最轻的金属(转载)

说起金属中最轻的金属，那当然是锂。锂的比重只有0.535，是铝的1/5，水的1/2，用普通的小刀就能轻易地把它切成几块。它不仅能浮在水面上，甚至可以浮在煤油上；有人估计，如果用锂来做飞机，那么两个人就可以抬着走，实际上，锂根本不能制造飞机，甚至连筷、匙也不能做。因为锂很软，用小刀可以毫不费力地将它切开，而且化学性质又十分活泼，在热水中，它便与水发生反应，变成氢氧化锂而溶解于水了。锂在二氧化碳中也能燃烧，发出明亮的火光。

锂的比重只有

0.534，约为水的一半，就连铝都要比它重4倍，用普通的小刀就能轻易地把它切成几块。

锂是制造高能电池的重要原料。1977年国际上出现了一种硬币形的锂电池，直径23毫米，厚2.5毫米，还不到5分硬币那么大，很适合微型、薄型化的电子仪器使用。这种锂电池用于耗电量低的液晶显示的桌式电子计算机，可以连续使用5－10年而不必更换。用锂电池来开动汽车，费用低，不会污染大气。

锂的一些有机化合物，如硬脂酸锂、软脂酸锂等，在环境温度变化时，性能可保持不变，是理想的润滑剂。这类润滑剂在汽车的易磨零件上加一次，就可永久使用。即使在南极大陆零下60摄氏度的冰原上，锂润滑剂照样能让汽车纵横驰骋，不会结冻。

锂是理想的火箭燃料。火箭需要很大的功率来克服地球引力，才能飞向外层空间。煤油曾经被认为是最有效的、使用液氧做氧化剂的燃料，它的发热量为

2300千卡/千克。现在，铍和锂被科学家认为是用做火箭燃料的最佳金属。锂金属燃料燃烧后释放出来的热量达10270千卡/千克。

在原子能工业中，锂也大显身手。科学家们发现，同位素锂—6

的原子核很容易用中子来分裂。锂—6

每吸收一个中子，锂的原子核就变得不稳定，时而蜕变成两种新的原子：氦和氚。在很高的温度下，氚原子和氘化合同时释放出巨大的热核能。当中子轰击由同位素锂—6

和氘合成的化合物氘化锂时，产生强烈的热核反应。因此，氚化锂已经成为核反应堆中的理想的核燃料，它比铀要便宜。锂反应堆不会形成放射性裂变产物，核反应过程也较容易控制

现在不说比重了，常常说密度，密度最小的金属是锂，锂的密度是0.54

g/cm3。银白色金属，质软。露置湿空气中渐变黄色，遇水反应生成氢氧化锂和氢气。熔点180.54℃，沸点1347℃。遇水、氮、酸或氧化剂有起火和爆炸危险。

其他金属密度参照

《兰氏化学手册》第十三版。常见的如下：单位：g/cm3：

钾

0.87

钠

0.97

钙

1.55

镁

1.74

铝

2.69

钛

4.55

铬

7.2

锰

7.3

铁

7.86

铜

8.9

银

10.5

铅

11.3

汞

13.5

金

19.3

铂

21.45

锇

22.6

（密度最大）

中文名

氢化物

作用

还原剂、引发剂和催化剂

类别

二元化合物

种类

离子型氢化物、共价型氢化物

盐型

离子型氢化物也称 盐型氢化物。是氢和碱金属、碱土金属中的钙、锶、钡、镭所形成的二元化合物。其 固体为离子晶体，如NaH、BaH2等。这些元素的 电负性都比氢的电负性小。在这类氢化物中，氢以H-形式存在，熔融态能导电，电解时在 阳极放出 氢气，故该方法又称金属储氢法。离子型氢化物都是无色或白色晶体，常因含有金属杂质而发灰，金属过量则呈蓝紫色。 离子型氢化物中氢的氧化数为-1，具有强烈失电子趋势，是很强的还原剂，在 水溶液中与水强烈反应放出氢气，使溶液呈强碱性，如：

CaH2+2H2O→Ca(OH)2+2H2↑

在 高温下还原性更强，如：

NaH+2CO→HCOONa+C

2CaH2+PbSO4→PbS+2Ca(OH)2

2LiH+TiO2→Ti+2LiOH

离子型氢化物对空气和水是不稳定的，有些甚至会发生自燃。

离子型氢化物可由金属与 氢气在不同条件下直接合成制得。反应温度为300- 700 C。为了避免反应在金属表面生成的氢化物阻止进一步的反应，常用金属在矿物油中的分散质，或者加入表面活性剂。

除用做 还原剂外，还用做干燥剂、脱水剂、 氢气发生剂，1kg氢化锂在 标准状态下同水反应可以产生2.8m3的氢气。在非水溶剂中与+Ⅲ氧化态的B(Ⅲ)，Al(Ⅲ)等生成广泛用于 有机合成和无机合成的复合氢化物，如氢化铝锂：

