堿金屬基本性質(zhì)(共9頁(yè))

1、一：鋰一、鋰的存在(cnzi)、發(fā)現(xiàn)鋰在地殼(dqio)中約含0.0065%，其豐度居第27位。在海水中大約2600億噸鋰，人和動(dòng)物體內(nèi)也有極少的鋰存在。體重70公斤的正常人體(rnt)中，鋰的含量為2.2毫克。目前自然界已發(fā)現(xiàn)含鋰礦石達(dá)150多種。鋰在自然界中存在的主要形式為鋰輝石(LiAlSi2O6)，鋰云母Li2(F,OH)2Al(SiO3)3等，我國(guó)江西有豐富的鋰云母礦。二、鋰的性質(zhì)及用途鋰具有高的比熱和電導(dǎo)率，它的密度是0.53克/厘米3，是自然界中最輕的金屬。它是非常活潑的堿金屬元素，常溫下它是唯一能與氮?dú)夥磻?yīng)的堿金屬元素.自然界存在的鋰由兩種穩(wěn)定的同位素63Li和73Li組成。鋰

2、只能存放在凡土林或石蠟中。金屬鋰為一種銀白色的輕金屬；熔點(diǎn)為180.54C，沸點(diǎn)1342C，硬度0.6。金屬鋰可溶于液氨。鋰與其它堿金屬不同，在室溫下與水反應(yīng)比較慢，但能與氮?dú)夥磻?yīng)生成黑色的一氮化三鋰晶體。鋰的弱酸鹽都難溶于水。在堿金屬氯化物中，只有氯化鋰易溶于有機(jī)溶劑。鋰早先的主要工業(yè)用途是以硬脂酸理的形式用作潤(rùn)滑劑的增稠劑，鋰基潤(rùn)滑脂兼有高抗水性，耐高溫和良好的低溫性能。如果在汽車的一些零件上加一次錘潤(rùn)滑劑，就足以用到汽車報(bào)廢為止。在冶金工業(yè)上，利用鋰能強(qiáng)烈地和O、N、Cl、S等物質(zhì)反應(yīng)的性質(zhì)，充當(dāng)脫氧劑和脫硫劑。在銅的冶煉過(guò)程中，加入十萬(wàn)分之一到萬(wàn)分之一的鋰，能改善銅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使之變得

3、更加致密，從而提高銅的導(dǎo)電性。鋰在鑄造優(yōu)質(zhì)銅鑄件中能除去有害的雜質(zhì)和氣體。在現(xiàn)代需要的優(yōu)質(zhì)特殊合金鋼材中，鋰是清除雜質(zhì)最理想的材料。1kg鋰燃燒后可釋放42998kJ的熱量，因此理是用來(lái)作為火箭燃料的最佳金屬之一。1kg鋰通過(guò)熱核反應(yīng)放出的能量相當(dāng)于二萬(wàn)多噸優(yōu)質(zhì)煤的燃燒。若用鋰或鋰的化合物制成固體燃料來(lái)代替固體推進(jìn)劑，用作火箭、導(dǎo)彈、宇宙飛船的推動(dòng)力，不僅能量 高、燃速大，而且有極高的比沖量，火箭的有效載荷直接取決于比沖量的大小。如果在玻璃制造中加入鋰，鋰玻璃的溶解性只是普通玻璃的1/100（每一普通玻璃杯熱茶中大約有萬(wàn)分之一克玻璃），加入鋰后使玻璃成為“永不溶解”，并可以抗酸腐蝕。鋰電池是本

4、世紀(jì)三、四十年代才研制開(kāi)發(fā)的優(yōu)質(zhì)能源，它以開(kāi)路(kil)電壓高，比能量高，工作溫度范圍 寬，放電平衡，自放電子等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，是很有前途的動(dòng)力電池。用鋰電池發(fā)電(fdin)來(lái)開(kāi)動(dòng)汽車，行車費(fèi)只有普通汽油發(fā)動(dòng)機(jī)車的1/3。由鋰制取氚，用來(lái)發(fā)動(dòng)原子電池組，中間不需要充電，可連續(xù)工作20年。目前(mqin)，要解決汽車的用油危機(jī)和排氣污染，重要途徑之一就是發(fā)展向鋰電池這樣的新型電池?？茖W(xué)家們預(yù)言：在未來(lái)能源（蓄電池和核聚變）方面鋰將發(fā)揮引人注目的作用。三、鋰的化合物用途鋰化物早先的重要用途之一是用于陶瓷制品中，特別是用于搪瓷制品中，鋰化合物的主要作用是作助熔劑。LiF對(duì)紫外線有極高的

