦溫度（4K）六方晶系是很常見的。在高壓時，鋰也被發現有多種同素異形體的結構。鋰的比熱容為 3.58KJ/kg-k ， 是所有固體中最高的，因此，鋰金屬常被用來當作熱傳導應用的冷卻劑。
化學性質與化合物
鋰很容易與水反應，但是活性卻比其他鹼金屬小許多。該反應在水溶液中會形成氫氣和氫氧化鋰。因為鋰很容易與水反應，所以它通常會和固體石蠟（：Petroleum jelly）一起，被存放在碳氫化合物所構成的密封罐中。雖然其他更重的鹼金屬可以被存放在密度更大的物質中，像是礦物油，但是鋰因為密度太小，無法完好浸至這些物質之中。在潮濕的空氣之中，鋰會快速地失去光澤，外表會形成黑色的氫氧化鋰（LiOH 和 LiOH•H2O）、氮化鋰（Li3N）和碳酸鋰（Li2CO3，LiOH 和CO2應的結果。）當接近火時，鋰的化合物會發出強烈的深紅色，然而當鋰燃燒很旺盛時，火焰會轉為銀白色的亮光。當暴露在水或水蒸氣中時，鋰會被氧氣點燃並燃燒。鋰是易燃的，暴露在空氣中尤其是水中，可能具有爆炸性，但可能性較其他鹼金屬低。在常溫下，鋰和水反應是活潑但非劇烈的，因為反應產生的氫通常不會自燃。鋰與所有鹼金屬都是需要乾粉滅火器（D類型），因為鋰所生成的火很難被熄滅。而在標準狀況下，鋰是少數能與氮反應的金屬之一。 鋰與鎂有對角線規則，它們有相似的原子和離子半徑。而它們相似的化學性質包括，與氮氣反應形成氮化物，在氧氣中燃燒時形成氧化物 （Li2O）和過氧化物（Li2O2），具有相似溶解度的鹽，以及碳酸鹽和氮化物的熱不穩定性。 鋰在高溫下與氫氣反應生成氫化鋰（LiH）。其他已知的二元化合物包括鹵化物（氟化鋰LiF、氯化鋰LiCl、溴化鋰LiBr、碘化鋰LiI），硫化物（硫化鋰Li2S），超氧化物（超氧化鋰LiO2）和碳化物（碳化鋰Li2C2）。而對於其他許多的無機化合物，鋰會與陰離子結合而形成鹽：硼酸鹽（：Lithium borate）、酰胺、碳酸鋰、硝酸鋰或硼氫化物（硼氫化鋰LiBH4）。氫化鋁鋰（LiAlH2）通常用作有機合成中的還原劑。 氦化鋰（：LiHe）是一種相互作用非常弱的凡德瓦化合物（：Van der Waals molecule），已在非常低的溫度下被檢測到。與第一族中其他元素不同的是，鋰的無機化合物遵循偶體法則，而不是八隅體法則。
同位素與核性質
在自然界中鋰以兩種同位素：6Li 和 7Li 組成，後者較豐富（在自然界豐度約92.5%）。 兩者皆有極低的核結合能（和在元素週期表中相鄰的元素：氦和鈹相比）。鋰是唯一低原子序元素中可以透過核分裂產生淨能的元素。兩種鋰原子核皆有較低的束縛能，低於除了氘及氦-3的其他穩定核素，因此，雖然它的原子量很小，在前32個元素中，鋰在太陽系中的含量低於其中的25個。據目前所知，鋰有7個放射性同位素，最穩定的是半衰期為 838 ms 的 8Li 和半衰期為 178 ms 的 9Li，其他的放射性同位素半衰期皆少於 8.6ms ，半衰期最短的同位素為因質子發射 後衰變的 4Li ，半衰期僅 7.6 × 10−23 s 。7Li是產生於大霹靂核合成時的其中一個初始元素（：primordial elements）（或稱為初始核素），少量的 6Li 和 7Li 產生於星星，可是被視為在出現的同時就被燒掉了，還有其他少量的 6Li 和 7Li可能產生於太陽風、宇宙射線擊中較重的原子，和從早期太陽系的 7Be 和10Be的放射性衰變中產生。雖然鋰會產生於恆星核合成，但會進一步被銷毀。 7Li 也可以在碳星中產生。鋰的同位素分餾基本上透過很多的自然過程，包含礦物形成（化學沉澱）、代謝和離子交換。鋰離子取代了八面體位置黏土 礦物中的鎂和鐵，其中6Li優於7Li ，導致在超微過濾和岩石蝕變過程中富含輕同位素。