4LiH+AlCl3→LiAlH4+3LiCl

复合氢化物主要用做 还原剂、引发剂和 催化剂。

共价型

共价型氢化物也称 分子型氢化物。由氢和ⅢA～ⅦA族 元素所形成。其中与ⅢA族元素形成的氢化物是缺电子化合物和聚合型氢化物，如乙硼烷B2H6，氢化铝(AlH3)n等。各 共价型氢化物 热稳定性相差十分悬殊，氢化铅PbH4， 氢化铋BiH3在 室温下强烈分解，氟化氢，水受热到1000℃时也几乎不分解。 共价型氢化物也有 还原性，因氢的 氧化数为+1，其还原性大小取决于另一元素R-n失电子能力。一般说，同一族从上至下 还原性增强，同一周期从左至右 还原性减弱，例如：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

2PH3+4O2→P2O5+3H2O

2H2S+3O2→2SO2+2H2O

共价型氢化物在水中的行为较为复杂。常见为：

氢气常温下性质稳定，在点燃或加热的条件下能多跟许多物质发生化学反应。

①可燃性（可在氧气中或氯气中燃烧）：2H2+O2=点燃=2H2O（化合反应）

(点燃不纯的氢气要发生爆炸,点燃氢气前必须验纯，相似的，氘（重氢）在氧气中点燃可以生成重水（D2O）)

H2+Cl2=点燃=2HCl（化合反应）

H2+F2=2HF（氢气与氟气混合立刻爆炸，生成氟化氢气体）

②还原性(使某些金属氧化物还原)

H2+CuO

Cu+H2O（置换反应）

3H2+Fe2O3=高温=2Fe+3H2O（置换反应）

3H2+WO3

W+3H2O（置换反应）

共价

虽然氢气在通常状态下不是非常活泼，但氢元素与绝大多数元素能组成化合物。碳氢化合物已知有数以百万种，但它们无法由氢气和碳直接化合得到。氢气与电负性较强的元素（如卤素）反应，在这些化合物中氢的氧化态为+1。氢与氟、氧、氮成键时，可生成一种较强的非共价的键，称为氢键。氢键对许多生物分子具有重要意义。 氢也与电负性较低的元素（如活泼金属）生成化合物，这时氢的氧化态通常为 -1，这样的化合物称为氢化物。

氢与碳形成的化合物，由于其与生物的关系，通常被称为有机物，研究有机物的学科称为有机化学，而研究有机物在生物中所起的作用的科学称为生物化学。按某些定义，“有机”只要求含有碳。但大多数含碳的化合物通常都含有氢。这些化合物的独特性质主要是由碳氢键决定的。故有时有机物的定义要求物质含有碳氢键。

无机化学中，H- 可以作为桥接配体，连接配合物中的两个金属原子。这样的特性通常在13族元素中体现，尤以硼烷、铝配合物和碳硼烷中。

氢化物

含有氢元素的二元化合物称为氢化物。“氢化物”一词暗含氢显负价，且其氧化态为-1的意思。氢负离子记做H-，其存在是1916年由吉尔伯特·路易斯预言的。1920年Moers用电解氢化锂，在阳极产生氢气，从而证明了氢化物的存在。对于非IA或IIA族的元素形成的氢化物，“氢化物”一词并不准确，因为氢的电负性并不高。IA族碱金属的氢化物中有一个例外，即高聚物氢化锂。氢化铝锂中4个氢原子紧靠铝原子。虽然氢可与几乎所有的主族元素形成氢化物，但这些氢化物的原子配比却并不单一，例如二元的硼烷已发现100多种，但氢化铝只有一种。二元氢化铟还未被发现，但它存在于更大的配合物中。

质子与酸

对氢原子的氧化，也即让氢原子失去其电子，即可得到H+（氢离子）。氢离子不含电子，由于氢原子通常不含中子，故氢离子通常只含1个质子。这也就是为什么常将H+直接称为质子的原因。H+是酸碱理论的重要离子。

裸露的质子H+不能直接在溶液或离子晶体中存在，这是由氢离子和其他原子、分子不可抗拒的吸引力造成的。除非在等离子态物质中，氢离子不会脱离分子或原子的电子云。但是，“质子”或“氢离子”这个概念有时也指带有一个质子的其他粒子，通常也记做“H+”。

为了避免认为溶液中存在孤立的氢离子，一般在水溶液中将水和氢离子构成的离子称为水合氢离子（H3O+）。但这也只是一种理想化的情形。氢离子在水溶液中事实上以类似于H9O4+的形式存在。