5、透明度，用它制造的玻璃可以洞察隱蔽在銀河系最深處的奧秘。鋰玻璃可用來(lái)制造電視機(jī)顯像管。二戰(zhàn)期間，美國(guó)飛行員備有輕便應(yīng)急的氫氣源氫化鋰丸。當(dāng)飛機(jī)失事墜落在水面時(shí)，只要一碰到水，氫化鋰就立即溶解釋放出大量的氫氣，使救生設(shè)備充氣膨脹.鋰鹽可治療癲狂病，己在臨床上得到應(yīng)用。動(dòng)脈硬化性心臟病的發(fā)病率，與該地區(qū)飲食中鋰的含量成反比。用氘化鋰和氮化鋰來(lái)代替氘和氚裝在氫彈里充當(dāng)炸藥，達(dá)到氫彈爆炸的目的。我國(guó)于1967年6月17日成功爆炸的第一顆氫彈里就是利用氘化鋰。LiBH4和LiAlH4，在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中被廣泛用做還原劑，LiBH4能還原醛類、酮類和酯類等。LiAlH4，是制備藥物、香料和精細(xì)有機(jī)化學(xué)藥品等

6、中重要的還原劑。LiAlH4，也可用作噴氣燃料。LiAlH4是對(duì)復(fù)雜分子的特殊鍵合的強(qiáng)還原劑，這種試劑已成為許多有機(jī)合成的重要試劑。有機(jī)鋰化合物與有機(jī)酸反應(yīng)，得到能水解成酮的加成產(chǎn)物，這種反應(yīng)被用于維生素A合成的一步。有機(jī)鋰化物加成到醛和酮上，得到水解時(shí)能產(chǎn)生醇的加成產(chǎn)物。由鋰和氨反應(yīng)制得的氨基鋰被用來(lái)引入氨基，也被用作脫鹵試劑和催化劑。鋰很容易與氧、氮、硫等化合，在冶金工業(yè)中可用做脫氧劑。鋰也可以做鉛基合金和鈹、鎂、鋁等輕質(zhì)合金的成分。鋰在原子能工業(yè)中有重要用途。由于鋰的電化當(dāng)量高 （3.86安.時(shí)/克，在所有元素中僅次于鈹），并具有各種元素中最高的標(biāo)準(zhǔn)氧化電勢(shì)（+3.045伏），鋰電池已在

7、某些軍事和電子部門(mén)應(yīng)用，以及在電力 車輛推進(jìn)和峰值電力貯存方面試用。鋰將是第一代氘氚聚變反應(yīng)堆的重要燃料和反應(yīng)堆的冷卻劑。鋰能與多種元素制成合金，例如鋁鋰、硼鋰、銅鋰、鎂鋰、鉛鋰、 硅鋰、硅硼鋰和銀鋰等，而用于原子能、航空、航天、焊接等工業(yè)。鋰的應(yīng)用領(lǐng)域：用途：所占比例：主要使用化合物電池25%鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物陶瓷與玻璃18%碳酸鋰作添加劑潤(rùn)滑劑與油12%氫氧化鋰醫(yī)藥與塑料7%檸檬酸鋰鹽、鋰碳酸鹽、鋰硫酸鹽空調(diào)設(shè)備6%LiBr（LiCl）、鋰鉻酸鹽原鋁冶煉4%氟化鋰、碳酸鋰連續(xù)鑄造3%氟化鋰（添加劑），合金增強(qiáng)硬度和延展性化學(xué)工藝3%鋰酰胺、n-丁基鋰催化劑其他22%二：銣元素符號(hào)Rb，

