リチウム(Lithium)は、化学的にも物理的にもユニークな特性を持つ元素であり、現代社会での技術革新において欠かせない存在である。その原子質量である「6.941 amu」は、この元素の特性を理解するうえで重要なポイントとなる。
本記事では、リチウムの原子質量や物理的特性、歴史、応用分野について掘り下げ、さらにリチウムが科学や産業にもたらす影響を考察する。
リチウムの基礎情報と原子質量
リチウムの原子番号は3であり、陽子が3個、中性子が4個から成り立つ(自然界では中性子が3個のみの同位体も存在する)。その結果、リチウムの原子質量は6.941 amu(原子質量単位)となる。この数値は、リチウムが非常に軽い金属であることを示し、全ての金属元素の中で最も軽量である。
また、リチウムにはいくつかの同位体が存在し、天然に存在するリチウム全体の約7.5%を占めるリチウム-6と、約92.5%を占めるリチウム-7が主である。これらの同位体比がリチウムの原子質量に影響を与え、その平均値として6.941が算出されている。
リチウムの物理的・化学的特性
密度と反応性
リチウムは非常に軽い金属で、密度は水の約半分程度しかない。銀白色の光沢を持つが、自然界では非常に反応性が高いため、単体で存在することは稀である。特に水や空気と激しく反応し、水素を発生させる反応が知られている。
この反応性のため、リチウムは保存時に酸化を防ぐための特別な環境を必要とする。
リチウムの発見と名称の由来
リチウムは1817年、スウェーデンの化学者ヨアン・アウグスト・アルフェドソンによって発見された。彼は、スウェーデン南部の鉱石ペタライト(Petalite)を分析する過程でリチウムを見出した。ペタライトはギリシャ語で「石」を意味する「lithos」に由来しており、この発見がリチウムの名称の基となった。
リチウムの応用分野:現代社会での重要性
リチウムイオン電池
リチウムの最も広く知られた用途の一つがリチウムイオン電池である。この電池は、エネルギー密度が高く、同サイズのニッケルカドミウム電池の約4倍のエネルギーを蓄えることができる。そのため、スマートフォン、ノートパソコン、電気自動車(EV)などにおいて不可欠な技術である。
また、リチウムイオン電池は温度変化や長期保管にも強い耐性を持ち、持続可能なエネルギー技術としての地位を確立している。
医療用途
リチウム化合物は、双極性障害の治療においても使用される。リチウム塩は気分安定剤として精神医療に広く利用されており、その効果は多くの臨床研究で証明されている。
練習問題
問題1
リチウムの原子番号は何か。また、リチウムの同位体の割合について説明せよ。
解答
リチウムの原子番号は3である。同位体にはリチウム-6(約7.5%)とリチウム-7(約92.5%)が存在する。
問題2
リチウムが水と反応する際に発生する気体は何か。
解答
リチウムが水と反応すると、水素(H₂)が発生する。
問題3
リチウムイオン電池のエネルギー密度が高いことがもたらす利点を挙げよ。
解答
エネルギー密度が高いため、リチウムイオン電池はスマートフォンや電気自動車などで小型化が可能となり、長時間の使用が実現できる。
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