尽管在地球上少见，H3+离子（质子化分子氢）却是宇宙中最常见的离子之一。

可燃性

氢气燃烧

氢气是一种极易燃的气体，燃点只有574℃，在空气中的体积分数为4%至75%时都能燃烧。氢气燃烧的焓变为−286 kJ/mol：

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l)ΔH = -572 kJ/mol

氢气占4.1%至74.8%的浓度时与空气混合，或占18.3%至59激下易引爆。氢气的着火点为500 °C。纯净的氢气与氧气的混合物燃烧时放出紫外线。

因为氢气比空气轻，所以氢气的火焰倾向于快速上升，故其造成的危害小于碳氢化合物燃烧的危害。氢气与所有的氧化性元素单质反应。氢气在常温下可自发的和氯气（需要光照）反应 ，氢气和氟气在冷暗处混合就可爆炸，生成具有潜在危险性的酸氯化氢或氟化氢。

在带尖嘴的导管口点燃纯净的氢气，观察火焰的颜色。然后在火焰上方罩一个冷而干燥的烧杯，过一会儿，我们可以看到，纯净的氢气在空气里安静地燃烧，产生淡蓝色的火焰（氢气在玻璃导管口燃烧时，火焰常略带黄色）。用烧杯罩在火焰的上方时，烧杯壁上有水珠生成，接触烧杯的手能感到发烫。

氢气在空气里燃烧，实际上是氢气跟空气里的氧气发生了化合反应，生成了水并放出大量的热。这个反应的化学方程式是：

2H2+O2=点燃=2H2O

反过来，氢气可以用电解水的方式制备。这个反应的化学方程式是：

H2O=H++OH-

H++e-=H

2H=H2

OH--e-=OH

2OH=H2O2

2H2O2=2H2O+O2

总的化学方程式是：2H2O=通电=2H2↑+O2↑

取一个一端开口，另一端钻有小孔的纸筒（或塑料筒等），用纸团堵住小孔，用向下排空气法收集氢气，使纸筒内充满氢气。把氢气发生装置移开，拿掉堵小孔的纸团，用燃着的木条在小孔处点火，注意有什么现象发生。（做这个实验时，人要离得远些，注意安全。）

我们可以看到，刚点燃时，氢气在小孔处安静地燃烧，过一小会儿，突然听到“砰”的一声响，爆炸的气浪把纸筒顶部高高炸起。

实验测定，空气里如果混入氢气的体积达到总体积的4%～74.2%，点燃时就会发生爆炸。这个范围叫做氢气的爆炸极限。实际上，任何可燃气体或可燃的粉尘如果跟空气充分混合，遇火时都有可能发生爆炸。因此，当可燃性气体（如氢气、液化石油气、煤气等）发生泄漏时，应杜绝一切火源、火星，禁止产生电火花，以防发生爆炸。

正是由于这个原因，我们在使用氢气时，要特别注意安全。点燃氢气前，一定要检验氢气的纯度。

用排水法收集一试管氢气，管口朝下，用拇指堵住，试管口移近火焰，移开拇指点火，如果听到尖锐的爆鸣声，就表明氢气不纯，需要再收集，再检验，直到响声很小，只有“扑”的一声或几乎无声才表明氢气已较为纯净，可以安全进行实验。如果用向下排空气法收集氢气，经检验不纯而需要再检验时，应该用拇指堵住试管口一会儿，然后再收集氢气检验纯度，否则会发生爆炸的危险。因为刚检验过纯度的试管内，氢气火焰可能还没有熄灭，如果立刻就用这个试管去收集氢气，氢气火焰可能会点燃氢气发生器里尚混有空气的氢气，使氢气发生器发生爆炸。用拇指堵住试管口一会儿，就使试管内未熄灭的氢气火焰因缺氧气而熄灭。

另外氢气在氧气过量和低温有催化剂的条件下点燃可生成过氧化氢（H2O2）（过氧化物中氧元素的化合价为-1）

锂广泛应用于电池、陶瓷、玻璃、润滑剂、制冷液、核工业以及光电等行业。随着电脑、数码相机、手机、移动电动工具等电子产品的不断发展，电池行业已经成为锂最大的消费领域。此外，碳酸锂是陶瓷产业减能耗、环保的有效途径之一，对锂的需求量也将会提高。

与此同时，锂在玻璃中的各种新作用也在不断被发现，玻璃行业对锂的需求仍将保持增长。因而，玻璃和陶瓷行业成为了锂的第二大消费领域。

金属锂的特点

金属锂具有热容大、液相温度范围宽、热导率高、粘度低和密度小等性质，在核聚变或核裂变反应堆中用作冷却剂。溴化锂是一种高效水蒸气吸收剂和空气湿度调节剂，被广泛用于空调、除湿、制冷和空气净化系统。

