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鋰的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)

時(shí)間:2025-01-20 17:57:02 瀏覽量:

銀白色,質(zhì)軟,是密度最小的金屬.密度 :0.534g/cm(300K)

熔點(diǎn) :180.5℃

沸點(diǎn) :1347.0℃

電阻率 : 8.6μΩ·cm

 比熱: 3.6J/(gK)

蒸發(fā)熱: 145.92kJ/mol

熔化熱: 3kJ/(gK)

電離能: 5.392eV

外圍 電子排布 :2s1

核外電子排布 :2,1

顏色和狀態(tài):銀白色金屬

原子半徑 :0.152nm

常見 化合價(jià) :+1

鋰,金屬元素,元素符號(hào)Li,原子序數(shù)3。銀白色,質(zhì)軟,是密度最小的金屬。用于原子反應(yīng)堆、制輕合金及電池等100°C才反映、不如其他堿金屬那樣容易燃燒,金屬鋰的化學(xué)性質(zhì)十分活潑,在一定條件下,能與除稀有氣體外的大部分金屬與非金屬反應(yīng),但不像其他的堿金屬那樣容易,化學(xué)性質(zhì)不活潑,腐蝕性很強(qiáng)。

鋰元素的英文名為Lithium,化學(xué)符號(hào)Li,其處于元素周期表的s區(qū),堿金屬;原子序數(shù)3;相對(duì)原子質(zhì)量6.941。鋰金屬在298K時(shí)為固態(tài),其顏色為銀白或灰色。在空氣中,鋰很快失去光澤。

鋰為第一周期元素,含一個(gè)價(jià)電子,固態(tài)時(shí)其密度約為水的1/2。鋰元素的原子半徑(經(jīng)驗(yàn)值)為145pm,原子半徑(計(jì)算值)167pm,共價(jià)半徑(經(jīng)驗(yàn)值)134pm,范德華半徑182pm,離子半徑68pm。鋰元素的化學(xué)性質(zhì)見表1-1。由于鋰元素只有一個(gè)價(jià)電子,所以在緊密堆積晶胞中它的結(jié)合能很弱。鋰金屬很軟,熔點(diǎn)低,故鋰鈉合金可作原子核反應(yīng)堆制冷劑。

鋰的熔點(diǎn)、硬度高于其他堿金屬,其導(dǎo)電性則較弱。鋰的化學(xué)性質(zhì)與其他堿金屬化學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律不一致。鋰的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢E(Li+/Li)在同族元素中非常低,這與Li+(g)的水合熱較大有關(guān)。鋰在空氣中燃燒時(shí)能與氮?dú)庵苯幼饔蒙傻?,這是由于它的離子半徑小,因而對(duì)晶格能有較大貢獻(xiàn)的緣故。鋰在巖石圈中含量很低,主要存在于一些硅酸礦中。鋰的密度只有0.53g/cm3,在堿金屬中鋰具有最高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)以及最長的液程范圍,具有超常的高比熱容。這些特性使其在熱交換中成為優(yōu)異的制冷劑。然而鋰的腐蝕性比其他液態(tài)金屬要強(qiáng),它常被用作還原、脫硫、銅以及銅合金的除氣劑等。

由于鋰外層電子的低的離子化焓,18650鋰電池鋰離子呈球形和低極性,故鋰元素呈+1價(jià)。與二價(jià)的鎂離子相比較,一價(jià)的鋰離子的離子半徑特別小,因此具有特別高的電荷半徑比。相比其他第一主族的元素,鋰的化合物性質(zhì)很反常,與鎂化合物的性質(zhì)類似。這些異常的特性是因?yàn)槠鋷в械碗姾申庪x子的鋰鹽高的晶格能而特別穩(wěn)定,而對(duì)于高電荷、高價(jià)的陰離子的鹽相對(duì)不穩(wěn)定。如氫化鋰的熱穩(wěn)定性比其他堿金屬的要高,LiH在900℃時(shí)是穩(wěn)定的,LiOH相比其他氫氧化物是較難溶的,氫氧化鋰在紅熱時(shí)分解;Li2CO3不穩(wěn)定,容易分解為Li2O和CO2。鋰鹽的溶解性和鎂鹽類似。LiF是微溶的(18℃時(shí),0.17/100g?水),可從氟化銨溶液中沉淀出來;Li3PO4難溶于水;LiCl、LiBr、LiI尤其是LiClO4可溶于乙醇、丙酮和乙酸乙酯中,LiCl可溶于嘧啶中。LiClO4高的溶解性歸結(jié)于鋰離子的強(qiáng)溶解性。高濃度的LiBr可溶解纖維素。與其他堿金屬的硫酸鹽不同,Li2SO4不形成同晶化合物。

金屬鋰高的電極電勢顯示了它在電池上的應(yīng)用前景。比如正極為鋰片,負(fù)極為復(fù)合過渡金屬氧化物材料組成的鋰離子二次電池。

在第一主族元素中,與其他物質(zhì)(除氮?dú)馔猓┓磻?yīng)的活性,從鋰到銫依次升高。鋰的活性通常是最低的,如鋰與水在25℃下才反應(yīng),而鈉反應(yīng)劇烈,鉀與水發(fā)生燃燒,銣和銫存在爆炸式的反應(yīng);與液溴的反應(yīng),鋰和鈉反應(yīng)緩和,而其他堿金屬則劇烈反應(yīng)。鋰不能取代C6H5C≡CH中的弱酸性氫,而其他堿金屬可以取代。

鋰與同族元素一個(gè)基本的化學(xué)差別是與氧氣的反應(yīng)。當(dāng)堿金屬置于空氣或氧氣中燃燒時(shí),鋰生成Li2O,還有Li2O2存在,而其他堿金屬氧化物(M2O)則進(jìn)一步反應(yīng),生成過氧化物M2O2和(K、Rb和Cs)超氧化物MO2。鋰在過量的氧氣中燃燒時(shí)并不生成過氧化物,而生成正常氧化物。

鋰能與氮直接化合生成氮化物,鋰和氮?dú)夥磻?yīng)生成紅寶石色的晶體Li3N(鎂與氮?dú)馍蒑g3N2);在25℃時(shí)反應(yīng)緩慢,在400℃時(shí)反應(yīng)很快。利用該反應(yīng),鋰和鎂均可用來在混合氣體中除去氮?dú)?。與碳共熱時(shí),鋰和鈉反應(yīng)生成Li2C2和Na2C2。重堿金屬亦可以與碳反應(yīng),但生成非計(jì)量比間隙化合物,這是堿金屬原子鋰與水反應(yīng)均較緩慢。

鋰的氫氧化物都是中強(qiáng)堿,溶解度不大,在加熱時(shí)可分別分解為氧化鋰。鋰的某些鹽類,如氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽均難溶于水。它們的碳酸鹽在加熱下均能分解為相應(yīng)的氧化物和二氧化碳。鋰的氯化物均能溶于有機(jī)溶劑中,表現(xiàn)出共價(jià)特性。

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