一、锂的元素定位与发现背景：碱金属中的“轻量化先锋”

锂是元素周期表第ⅠA 族第 3 号元素，原子序数 3，核电荷数 3，属于碱金属家族（Li、Na、K、Rb、Cs、Fr）的首位成员，也是最轻的金属元素。其发现可追溯至 1817 年，瑞典化学家约翰・奥古斯特・阿韦德松在分析透锂长石（LiAlSi₂O₆）时，发现其含一种未知金属元素，因该矿物源于希腊岛屿 “Lithos”（意为 “石头”），故命名为 “Lithium”（锂）。

锂在地壳中的丰度约为 0.0065%，虽高于铍、硼等元素，但因化学性质活泼，无独立天然单质，多以化合态存在于锂辉石、锂云母、盐湖卤水（如智利阿塔卡马盐湖、中国青海盐湖）等资源中。全球锂资源主要集中在南美洲（智利、阿根廷、玻利维亚）、中国、澳大利亚等国家，其中盐湖卤水型锂资源因开采成本低，成为当前主流开发对象。作为碱金属的 “领头羊”，锂兼具碱金属的典型化学特性（易失电子、活泼性强），且因原子半径最小、密度最低，展现出独特的物理化学优势。

二、锂的基本化学性质：轻量化与高活性的核心特质

1. 原子结构与价态

锂的电子排布式为 [He] 2s¹，核外共 3 个电子，最外层仅 1 个 2s 电子，原子半径约 152pm（金属半径），是碱金属中原子半径最小的元素。其第一电离能为 520kJ/mol（高于同主族其他碱金属），但仍易失去最外层电子，形成稳定的 + 1 价阳离子（Li⁺），无其他常见化合价，这一价态特性是锂化合物结构稳定的核心基础。Li⁺离子半径仅 76pm，电荷密度高，具有较强的极化能力，使其化合物在溶解性、结晶性等方面与其他碱金属化合物存在显著差异。

2. 物理性质：极致轻量化的金属特性

常温下为银白色有光泽的金属，质地柔软（莫氏硬度仅 0.6），可用小刀轻松切割，切割后表面迅速形成氧化膜，光泽略变暗；

密度仅为 0.534g/cm³（20℃），是所有金属中密度最低的（约为水的 0.53 倍、铝的 1/5、铁的 1/15），可浮于水面（但因化学活性强，会与水反应）；

熔点 180.54℃，沸点 1342℃，熔点高于钠（97.8℃）、钾（63.65℃）等其他碱金属，常温下呈固态，高温下易挥发；

具有良好的导电性（导电率约为银的 1/5）、导热性和延展性，可轧制为薄片或拉制成细丝，也能与多种金属形成合金（如锂铝合金、锂镁合金）。

3. 化学性质：活泼性与特殊性的统一

锂属于活泼碱金属，化学活性仅次于铯、铷、钾，强于钠，但因原子半径最小、离子极化能力强，部分化学性质与其他碱金属存在差异：

与氧气反应：常温下即可与空气中的氧气反应，生成白色的氧化锂（Li₂O）薄膜（不形成过氧化物或超氧化物，这是锂与钠、钾的重要区别），该薄膜致密性较好，能在一定程度上阻碍内部金属进一步氧化，因此锂单质需密封保存在石蜡油或氩气中，避免与空气接触；加热条件下，锂与氧气反应加剧，仍生成 Li₂O，不产生过氧化物（如 Na₂O₂）；

与非金属反应：加热时与氯气、溴、碘等卤素反应剧烈，生成相应的卤化物（如 LiCl、LiBr、LiI），这类卤化物均为离子化合物，易溶于水；与硫反应生成硫化锂（Li₂S），与氮气在常温下缓慢反应，高温下剧烈反应生成氮化锂（Li₃N）—— 氮化锂是唯一稳定的碱金属氮化物，这是锂的独特化学性质；

与水、酸反应：与水反应生成氢氧化锂（LiOH）和氢气（2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂↑），反应速率低于钠、钾（因 LiOH 溶解度较小，覆盖在金属表面阻碍反应），但仍放出大量热，需注意防护；与稀盐酸、稀硫酸等非氧化性酸反应极为剧烈，迅速释放氢气并生成锂盐（如 LiCl、Li₂SO₄），反应过程中可能因放热过快导致液体飞溅；

与醇、氨反应：与乙醇、甲醇等醇类反应，生成醇锂（如乙醇锂 LiOC₂H₅）和氢气，是有机合成中的重要反应；与液氨反应生成蓝色的氨合电子溶液（Li + nNH₃ = Li⁺ + e⁻(NH₃)ₙ），该溶液具有强还原性，可用于有机化合物的还原反应。

三、锂的重要化合物及其特性

1. 氧化物与氢氧化物

氧化锂（Li₂O）：白色粉末状固体，熔点高达 1420℃，沸点 2600℃，化学性质稳定，是典型的碱性氧化物，与水反应缓慢生成 LiOH（Li₂O + H₂O = 2LiOH），可用于制备高温陶瓷、锂盐原料，也可作为航天器的密闭舱内 CO₂吸收剂（2Li₂O + 2CO₂ = 2Li₂CO₃ + O₂）；