锂及其化合物具有燃烧度高、速度快、火焰宽、发热量大等特点，常当作高能燃料用于火箭、飞机或潜艇上。锂还能制造“锂盐肥料”，防治西红柿腐烂和小麦锈穗病。铝电解槽中添加锂盐能够提高融盐流动性，降低电解度，节约电能效果显著。

锂在现在科学技术中有重要应用，锂是制造氢弹和进行可控核聚变的重要材料。锂有两种稳定同位素锂-6和锂-7。氢弹材料氘化锂，是由熔融金属锂-6和氘气反应生成。它是可以运输存储的稳定化合物。1公斤氘化锂的爆炸力相当于5万吨梯恩梯炸药。锂-6捕捉低速中子能力很强，可以用来控制铀反应堆中核反应发生的速度。同时还可以在防辐射和延长核导弹的使用寿命方面及将来在核动力飞机和宇宙飞船中得到应用。

1千克锂燃烧可释放42998千焦耳的热量，因此，锂是用来作为火箭燃料的最佳金属之一。用锂或锂的化合物制成固体燃料，用作火箭，导弹，宇宙飞船推动力，不仅能量高，燃速大，而且有极高的比冲量，火箭的载荷直接取决于比冲量的大小。

在飞机升降过程中，一只飞鸟便可以把飞机撞个大洞，甚至使飞机报废而出现空难事件。如何使飞机上玻璃具有更大的强度和抗冲击特性，是飞机设计师面临的一大难题，而含锂的耐热玻璃，其强度比普通玻璃大15倍，而且其重量比金属铝还轻，用它做超音速飞机的玻璃窗就安全多了。

锂金属另一重要应用是锂电池，锂电池有两种：锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池，一般使用二氧化锰作为正极材料，金属锂或其它合金为负极材料，使用非水电解质溶液的电池。锂离子电池，一般使用锂合金金属氧化物作为正极材料，石墨为负极材料，使用非水电解质溶液的电池，它可以充电的。

锂电池是优质能源，它以开路电压高，比能量高，工作温度范围宽，放电平衡，自放电子等优点。已广泛应用于各种领域。用锂电池发电来开动汽车，行车费只有普通汽油发动机车的三分之一。

以镁为基制成的镁锂合金，一般含锂14-16%，由于含锂量的不同，它的比重为1，35-1，65克/厘米3。 镁锂合金在相同体积下，重量轻，而刚性rigidity最大，所谓刚性就是两个物体相碰撞不会发生变形的能力。若以钢的刚性为1，则金属钛为2，9，金属铝为8，19，金属镁为18，19，而镁锂合金为22，68。镁锂合金还具有良好的导热，导电和延展性。

正因为镁锂合金有以上特点，它在高端3C产品结构件中有广泛的应用。所谓3C产品，就是计算机，通信和消费类电子产品三者结合的通称，亦称“信息家电”，或“3C小家电”。所包括的产品如下：

笔记本电脑notebook computer外壳，平板电脑tablet personal computer外壳，掌上电脑PDA-personal digital-assistant。笔记本电脑面向主流人群，比如学生，商务人士等。而平板电脑，外观上与笔记本电脑相似，它唯一的好处就是便携性，由此限制了它的体积，也限制了它的性能，它可称为笔记本电脑的浓缩版，介于笔记本电脑和掌上电脑之间。

全球定位系统GPS-global positioning system，数码摄像机DV-digital video camera，数码照相机DC-digital camera等。

随着汽车行业轻量化，环保化以及新能源汽车的发展，需要轻的合金材料，镁锂合金有广泛的应用前景。

其他应用包括作航空，航天零件和特殊军工材料，如遥控飞机上下侧板，导弹，卫星零部件。运动器材，如自行车，羽毛球拍等。还可做音响振膜，镁锂合金有高的阻尼系数，约0，01，使它成为顶级音响的必备材料。

以铝为基的铝锂合金，主要为飞机和航空航天设备的减重而研制的，因此也主要应用于航空航天领域。主要用于机身框架，襟翼翼肋，垂直安定面，整流罩，进气道唇口，舱门，燃油箱等。

而锂镁，锂铝等合金，不仅重量轻，强度高，抗冲击力好。而且还有良好的耐腐蚀性和抗太空中高速辐射粒子的穿透能力。用这类合金制造宇宙飞船的热防护舱和卫星，导弹的包覆材料是再好不过了。

铌酸锂，钽酸锂晶体为具有压电，铁电，光电，热电及非线性光学等多种功能的材料，同时具有光折变效应，是光波导，移动电话，压电传感器，光学调制器和各种其他线性和非线性光学效应应用的重要材料。

做锂合金前景取决与以上产业的发展力度以及你自身的能力和趋势敏感性。个人看法，以上行业其实都并非特高新，今后的增长则有可能取决于新的技术、工艺发明造成的成本巨降，从而引起爆发性增长。至于新类型的锂合金，尚未出现自然无从评价。