鋰是一種稀有金屬,可它與我們的生活卻有著緊密聯(lián)系。手機(jī)中的鋰電池就以它為主要原料,電視機(jī)的熒光屏使用鋰玻璃可以防止爆炸,航空航天工業(yè)也離不開(kāi)鋰,在核工業(yè)中鋰同樣扮演著重要角色:1千克鋰具有的能量,相當(dāng)于2萬(wàn)噸優(yōu)質(zhì)煤炭,可以發(fā)出340萬(wàn)千瓦時(shí)的電力,比鈾裂變產(chǎn)生的能量還要大8倍。因此,鋰又被稱為21世紀(jì)的能源新星。
最輕的金屬
鋰是一種銀白色的金屬,密度為0.534克/立方厘米,跟干燥的木材差不多。作為最輕的金屬元素,鋰具有獨(dú)特而優(yōu)秀的物理化學(xué)性質(zhì)。
在室溫條件下,鋰能在空氣中“燃燒”,和空氣中的氮?dú)夂脱鯕獍l(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng),遇到水也要發(fā)生劇烈反應(yīng),因此通常只能貯藏于液體石蠟中。發(fā)現(xiàn)金屬鋰的是瑞典化學(xué)家貝齊里烏斯的學(xué)生阿爾費(fèi)特森,時(shí)間是在1817年,貝齊里烏斯將這一新金屬命名為L(zhǎng)ithium,元素符號(hào)定為L(zhǎng)i。該詞來(lái)自希臘文lithos,意為“石頭”。
鋰號(hào)稱“稀有金屬”,其實(shí)它在地殼中的含量不算稀有,地殼中約有0.0065%的鋰,其豐度居第27位。已知含鋰的礦物有150多種,其中主要有鋰輝石、鋰云母石等。海水中鋰的含量不算少,總儲(chǔ)量達(dá)2600億噸,可惜濃度太小,提煉困難。有些礦泉水和植物機(jī)體里也含有鋰,可供開(kāi)發(fā)利用。
我國(guó)的鋰礦資源豐富,以目前我國(guó)的鋰鹽產(chǎn)量計(jì)算,僅江西云母鋰礦就可供開(kāi)采上百年。西藏高原鋰資源開(kāi)發(fā)前景誘人,在海拔4421米的扎布耶鹽湖發(fā)現(xiàn)了碳酸鋰。目前,碳酸鋰全球的年產(chǎn)量為6萬(wàn)多噸,主要生產(chǎn)國(guó)是智利。幾年后,扎布耶鹽湖將成為世界上最大的鋰產(chǎn)業(yè)基地,它作為全球?yàn)閿?shù)不多的超百萬(wàn)噸級(jí)鹽湖之一,具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。
廣泛的應(yīng)用
我們知道,彩色電視機(jī)的熒光屏十分重要,熒光屏使用的不是普通玻璃,是加進(jìn)了鋰的鋰玻璃。因?yàn)樵诓Aе屑舆M(jìn)鋰或鋰的化合物,可以大大提高玻璃的強(qiáng)度和韌性,而不會(huì)影響透明度。
由于鋰的性質(zhì)非?;顫?,和氫、氧、氮、碳及氧化物等物質(zhì)結(jié)合能力很強(qiáng),冶金工業(yè)常把鋰用作“捕氣劑”,可以很好地消除金屬鑄件中的孔隙氣泡、雜質(zhì)和其他缺陷。
金屬鋰與鋁、鎂、鈹?shù)取昂献鳌苯M成的合金,既輕便,又特別堅(jiān)硬,已被大量用于導(dǎo)彈、火箭、飛機(jī)等的制造上。用這種合金來(lái)制造飛機(jī),能使飛機(jī)重量大大減輕,一架鋰合金小飛機(jī)幾個(gè)人就可以抬起來(lái)。
把含鋰的陶瓷涂到鋼鐵的表面,形成一層輕薄而耐熱的涂層,可用作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室和火箭、導(dǎo)彈外殼的保護(hù)層。我們生活中使用的瓷碗,上面那層亮晶晶的釉也含有鋰。
潤(rùn)滑劑中加進(jìn)鋰的化合物,可以大大改善潤(rùn)滑效能。這種潤(rùn)滑劑適用的溫度非常廣,50℃~200℃范圍都可以,因此被廣泛應(yīng)用于航空、動(dòng)力機(jī)械裝置。如果在汽車的一些零件上加一次鋰潤(rùn)滑劑,就足以用到汽車報(bào)廢為止。