已知外來的 11Li 會表現出核暈（：nuclear halo）。 雷射同位素分離的過程可用於分離鋰同位素，特別是 7Li 與 6Li 。核武器製造和其他核物理應用是人工鋰分餾的主要來源，工業和軍事庫存保留了輕同位素 6Li，其程度已經導致自然界的 6Li 和 7Li 比例在河流中等地方發生輕微但可測量出的變化。這導致鋰標準化原子量的異常不確定性，因為它取決於這些自然界存在的穩定鋰同位素的自然豐度比例，它們可用於商業鋰礦物來源。鋰的兩種穩定同位素都可以被雷射冷卻，並用於生產第一量子縮退玻色-費米混合物。
用途
合成原料
在許多反應中，鋰可作為原料或中間物。在合成與鋰相關的無機化合物時，常常是將金屬鋰與其他單質反應。若要求純度較高，可用鋰與氣態單質或化合物反應。例如用鋰和硫化氫合成硫化鋰。
還原劑
金屬鋰溶於液氨和乙醇的混合溶劑中形成一個良好的還原劑，可用來還原含芳香環的有機化合物。比較貴重的甾族化合物通常用這種辦法來還原。此法的優點是產率較高，缺點是比用鈉還原昂貴，所以僅用於還原一些貴重的化合物。
催化劑
鋰可用作丁二烯、異戊二烯等二烯烴聚合催化劑，也可用來製造共聚物。
電池工業
因為鋰的原子量很小，只有6.9g•mol−1，因此用鋰作陽極的電池具有很高的能量密度。鋰也能夠製造低溫或高溫下使用的電池[3]。
用於低溫的電池，通常使用有機溶劑作為電解質，其中添加一些無機鹽增加導電性，常用無機鹽包括高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、六氟砷酸鋰和硫化鋰等。二次鋰電池中正極材料也為含鋰化合物，如鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰鐵氧化物等等，以及其多元化合物。二次鋰電池中負極材料，也與鋰的作用明顯。
電池陰極是鋰，陽極常用金屬氯化物。例如鋰-氯化銀電池的電池反應為：
用於高溫的電池，通常使用熔融的無機鹽作為電解質，因此必須在該鹽的熔點以上方可使用。
合金
摻有鋰的合金一般有強度大，密度小，耐高溫等特性。也有人用鋰合成了Li-Pb液態半導體合金。
醫療
醫療用途的鋰目前主要分為兩種：一種為外用的局部治療，另一種則為已被廣泛使用的口服治療。
根據臨床研究中顯示，當鋰被使用於外用的局部治療時，能有效治療脂漏性皮膚炎(seborrheic dermatitis)，目前鋰的作用機理還不十分清楚，這可能與鋰可抑制物質-P(substance-P)[93]及抑制Malassezia yeasts(引發痘痘元兇之一的細菌)生長所需的所有游離脂肪酸有關。過去的一些研究顯示鋰可以抑制許多酶(enzyme)：鈉鉀泵(Na/K ATPase)、腺苷環化酶(adenylcyclase)、enzymes of the prostaglandins E1 synthesis、和inositol-1-phosphatase等。 鋰亦具有抗發炎(anti-inflammatory)及免疫調節(immunomodulatory)的作用。除此之外，在法國的研究中顯示含鋰元素的活泉水( Evaux thermal spring water)能改善癌症患者因治療所引起的皮膚指甲等的副作用。
口服的鋰主要被使用於精神科，用來治療躁鬱症。臨床使用的濃度為1毫克。口服用的鋰會造成許多皮膚的副作用，像是斑點丘疹(maculopapular eruption)、痤瘡(acne)、牛皮癬狀疹(psoriasiform eruption)。因此顯示口服的鋰有可能會促進或使已經存在的皮膚疾病更惡化，像是牛皮癬(psoriasis)和脂漏性皮膚炎(seborrheic dermatitis)。