리튬[lithium]

[요약] 주기율표 1족 2주기에 속하는 알칼리금속원소로 원소기호 Li, 원자량 6.941g/mol, 녹는점 180.54℃, 끓는점 1347℃, 밀도 0.53 g/cm3 이다. 은백색 연질금속이지만 나트륨보다 단단하며 고체인 홑원소물질 중에서 가장 가볍다.

원소기호 Li, 원자번호 3, 원자량 6.941±2, 지각 중의 존재도 20ppm(31위), 안정핵종 존재비 6Li=7.42%, 7Li=92.58%, 녹는점 179℃, 끓는점 1,317℃, 비중 0.534, 전자배치 [He] 2s1, 주요 산화수=1.
주기율표 1A족에 속하는 알칼리금속원소의 하나. 1817년 스웨덴의 J. 아르페드손이 엽장석(petalite)에서 발견했다. 같은 알칼리금속의 나트륨이나 칼륨이 동식물계에 존재하는 데 반해 이 원소는 광물계에서 발견되었다. 아름다운 붉은색의 불꽃 반응은 1918년 독일의 C. G. 그멜린이 처음 관찰했다. 55년 독일의 R. W. 분젠은 녹은 염화물을 전기분해하여 상당한 양의 홀원소물질을 처음으로 추출하는데 성공했다. 천연에는 암석 속에 미량 존재하지만 널리 분포한다. 자원광물(어느 것이나 함유량 수% 정도)로는 인운모(lepidolite) · 스포듀민 · 엽장석 등 규산염광물, 암블리고나이트와 같은 인산염광물 등이 있다. 생물계에서도 널리 발견되어 담배·커피·미역·우유·혈액 등에도 미량 존재한다. 동위원소에는 핵융합 과정에서 중요한 작용을 하는 것이 많다.

[성질] 은백색의 연한 금속이다. 나트륨보다 단단하고 모스경도 0.6이다. 결정구조는 체심입방격자이고 격자상수 a=3.5017Å(20℃)이다. 기체로는 2원자 분자가 있고, Li-Li원자간 거리는 2.07Å이다. 고체 홑원소물질 중에서 가장 가볍다. 비열은 0.941cal/K·g이며 고체 금속 중에서 최대이다. 비저항은 8.55×106Ωcm(0℃), 선팽창계수 6.0×10-6/K이다. 불꽃반응은 붉은색이며, 스펙트럼선은 6,707.9Å이다. 전기적 양성이 강한 1가의 원소이며, 화학적 성질은 다른 알칼리금속과 유사하지만 마그네슘·칼슘 등 알칼리토금속과 유사한 점도 많다. 예를 들면 플루오린화물·탄산염·인산염은 물에 난용성인데 염은 조해성(潮解性)의 것이 많다. 금속은 건조한 공기 속의 상온에서는 거의 산화되지 않지만 200℃ 이상에서는 연소되어 산화리튬(Li2O)이 된다. 적열(赤熱) 상태에서 수소와 화합하여 수소화리튬(LiH), 질소와 화합하여 질화리튬(Li3N)을 만든다. 할로겐·황과도 직접 화합하며 탄소·규소와도 반응한다. 상온에서 물을 분해하지만 반응은 칼륨·나트륨보다 격렬하지 않다. 강한 산의 수용액과 격렬하게 반응하여 수소를 발생하고 염을 만든다. 진한 황산에는 서서히 녹는다. 메틸알코올·에틸알코올에서는 수소를 발생하며 용해하고, 대응하는 알콕시화물 LiOCH3, LiOC2H6를 만든다. 액체 암모니아에 녹아(-33℃에서 100g에 11.3g), 용매화전자(溶媒和電子)eNH의 광흡수로 청색을 띤다. 석유·파라핀에 녹지 않으므로 공기에 의한 산화를 피해 석유 속에 밀폐시켜 비축한다.

[제법·용도] 공업적으로는 광석을 처리해 얻은 순수한 무수의 염화리튬으로 얻는다. 인운모 등의 광석에 산성황산칼륨을 가해 가열하고 물로 황산리튬을 추출, 알칼리 이외의 금속을 제거해 탄산칼륨을 써서 탄산리튬을 침전시켜 염산에 녹여 염화리튬을 만든다. 이것과 염화칼륨과의 1:1 혼합액을 400~500℃에서 전기분해해 금속리튬을 얻는다. 소비량이 큰 것은 스테아르산리튬이며 자동차 등의 그리스로 이용된다. 탄산리튬은 강화유리 등에, 납·알루미늄·마그네슘 등과의 합금은 베어링·고강도경합금 등으로 쓰인다. 우주캡슐 속에서의 이산화탄소 흡수에 수산화칼륨이, LiH, LiA1H4는 환원제 또는 수소발생용으로 쓰인다. 리튬 그 화합물을 음극으로 하는 리튬전지가 개발되고 있다.

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