鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2018年09月19日
鋰的發(fā)現(xiàn),與天體物理的不解之緣
鋰——可緩解你情緒的最輕已知金屬。原子序數(shù)為3的鋰是擁有許多用途的元素,如飛機制造和電池。它的獨特之處是用于心理調(diào)節(jié):碳酸鋰的使用,是雙相情感障礙的常見治療方法,有助于穩(wěn)定由疾病引起的情緒波動。
鋰的發(fā)現(xiàn)是一個離奇的故事。據(jù)皇家化學(xué)學(xué)會(RSC)稱,一位巴西博物學(xué)家兼政治家JozéBonifáciodeAndraldaeSilva于1790年代在瑞典島上發(fā)現(xiàn)了礦物瓣狀石(LiAISi4O10)。礦物質(zhì)是白色到灰色的,但是當(dāng)它被投入火中時,會發(fā)出明亮的深紅色。
1817年,瑞典化學(xué)家約翰·奧古斯特·阿爾弗弗森發(fā)現(xiàn),花崗巖含有一種未知的元素。他無法完全分離金屬,但確實分離出了一種鹽。鋰的名稱來自“l(fā)ithos”,希臘語中的“石頭”。
直到1855年才有人將鋰分離出來:英國化學(xué)家奧古斯都·馬蒂森(AugustusMatthiessen)和德國化學(xué)家羅伯特·本森(RobertBunsen)通過氯化鋰運行電流以分離元素。
鋰的特性
據(jù)杰斐遜國家直線加速器實驗室稱,鋰的特性是:
原子序數(shù)(原子核中的質(zhì)子數(shù)):3
原子符號(在元素周期表上):鋰
原子量(原子的平均質(zhì)量):6.941
密度:0.534克/立方厘米
室溫下的相:固體
熔點:356.9華氏度(180.5攝氏度)
沸點:華氏2448度(1342攝氏度)
同位素數(shù)(具有不同中子數(shù)的相同元素的原子):10;2穩(wěn)定
最常見的同位素:Li-7(天然豐度92.41%),Li-6(天然豐度7.59%)
關(guān)于鋰的大腦
鋰在許多方面都體現(xiàn)出它的獨特。它輕盈柔軟-如此柔軟,以至于可以用菜刀切割;密度低,漂浮在水面上。它在很寬的溫度范圍內(nèi)都是固體,具有的最低熔點和高沸點的金屬之一。
與堿金屬鈉一樣,鋰與水反應(yīng),現(xiàn)象鮮明。Li和H2O的組合形成氫氧化鋰和氫,其通常破裂成紅色火焰。
根據(jù)杰斐遜實驗室的說法,鋰僅占地球地殼的0.0007%,而且它都是以與礦物質(zhì)和鹽鎖住的形式被發(fā)現(xiàn)的。這些鹽具有改變大腦的能力:據(jù)國家心理健康研究所稱,鋰鹽是食品和藥物管理局批準(zhǔn)用于治療躁狂癥和抑郁癥的第一批藥物。
如今,碳酸鋰是最常作為藥物銷售的化合物。奇怪的是,沒有人確切知道鋰如何穩(wěn)定情緒。研究表明其對神經(jīng)系統(tǒng)具有多重影響。例如,2008年,研究人員在Cell雜志上報道,鋰會中斷神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺受體的活性。根據(jù)2011年生物精神病學(xué)雜志的一項研究,這似乎也增加了腦容量(盡管這項研究受到激烈爭論)。
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鋰離子電池是筆記本電腦、手機和其他數(shù)字設(shè)備輕便可充電電源的常用電池。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù),僅在2014年,阿根廷和智利的鋰產(chǎn)量就增加了15%,以滿足不斷增長的需求。在全球范圍內(nèi),當(dāng)年的產(chǎn)量增長了6%。
據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局稱,美國在內(nèi)華達州有一座鋰礦。智利和澳大利亞生產(chǎn)的鋰是世界上最多的鋰。
根據(jù)2009年一項研究強調(diào)鋰在大腦中的作用,飲用水中天然存在的鋰與較低的自殺水平相關(guān)。但是精神科醫(yī)生在高劑量處方鋰時要小心,因為它可以通過胎盤并可能會對發(fā)育中的胎兒產(chǎn)生未知的影響。
據(jù)物理學(xué)家稱,鋰是大爆炸中大量生產(chǎn)的三種元素之一,另外兩種是氫和氦。
目前的研究
天體物理學(xué)家對鋰有個疑問。大爆炸中應(yīng)該產(chǎn)生的鋰量大約是最古老恒星實際發(fā)現(xiàn)的三倍。
國家科學(xué)研究中心(CNRS)和法國薩沃伊勃朗峰大學(xué)的宇宙學(xué)家PasqualeSerpico說,這一發(fā)現(xiàn)最早是在20世紀80年代發(fā)現(xiàn)的。Serpico說,它在大爆炸數(shù)據(jù)和衛(wèi)星觀察告訴研究人員關(guān)于鋰的產(chǎn)生數(shù)量之間產(chǎn)生了差距。
“社區(qū)開始尋找可能存在漏洞或被忽視的影響,這可能會調(diào)和這種緊張關(guān)系,”Serpico告訴LiveScience。
這是一個仍在繼續(xù)的搜索。Serpico說,有兩個基本的可能性:一個是科學(xué)家們遺漏了一些可以解釋缺少鋰的原始宇宙條件。這是一個很難找到證據(jù)的解釋。地下核天體物理實驗室(LUNA)的一位意大利研究人員最近嘗試重建大爆炸的條件,發(fā)現(xiàn)氦和氫的產(chǎn)生量與宇宙中的觀測值相匹配,而鋰則固執(zhí)地停留在過高。對于宇宙如何形成,鋰仍然是一個異常的功能性解釋。
Serpico說,另一種可能性是,對于今天宇宙中缺失的鋰有一種“新物質(zhì)說”的解釋。換句話說,鋰是在宇宙大爆炸中以預(yù)期的數(shù)量產(chǎn)生的,但是一些神秘和未知的東西已經(jīng)比預(yù)期更快地摧毀了它。
“我們剛剛發(fā)現(xiàn),人們在標(biāo)準(zhǔn)物理學(xué)漏洞中對標(biāo)準(zhǔn)物理現(xiàn)象的描述可能會使新的物理解釋變得更具挑戰(zhàn)性,”Serpico說。
研究人員關(guān)注的是宇宙早期常見的現(xiàn)象,當(dāng)時太空被高能光子(光粒子)環(huán)繞。在這些條件下,基本粒子、原子的構(gòu)建塊誕生了。最近,在2015年3月發(fā)表在“物理評論快報”雜志上的一項研究中,塞爾皮科和他的同事發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象中一個被忽視的熱點。在一定的能量水平下,將新的高能光子注入混合物中可有效地破壞鈹-7(鋰-7的前體),而不會影響其他的核。其他原子核保持在衛(wèi)星觀測中看到的相同水平。如此看來,大爆炸反應(yīng)產(chǎn)生的鋰離子低于預(yù)期在可能性才開始說得通。
“現(xiàn)在我們的問題是,這只是一種好奇心,還是一種可行的機制?”塞爾皮科說。
這個問題可以通過美國宇航局的PIXIE任務(wù)來探討,該任務(wù)的目的是繪制宇宙微波背景的能量譜——大爆炸留下的熱量。該任務(wù)具有前所未有的精確度。他說,根據(jù)具體的模型,人們也希望像歐洲粒子物理實驗室(CERN)的大型強子對撞機或擬議的隱藏粒子搜索(SHiP)項目等粒子對撞機可以提供間接提示。
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