地球上最輕的「高能稀有金屬」它應用非常廣泛,人類幾乎天天使用

2021-01-10 宇宙探索百科

鋰是一種稀有金屬,但它與我們的生活息息相關。手機中的鋰電池以鋰為主要原料。在電視螢光屏上使用鋰玻璃可以防止爆炸。航空工業離不開鋰。鋰在核工業中也發揮著重要作用:一公斤鋰的能量相當於2萬噸優質煤,可發電340萬千瓦時,是鈾裂變產生能量的8倍。因此,鋰也被稱為21世紀的新能源之星。

最輕的金屬

鋰是一種銀白色金屬,密度為0.534g/cm~3,類似於幹木材。鋰作為最輕的金屬元素,具有獨特而優異的物理化學性質。

在室溫下,鋰可以在空氣中「燃燒」,與空氣中的氮和氧發生強烈反應,與水發生劇烈反應,因此只能儲存在液態石蠟中。1817年,瑞典化學家貝齊裡斯的學生阿爾費森發現了鋰。貝齊裡厄斯命名新的金屬鋰和元素符號鋰。這個詞來自希臘語littos,意思是「石頭」。

鋰被稱為「稀有金屬」,其實其在地殼中的含量並不罕見。地殼中鋰含量約為0.0065%,其豐度排名第27位。據了解,含鋰礦物有鋰輝石、鋰雲母等150多種。海水中鋰含量不小,總儲量2600億噸。不幸的是,濃度太小,很難提取。一些礦泉水和植物體內也含有鋰,可以開採。

我國鋰資源豐富。從目前我國鋰的生產情況來看,只有江西雲母鋰礦可以開採幾百年。青藏高原鋰資源開發前景誘人。在海拔4421米的扎布耶鹽湖發現了碳酸鋰。目前,世界碳酸鋰年產量超過6萬噸,主要產自智利。再過幾年,扎布耶鹽湖將成為全球最大的鋰產業基地。作為世界上為數不多的百萬噸級鹽湖之一,具有重要的經濟意義。

廣泛的應用

我們知道彩色電視的螢光屏是非常重要的。螢光屏不是普通的玻璃,而是由鋰玻璃製成的。因為在玻璃中加入鋰或鋰化合物可以在不影響透明度的情況下,大大提高玻璃的強度和韌性。

鋰具有活性,與氫、氧、氮、碳、氧化物結合能力強,在冶金工業中常被用作「空氣捕集器」,能消除金屬鑄件中的氣泡、雜質等缺陷。

鋰金屬與鋁、鎂、鈹等組成的合金質輕、質硬,廣泛應用於飛彈、火箭、飛機人造衛星等製造中,用這種合金製造飛機可大大減輕飛機重量。一架小型鋰合金飛機可以由幾個人抬起來。可見重量之輕。

含鋰陶瓷塗層在鋼表面形成一層薄而耐熱的塗層,可作為噴氣發動機燃燒室和火箭、飛彈殼體的保護層。在我們生活中使用的瓷碗裡,上面的亮釉也含有鋰。

在潤滑油中加入鋰化合物可以大大提高潤滑效率。這種潤滑油的使用溫度範圍很廣,從50℃到200℃,因此在航空和動力機械中得到了廣泛的應用。如果你在汽車的某些部件上加一次鋰潤滑油,就足以用到汽車報廢為止。

氫化鋰與水劇烈反應產生大量的氫。2公斤氫化鋰分解後,可釋放氫氣56.6萬升,這確實是一個著名的「制氫廠」。在第二次世界大戰期間,美國飛行員配備了一種可攜式氫源,氫化鋰藥丸,以備緊急使用。當飛機墜入水面時,一接觸到水,氫化鋰就會立即與水發生反應,釋放出大量氫氣,給救生設備充氣。

當然,與金屬鋰關係最密切的是鋰電池。

其突出優點是能量密度高、循環壽命長、自放電率小、無記憶效應和綠色環保。鋰電池廣泛應用於手機、筆記本電腦等產品中,並逐漸發展到其他應用領域。從電動汽車到起搏器,都需要鋰電池。但鋰電池也存在不安全因素。例如,注意不要劇烈碰撞,不要在高溫下使用,不要使用或觸摸損壞的電池。

核聚變的主角之一

鋰之所以成為世界著名的「星」金屬,是因為它在核聚變反應中的突出作用被發現了。人們稱之為「高能金屬」。

在自然界中實現的聚變反應是氫的同位素——氘和氚的聚變(氘也叫重氫,氚也叫超重氫)。可控聚變俗稱「人造太陽」,因為太陽的原理是聚變反應(又稱熱核反應)。目前,受控核聚變反應已經取得突破性進展,世界各國都在爭相建立受控核聚變反應試驗裝置。核聚變反應將給我們帶來源源不斷的清潔能源,就像太陽帶給我們的一樣。

科學家發現人類無法控制氘-氘反應。太暴力了,需要極高的溫度!除了實驗室條件下的一次性反應外,很難使其繼續連鎖反應。「氘氚」反應強度小得多,反應速度僅為「氘氘」反應的1%,點火溫度較低,更適合在現有條件下人類使用。但問題是,與氘不同,氚在地球上幾乎不存在,而且製造成本極高。如何大量生產氚?科學家們想到了鋰。正如所料,鋰的同位素在被中子轟擊後會裂變成氚和氦。

更讓科學家高興的是,在氘和氚發生聚變反應後,除了形成氦核外,還有一個額外的高能中子。這樣,人們只需要保持鋰核在聚變反應體中的濃度,那麼這個額外的中子就會轟擊鋰核,促進鋰核的裂變,產生新的氚。

這種氚將繼續參與「氘氚」反應,然後產生新的額外中子,並形成連鎖反應!也就是說,人們只需要提供氘和鋰兩種原料,就可以為反應物提供足夠的點火溫度,從而實現「氘氚」核聚變反應,保持其持續的進展。這兩種原料相對容易獲得。海水中氘含量較高。雖然鋰資源總量沒有氘大,但更容易獲得一些。考慮到這一點,鋰被稱為「高能金屬」也就不足為奇了。

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