氢氧化锂（LiOH）：白色结晶性粉末，熔点 471℃，沸点 925℃（分解），是中强碱，溶解度（20℃时 12.8g/100g 水）远低于 NaOH、KOH，且溶解度随温度升高增长缓慢；易吸收空气中的 CO₂生成 Li₂CO₃，可用于制备锂盐、锂电池电解质、润滑脂添加剂（锂基润滑脂具有耐高温、抗水性能），也是航天器中处理 CO₂的核心材料。

2. 盐类化合物

碳酸锂（Li₂CO₃）：白色粉末，熔点 723℃（分解），难溶于水（20℃时 1.33g/100g 水），溶解度随温度升高略有降低（与多数盐类相反），是锂盐中最重要的化合物之一；化学性质稳定，可用于制备陶瓷、玻璃（降低熔点、改善透明度），是锂电池正极材料（如磷酸铁锂、三元锂）的核心原料，也用于治疗躁狂症等精神疾病；

氯化锂（LiCl）：白色结晶，熔点 605℃，沸点 1382℃，易溶于水（20℃时 83.5g/100g 水），也溶于乙醇、丙酮等有机溶剂（这是锂盐的独特性质，其他碱金属氯化物难溶于有机溶剂）；吸湿性极强，可用于制备干燥剂、空气调节系统的除湿剂，也是制备金属锂的原料（电解熔融 LiCl 与 KCl 的混合物）；

氟化锂（LiF）：白色难溶固体（20℃时溶解度仅 0.27g/100g 水），熔点 845℃，沸点 1676℃，化学性质稳定，具有优良的光学性能（透过率高），可用于制备红外光学材料、激光晶体（如 LiF:Mg,Ti 热释光探测器），也是铝电解工业的助熔剂（降低氧化铝熔点）；

磷酸铁锂（LiFePO₄）：灰色结晶粉末，是目前锂电池领域应用最广泛的正极材料之一，具有高安全性、长循环寿命、低成本等优势，理论容量 175mAh/g，适用于动力电池（新能源汽车）、储能电池等场景。

3. 有机锂化合物

如正丁基锂（n-C₄H₉Li）、苯基锂（C₆H₅Li）等，是有机合成中的重要试剂，具有强亲核性和强还原性，可用于构建碳 - 碳键（如与羰基化合物反应、参与聚合反应），广泛应用于药物、香料、高分子材料的合成。

四、锂的战略应用：支撑新能源与高端制造的核心材料

锂的轻量化、高能量密度、活泼化学特性，使其在新能源、航空航天、电子信息、化工等战略领域具有不可替代的价值，是全球新能源革命的核心支撑材料：

1. 新能源领域（核心应用场景）

锂电池：锂是锂电池的“核心灵魂”，无论是消费电子产品（手机、电脑、平板）的锂离子电池，还是新能源汽车的动力电池、储能电站的大型储能电池，均以锂化合物为核心材料（正极：LiFePO₄、LiCoO₂等；电解液：LiPF₆、LiBF₄等；负极：石墨嵌锂材料）；锂电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优势，是当前最主流的电化学储能技术；

氢能存储：锂铝合金、锂镁合金等可作为氢能存储材料，通过吸附或化学反应储存氢气，具有储氢密度高、安全性好等特点，适用于氢能汽车、燃料电池等领域。

2. 航空航天领域

锂合金（如锂铝合金、锂镁合金）因密度低、比强度高，被用于制造飞机机身、机翼、发动机部件等，可显著降低飞行器重量，提升燃油效率和航程；例如，美国 F-16 战斗机、欧洲空客 A380 客机均采用了锂合金材料；

航天器生命保障系统：LiOH 用于吸收密闭舱内的 CO₂，Li₂O 可作为 CO₂吸收剂并释放氧气，保障航天员的呼吸环境；液锂可作为航天器的冷却剂，利用其优良的导热性带走设备热量。

3. 化工与材料领域

润滑脂工业：锂基润滑脂具有耐高温（-20℃至 160℃）、抗水、抗磨损等特性，广泛应用于汽车、机械、船舶等设备的润滑；

玻璃与陶瓷：碳酸锂、氧化锂用于制备特种玻璃（如耐热玻璃、光学玻璃、LCD 基板玻璃），可降低玻璃熔点、改善透明度和机械强度；也用于制备陶瓷釉料，提升陶瓷的光泽度和耐热性；

有机合成：有机锂化合物是药物合成、高分子材料合成的重要试剂，如用于制备抗生素、抗癌药物、橡胶、塑料等。

4. 其他领域

医疗领域：碳酸锂是治疗躁狂抑郁症的经典药物，通过调节大脑神经递质平衡发挥作用；氟化锂用于制备牙科材料（如烤瓷牙填料）；

核工业：锂 - 6（锂的同位素，丰度约 7.5%）是核聚变反应的重要原料，可与氘、氚反应生成氦并释放大量能量（₆Li + ₂H = ₂⁴He + 能量），是未来可控核聚变能源的核心材料之一；

冶金工业：锂可作为脱氧剂、脱硫剂用于钢铁冶炼，提升钢材纯度和性能；也可用于铝、镁等金属的精炼，去除杂质。