氫化鋰遇水發(fā)生猛烈的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生大量的氫氣。2千克氫化鋰分解后,可以放出氫氣56.6萬(wàn)升,的確是名不虛傳的“制造氫氣的工廠”。第二次世界大戰(zhàn)期間,美國(guó)飛行員備有輕便的氫氣源——?dú)浠囃枳鳛閼?yīng)急之用。飛機(jī)失事墜落在水面時(shí),只要一碰到水,氫化鋰就立即與水發(fā)生反應(yīng),釋放出大量的氫氣,使救生設(shè)備充氣膨脹起來(lái)。
當(dāng)然,與我們生活關(guān)系最密切的金屬鋰當(dāng)屬鋰電池了,其突出優(yōu)勢(shì)是能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率小、無(wú)記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等。鋰電池在手機(jī)、筆記本電腦等產(chǎn)品中被廣泛使用,并逐步向其他應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。大到電動(dòng)車、小到心臟起搏器,都要用到鋰電池。但是鋰電池也有不安全因素,比如,要注意不要?jiǎng)×遗鲎?,不要在高溫下使用,電池出現(xiàn)破損就不要使用,也不要碰觸。
核聚變的主角之一
真正使鋰成為舉世矚目的“明星”金屬的原因,還是它在核聚變反應(yīng)中的突出作用被發(fā)現(xiàn)之后,人們稱譽(yù)它為“高能金屬”。
自然界中實(shí)現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素——氘與氚的聚變(氘又叫重氫、氚又叫超重氫),可控核聚變俗稱“人造太陽(yáng)”,因?yàn)樘?yáng)的原理就是核聚變反應(yīng)(也叫熱核反應(yīng))。目前,受控核聚變反應(yīng)已取得突破性進(jìn)展,世界各國(guó)爭(zhēng)相建立受控核聚變反應(yīng)試驗(yàn)裝置。核聚變反應(yīng)將給人類帶來(lái)源源不斷的清潔能源,就像太陽(yáng)帶給我們的一樣。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn),人類現(xiàn)在還無(wú)法控制“氘-氘”反應(yīng),它太猛烈了,需要的溫度極高!除了在實(shí)驗(yàn)室條件下一次性的反應(yīng)外,很難讓它持續(xù)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)下去。而“氘-氚”反應(yīng)的烈度要小很多,反應(yīng)速度僅是“氘-氘”反應(yīng)的百分之一,而點(diǎn)火溫度也相對(duì)低,比較適合人類現(xiàn)有條件下的利用。但問(wèn)題是,氚不同于氘,在地球上幾乎沒(méi)有,人工制造極其昂貴。如何大量制造出來(lái)氚呢?科學(xué)家們想到了鋰。果然,鋰的同位素被中子轟擊之后,就會(huì)裂變變成氚和氦。
更令科學(xué)家高興的是:“氘-氚”聚變反應(yīng)后,除了形成一個(gè)氦原子核之外,還有一個(gè)多余的中子,并且能量很高。這樣,人們只需要在核聚變的反應(yīng)體內(nèi)保持鋰核的濃度,那么這個(gè)多余的中子就會(huì)轟擊鋰核,促使鋰核裂變,產(chǎn)生一個(gè)新的氚,這個(gè)氚則繼續(xù)參與“氘-氚”反應(yīng),繼而產(chǎn)生新的多余中子,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就形成了! 也就是說(shuō),人們只需要給反應(yīng)體提供兩種原料——氘和鋰,提供足夠的點(diǎn)火溫度,就能實(shí)現(xiàn)“氘-氚”核聚變反應(yīng),并且維持它的連續(xù)進(jìn)行。這兩種原料還是比較容易取得的,氘在海水中的含量比較高,鋰的資源總量雖然不如氘多,但是更容易取得一些。明白了這些,鋰被稱譽(yù)為“高能金屬”就不足為奇了。
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