8、銀白色稀有(xyu)堿金屬，在元素周期表中屬I(mǎi)A族,原子序數(shù)(yunz xsh)37，原子量85.4678,立方(lfng)晶體，常見(jiàn)化合價(jià)為+1。銣?zhǔn)倾y白色金屬，質(zhì)軟，可用小刀切割。熔點(diǎn)38.89，沸點(diǎn)686，密度1.532克/厘米3(20) ?；瘜W(xué)性質(zhì)比鉀還要活潑，在室溫和空氣中能自燃，因此必須在嚴(yán)密隔絕空氣情況下保存在液體石蠟中 。銣與水，甚至是與溫度低到-100的冰相接觸時(shí)，也能發(fā)生猛烈反應(yīng)，生成氫氧化銣和氫氣。與有限量氧氣作用，生成氧化銣，在過(guò)量氧氣中燃燒，生成超氧化物。銣也能與鹵素反應(yīng)。氧化態(tài)為1，只生成1價(jià)化合物。銣離子能使火焰染成紫紅色，可用焰色反應(yīng)和火焰光度計(jì)檢測(cè)。銣在地殼中

9、的含量為 0.028%，但極其分散，至今尚未發(fā)現(xiàn)單純的銣礦物，而是存在于其他礦物中，銣在鋰云母中的含量為3.75；銣在光鹵石中的含量雖不高，但儲(chǔ)量很大；海水中含銣量為 0.121克/噸,很多礦泉水、鹽湖鹵水中也含有較多的銣。中國(guó)宜春鋰云母含Rb2O 1.21.4，四川自貢地下鹵水也含有銣。銣有兩種天然同位素：銣85和銣87，后者具有放射性。銣的用途長(zhǎng)期以來(lái)，由于金屬銣化學(xué)性質(zhì)比鉀還要活潑，在空氣中能自燃，其生產(chǎn)、貯存及運(yùn)輸都必須嚴(yán)密隔絕空氣保存在液體石蠟、惰性氣體或真空中，因而制約了其在一般工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)研究和大量使用。 然而，隨著人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和對(duì)銣應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究的不斷深入，近15年來(lái)

10、，除在一些傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，如電子器件、催化劑及特種玻璃等，有了一定發(fā)展的同時(shí)， 許多新的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷出現(xiàn)，特別是在一些高科技領(lǐng)域，顯示了廣闊的應(yīng)用前景。1：作為頻率標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)由于(yuy)銣輻射(fsh)頻率具有長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，87Rb原子的共振頻率(pnl)被頻率標(biāo)準(zhǔn)確定為基準(zhǔn)頻率。用作頻率標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的銣原子頻標(biāo)具有低漂移、高穩(wěn)定性、抗輻射、體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn)。2：能源利用利用銣易于離子化的特點(diǎn)，多年來(lái)國(guó)內(nèi)外在離子推進(jìn)火箭、磁流體發(fā)電、熱離子轉(zhuǎn)換發(fā)電等方面的應(yīng)用作了大量研究工作，并有了一些重要的發(fā)展。 磁流體發(fā)電是把熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種新型發(fā)電方式。用含銣及其化合物作

11、磁流體發(fā)電機(jī)的發(fā)電材料(導(dǎo)電體)，可獲得較高熱效率。銣可用在空間飛行器的“離子推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)”中。以銣和銫作為材料的離子推進(jìn)火箭，運(yùn)行速度可達(dá)到 1.6X105k mh -1； 一艘攜帶有500g銫和銣的離子推進(jìn)宇宙飛船，其航程是當(dāng)今使用固體或液體燃料的約150倍。 3：特種玻璃含銣特種玻璃是當(dāng)前銣應(yīng)用的主要市場(chǎng)之一。碳酸銣常用作生產(chǎn)這些玻璃特種的添加劑，可降低玻璃導(dǎo)電率、 增加玻璃穩(wěn)定性和使用壽命等。含銣特種玻璃已廣泛使用在光纖通訊和夜視裝置等方面。4.電子由于銣原子失去價(jià)電子非常容易，可見(jiàn)光的能量就足以使原子電離，受光電磁輻射作用下表面釋放自由電子，顯示出優(yōu)良的光電特性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性及強(qiáng)烈的

