リチウム
天然に存在するリチウムはLiおよびLiの2つの安定同位体からなっており、その天然存在比はLiが92.5 %と大半を占めている。この2つの天然同位体はどちらも、リチウムよりも軽い元素であるヘリウムおよび重い元素であるベリリウムに比べて核子に対する原子核の結合エネルギー(英語版)が極端に低く、これはつまり安定な軽元素の中でもリチウムは極めて核分裂反応を起こしやすいということを意味している。これら2つのリチウム天然同位体は、重水素およびヘリウム3以外のどんな安定核種よりも核子あたりの結合エネルギーが低い。そのため非常に軽い元素であるにもかかわらず太陽系における原子番号32番までの元素のうちでリチウム元素が占める存在量の順位は25位であってあまり多くない。
リチウムには8つの放射性同位体の存在が明らかにされており、比較的半減期の長いものとして半減期838 msのLiおよび半減期178 msのLiがある。他の全ての放射性同位体は半減期8.6 ms以下である。もっとも半減期の短いものはLiであり、それは陽子放出によって崩壊し、その半減期は7.
発見者が所属していた研究室の主催者イェンス・ベルセリウスが名付けた。λιθoς(lithos)は、ギリシャ語で「石」を意味する。これは、リチウムが鉱石から発見されたことにちなむ。
塩化リチウムおよび臭化リチウムは吸湿性を有しているため、ガスの除湿剤として用いられる。水酸化リチウムおよび過酸化リチウムは、宇宙船や潜水艦などの閉鎖空間において、二酸化炭素を除去して空気を浄化するための用途として最も多く用いられる塩である。水酸化リチウムを含むアルカリ金属の水酸化物は、いずれも空気中の二酸化炭素を吸収して炭酸塩を形成するが、水酸化リチウムはリチウムの原子量の小ささに起因して重量あたりの二酸化炭素吸収量がアルカリ金属の水酸化物の中で最も大きいため、好んで利用される。過酸化リチウムは二酸化炭素を吸収して炭酸リチウムを形成する反応とともに酸素の放出が伴う。
2 Li 2 O 2 + 2 CO 2 ⟶ 2 Li 2 CO 3 + O 2 {\displaystyle {\ce {2Li2O2 + 2CO2 -> 2Li2CO3 + O2}}}
Liはトリチウムを製造するための原料や、核融合における中性子吸収材として用いられる。天然のリチウムはおよそ7.5 %のLiを含んでおり、核兵器で利用するため同位体分離(英語版)によって大量に生産されていた。Liも原子炉の冷却材として関心を集めている。
重水素化リチウムは初期の水素爆弾における最適な原子核融合燃料として利用された。水素爆弾が初めに実験された当時はその反応機構は完全には理解されていなかったが、LiおよびLiが中性子の衝突によってトリチウムを生成する反応がブラボー実験において核暴走を生み出した要因となった。トリチウムは比較的容易に重水素と核融合反応を起こし、その詳細は秘匿されたままであるが、Liを用いた重水素化リチウムは最新の核兵器においてもいまだに核融合材料としての役割を果たしているようである。
Liを高濃度に濃縮させたフッ化リチウムとフッ化ベリリウムを混合させたフリーベは溶融塩原子炉における溶融塩として用いられる。フッ化リチウムはリチウムの化合物の中でも安定であり、フリーベは低融点な塩である。
リチウムは陶器やガラスの添加剤、光学ガラス、電池(一次電池および二次電池)、耐熱グリースや連続鋳造のフラックスとして利用される。2011年時点で最大の用途は陶器やガラス用途であるが、二次電池用途での需要が将来的に増加していくものと予測されている。リチウムの同位体は水素爆弾や核融合炉などにおいて核融合燃料であるトリチウムを生成するために利用されている。
2011年におけるリチウムの用途は陶器やガラスなどの窯業用途が最も多く、リチウムの全消費量の29 %を占めている。リチウムイオン二次電池などのバッテリー用途でのリチウムの消費量は全体の27 %であり、携帯用電子機器や自動車用バッテリーなどの需要拡大にともない、この用途での消費量は増加傾向にある。窯業、バッテリー用に続く用途として、自動車などに使われる耐熱・耐圧グリース用途、鋼を連続鋳造する際の融剤としての用途、空調用途、合成ゴムの重合触媒などの用途が挙げられる。
リチウム鉱石はアルミナ、シリカとの化合物で、すりつぶして窯業材料に用いられる。塩湖かん水から分離された水酸化リチウムは電池に用いられる。