锂,元素周期表中的第3号元素。其单质为银白色,并有金属光泽,是所有固体物质中密度最小的一种金属。
1817年,瑞典科学家约翰·奥古斯特·阿尔费特逊(Johan August Arfvedson)在分析一种透锂长石的时候发现的。当把它扔到火里时,它会发出浓烈的深红色火焰,随后众多科学家分析并推断出它是以前未知的金属元素,把它称作Lithium,其英文名来源于希腊文,原意是“石头”,中文称作“锂”。
锂元素在发现以后,相当长的一段时间里受人冷落,仅在玻璃、陶瓷、润滑剂等行业使用了为数不多的锂的化合物。
人们曾一度认为,锂元素是“稀有金属”,但其实,锂元素在地壳中的含量并不算少,大约占地壳成分的0.0065%,含有锂元素的矿物也很多,大约有150多种,丰度居第27位。我们国家的锂矿资源丰富,仅江西云母锂矿就可供开采上百年。
2018年8月,中国科学院国家天文台为首的科研团队,依托大科学装置郭守敬望远镜发现了一颗奇特的天体,它的锂元素含量约是同类天体3000倍。这一重要的天文发现在国际科学期刊《自然·天文》在线发布,足以看出人们对锂元素的关注。
为什么锂元素突然受到如此广泛的关注呢?这还要从锂元素的一项应用说起。1970年,科学家代埃克森采用硫化钛作为正极材料、金属锂作为负极材料,制成了首个锂电池; 1991年,索尼公司发布首个商用锂离子电池,随后,锂离子电池逐步进入消费电子产品领域,如手机、笔记本电脑等,其电池较高的比能量、较宽泛的工作温度,以及放电平衡等优势,使它成为了高能储存介质。
越来越多的设备需要使用可充放电电池,而锂在这一应用开发中,得到了进一步的发展。人们发现,用锂离子电池驱动的汽车,其行车费用只有普通汽油汽车1/3,而且还没有普通汽油汽车所产生的尾气问题。而且,就算锂离子电池报废以后,由于其较低的相对原子量,也不会像铅蓄电池和镍铬电池那样,对土壤和环境造成重金属盐的污染,因此,未来如果要想解决汽车的用油危机和排气污染等问题,重要途径之一或许就是发展像锂离子电池这样既能储能又具备环保优势的新型电池。
锂元素在核工业领域也有所应用,用锂单质来制取氢的同位素“氚”,再用氚来发动原子的电池组,不需要充电,就可以连续工作20年,会比普通电池的性能优越很多。
虽然有这么多应用领域,但是锂单质的制取可不是件容易的事儿。早在1855年,本生和马奇森等科学家采用电解融化氯化锂的方法制备出了单质锂,但工业生产锂却是76年后才得以实现的,主要是因为电解氯化锂所需要消耗的电能实在是太大了,每炼制一吨锂就要消耗高达六七万度的电能。可见锂元素未来的应用很多,受限的因素也比较多,这些都会使锂资源变得越来越紧俏。
锂,未来一定是个不简单的元素,有待我们对它进行全面的研究和开发。
(作者系武汉市第二十中学化学教师、武汉市科学家科普团成员)