12、化學(xué)活性，使它們?cè)诒姸嗉夹g(shù)領(lǐng)域中有著非常獨(dú)特的用途。通常銣化合物和合金是制造光電池、光電發(fā)射管、原子鐘、電視攝像管和光電倍增管的重要材料，也是紅外技術(shù)的必需材料，如銻化銣、碲化銣、銣銫銻合金等。使用了銣碲表面的光電發(fā)射管常被安裝在不同電子探測(cè)和激活裝置內(nèi)，在寬輻射光譜范圍內(nèi)仍具有高靈敏度。銣銫銻涂層常用在光電倍增管陰極上，用于輻射探測(cè)設(shè)備、醫(yī)學(xué)影像設(shè)備和夜視設(shè)備等。5：其他應(yīng)用氯化銣用于鈉、銥、鈦、鋯和過(guò)氯酸鹽的分析；硝酸銣可作為分析試劑、氧化劑、環(huán)境控制分析中放射性物質(zhì)檢測(cè)等。氯化銣、碳酸銣?zhǔn)侵苽浣饘巽?、其它銣鹽和同位素分離等的主要原料。 銣及其一些銣鹽還可作為化工中一些有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的催化劑

13、、陶瓷工業(yè)中的添加劑。金屬銣?zhǔn)侵迫∑渌呒冦滬}和銣單晶的基礎(chǔ)原料。 隨著國(guó)內(nèi)外高新技術(shù)(o xn j sh)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，銣及其化合物的一些獨(dú)特特性已顯示出極大的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)與商業(yè)價(jià)值，特別是在航天航空、能源(nngyun)和國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用需求有不斷增加之態(tài)勢(shì)，顯示了強(qiáng)大的生命力。 目前(mqin)，發(fā)達(dá)國(guó)家銣的應(yīng)用主要集中在高科技領(lǐng)域，有80%的銣用于開(kāi)發(fā)高新技術(shù)，只有20%的銣用于傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。特別值得一提的是，隨著世界能源日趨緊缺，人們都在尋求新的能量轉(zhuǎn)換方式，以提高效率和節(jié)約燃料，減少環(huán)境污染。銣在新能量轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用顯示了光明的前景，并已引起世界能源界的注目。 參照國(guó)外

14、銣工業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展我國(guó)的銣產(chǎn)業(yè)需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：首先，重點(diǎn)在開(kāi)發(fā)銣的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域上，比如銣在催化劑方面的利用，增加其應(yīng)用范圍，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，不斷拓寬其在合成反應(yīng)的應(yīng)用。其次，開(kāi)發(fā)在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，在磁流體發(fā)電、熱離子發(fā)電、激光能轉(zhuǎn)換方面等。尖端技術(shù)是銣應(yīng)用的光明前景所在，長(zhǎng)久對(duì)銣工業(yè)界有極大的促進(jìn)作用。三：銫銫的基本性質(zhì)元素銫是堿金屬族的一種銀白色、質(zhì)軟、易展性的金屬元素，銫的熔點(diǎn) ( 28155 )；沸點(diǎn)(671 ) ；蒸氣壓最高，密度最大，正電性最強(qiáng)，電離勢(shì)和電子逸出功最小。金屬銫的活性很強(qiáng)，在空氣中燃燒會(huì)噴濺，產(chǎn)生濃密的堿性煙霧，傷害眼睛、呼吸系統(tǒng)和皮膚。因此在生產(chǎn)、貯存及運(yùn)

15、輸時(shí)必須嚴(yán)格防止金屬銫同空氣或水接觸。銫的主要化工產(chǎn)品是硫酸銫、硝酸銫、碳酸銫、氯化銫、碘化銫、鉻酸銫等鹽類及金屬銫。銫的應(yīng)用銫通常以其化合物和合金形式用于電子管和光電池中。由于銫很容易電離，它的主要工業(yè)用被用作離子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、信息產(chǎn)業(yè)、核能源、航天技術(shù)、熒光材料、光學(xué)晶體、醫(yī)藥、催化劑等領(lǐng)域，也用于光電池，原子鐘和紅外燈、光電倍增管和電視攝象管以及用作真空管的吸氣劑，作為空氣去除劑，用于除去真空管中的痕量空氣。由鈉和鉈激活的碘化銫可制作工業(yè)和醫(yī)療用的 x射線圖象放大板或熒光屏。銫可用于制作銫原子鐘，70年代銫原子鐘的準(zhǔn)確度已經(jīng)達(dá)到500萬(wàn)年誤差僅一秒的水平。日本(r bn)銣銫應(yīng)用(yngy

16、ng)發(fā)展(fzhn)最快的領(lǐng)域是催化劑，特別是有機(jī)合成催化劑，碳酸銫是 HYPERLINK /view/77663.htm t _blank 環(huán)氧乙烷聚合 HYPERLINK /view/62440.htm t _blank 催化劑；氫氧化銫是一種較強(qiáng)的堿用作蓄電池的電解液、聚合反應(yīng)的催化劑。由于銣銫所具有的獨(dú)特性能 ，它們不但可用作助催化劑，以改進(jìn)催化劑的表面性質(zhì)，使其具有更好的活性、穩(wěn)定性和選擇性，同時(shí)銣銫本身就是一種催化劑，對(duì)許多反應(yīng)具有良好的催化性能?，F(xiàn)在出的加銫催化劑低溫活性也還不錯(cuò)。銫也是一種優(yōu)良的催化劑，在鋼鐵、有色金屬冶煉、硫酸等行業(yè)做催化劑去除氣體和其他雜質(zhì)；甲酸銫作為完成

17、液可用于深海高溫高壓石油和天然氣鉆井和勘探；硝酸銫可作為著色劑和氧化劑用于煙火行業(yè)，還可用作石油裂解閃爍計(jì)數(shù)器、X射線熒光粉等。另外，銫在熱離子發(fā)電、渦輪發(fā)電及離子推進(jìn)技術(shù)的研究處于開(kāi)發(fā)階段。發(fā)展趨勢(shì)：從近三年國(guó)際(guj)銫市場(chǎng)(shchng)應(yīng)用分析，銫消費(fèi)(xiofi)猛增主要是作為催化劑的優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯。先是銫在硫酸行業(yè)做銫-釩催化劑，現(xiàn)今已普及；而催化劑應(yīng)用領(lǐng)域還有兩個(gè)新興的強(qiáng)力拓展點(diǎn)：一是完成液（甲酸銫），用于鉆深井采油 （目前只有國(guó)外有深井開(kāi)采技術(shù)），二是制藥用催化劑。目前美國(guó)、日本等在醫(yī)藥領(lǐng)域研發(fā)力度很大，已經(jīng)有許多藥物添加了銫。目前美國(guó)的銣銫公司也在與國(guó)內(nèi)先進(jìn)銣銫企業(yè)就醫(yī)藥催化

18、劑方面進(jìn)行進(jìn)一步合作。一種藥物推廣前要進(jìn)行反復(fù)臨床試驗(yàn)，這或許要經(jīng)歷十年甚至更長(zhǎng)時(shí)間去研究和實(shí)驗(yàn)，目前實(shí)驗(yàn)用銫量也呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，一旦成功，將會(huì)很大程度上拉動(dòng)銫在醫(yī)藥領(lǐng)域的消費(fèi)。有理由推斷，在未來(lái)十年里，催化劑應(yīng)用將會(huì)推動(dòng)銫消費(fèi)在全球范圍內(nèi)出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，其消費(fèi)比重將占下游總消費(fèi)的80%以上。舉例：催化應(yīng)用的兩個(gè)主要方面1：銫對(duì)銀催化劑的助催化作用環(huán)氧乙烷是一種重要的活性中間體，主要用于生產(chǎn)乙二醇、表面活性劑、聚酯薄膜。在乙烯系列產(chǎn)品中，環(huán)氧乙烷的產(chǎn)量?jī)H次于聚乙烯。目前，全球?qū)Νh(huán)氧乙烷的需求量已經(jīng)超過(guò)10Mt/a。負(fù)載于:-Al2O3的銀催化劑適用于乙烯環(huán)氧化制備環(huán)氧乙烷的唯一高校催化劑。為了提高催化劑對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇性，人們對(duì)催化劑助劑進(jìn)行大量的研究，發(fā)現(xiàn)堿金屬銫（Cs）助劑的加入，使銀催化劑對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇性提高。2：銫-銣-釩系低溫硫酸催化劑的研制由于含銫催化劑低溫活性高，可顯著降低硫酸生產(chǎn)尾氣SO2濃度，應(yīng)迅速在硫酸制酸行業(yè)廣泛推廣。如果在工業(yè)釩催化劑內(nèi)采用同上余