出品：科普中國
制作：蘇更林
監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
在現(xiàn)代社會(huì)，鋰電大行其道。從心臟起搏器到智能手機(jī)，從深海潛水器到載人航天器……鋰電池可是出盡了風(fēng)頭！金屬鋰作為鋰電池的核心要素，自然就成為了備受推崇的“動(dòng)力王子”。
說起鋰，科學(xué)家認(rèn)為它是一個(gè)神秘的元素。在自然界，鋰元素也算上是一個(gè)古老的壽星了。包括氫、氦、鋰在內(nèi)的輕元素，是在宇宙誕生之后極短的時(shí)間內(nèi)由原初的核反應(yīng)產(chǎn)生的。經(jīng)過幾十億年的演化，才最終形成了現(xiàn)在的星系和恒星。
漂浮在油中的鋰
?。▓D片來源：https://www.cornishlithium.com/lithium-faq/）
掐指算來，鋰元素已經(jīng)在宇宙中存在了大約137億年的時(shí)間。然而，科學(xué)家一直沒有搞清楚它的起源和生成過程。
從石頭中走出來的鋰
元素鋰能有今天的出頭之日，應(yīng)當(dāng)感謝瑞典的一個(gè)小學(xué)徒。這位小學(xué)徒就是阿爾費(fèi)德森(1792-1841)，他是化學(xué)大師貝齊里烏斯(1779-1848)的得意門生。阿爾費(fèi)德森是鋰元素的發(fā)現(xiàn)者，因此是鋰元素飛黃騰達(dá)的第一個(gè)“貴人”。
1817年的一天，阿爾費(fèi)德森從朋友那里得到了一塊石頭，是來自瑞典的一塊透鋰長石。阿爾費(fèi)德森如獲至寶，并對(duì)透鋰長石進(jìn)行了分析研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，石頭中含有80％的氧化硅和17％的硅土，那么缺失的3％是什么呢？阿爾費(fèi)德森窮追不舍，最終確認(rèn)這是一種尚未被發(fā)現(xiàn)的新元素。
阿爾費(fèi)德森（圖片來源：es.slideshare.net）
阿爾費(fèi)德森把這個(gè)發(fā)現(xiàn)和想法告訴了他的導(dǎo)師，貝齊里烏斯把這一新元素命名為lithium（英文）, 來源于希臘語lithos(意為石頭)。然而，由于阿爾費(fèi)德森并沒有從鋰鹽中分離出金屬鋰來，所以并沒有為鋰元素的應(yīng)用帶來新的突破。
由于鋰具有相當(dāng)高的反應(yīng)性，因此不允許鋰以自由形式存在于自然界。自然界主要的鋰礦物為鋰輝石、鋰云母、透鋰長石和磷鋁石等。按照規(guī)范，鋰(Li)是一種銀白色的金屬元素，與鋰鹽具有不同的含義。鋰鹽為鋰的鹽類化合物，如透鋰長石的主要成分為LiAlSiO；鋰輝石的主要成分為LiAlSi2O3，這些都是天然的鋰鹽。像碳酸鋰、氯化鋰、檸檬酸鋰等，都屬于人造的鋰鹽。純鋰金屬是通過電解由熔融氯化鋰和氯化鉀的混合物生產(chǎn)的。
寶石級(jí)鋰輝石的顏色品種
?。▓D片來源：https://geology.com/minerals/spodumene.shtml）
1855年，德國化學(xué)家本生和英國化學(xué)家馬提生通過電解氯化鋰才獲得了大量的金屬鋰。1923年，德國的一家公司才開始鋰的商業(yè)化生產(chǎn)。
需要說明的是，在一般的大眾化語境中，鋰的含義可能更廣一些，既可以是金屬鋰，也可以是鋰離子，還可以是鋰鹽。
商業(yè)化生產(chǎn)中的大起大落
1.出現(xiàn)之初人氣爆棚
相對(duì)于如今鋰的電池應(yīng)用，人們?cè)诮】岛歪t(yī)學(xué)方面的探索卻經(jīng)歷了更加曲折的歷程。鋰元素曾被當(dāng)作一種靈丹妙藥，被應(yīng)用于飲料和代用食鹽等食品領(lǐng)域。
1929年，美國含有復(fù)合檸檬酸鋰的飲料開始銷售，并在市場(chǎng)上引起了不小的轟動(dòng)。該飲料擊敗了600家柑橘味蘇打水競爭對(duì)手，并在1936年成為了市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。
鋰元素（圖片來源：investorintel.com）
據(jù)美國《赫芬頓財(cái)經(jīng)》報(bào)道，這種含鋰飲料是由“七喜”創(chuàng)辦人查爾斯格里格(Charles Grigg)發(fā)明的。這種含鋰飲料最初的名字為“Bib-Label liated Lemon Soda”，意思是“Bib-Label鋰化檸檬味蘇打水”。上市不久，格里格決定將他的發(fā)明重新命名為“七喜”（7Up）。
7Up飲料廣告（圖片來源：atticpaper.com）
那么發(fā)明者為什么要在飲料中添加檸檬酸鋰呢？在當(dāng)時(shí)，人們對(duì)鋰鹽的療效深信不疑，因此對(duì)富含鋰的天然水十分推崇。此前有人發(fā)現(xiàn)，那些供水中含有天然鋰元素的地區(qū)，抑郁癥和自殺率要比其他地區(qū)低。而檸檬酸鋰是19世紀(jì)末和20世紀(jì)初十分流行的專利藥品之一，主要用于多種心理疾病的治療。格里格別出心裁地把檸檬酸鋰與軟飲料聯(lián)系了起來，并把檸檬酸鋰作為一個(gè)“賣點(diǎn)”。
但7Up中的鋰鹽也許并不是為了預(yù)防和治療抑郁癥。其實(shí)7Up最初的定位據(jù)說是治療宿醉。所謂宿醉，是指人們?cè)陲嬀坪蟪霈F(xiàn)的一系列生理和心理上的不愉快的體驗(yàn)。這是由于人們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)攝入大量酒精或含酒精飲料，而出現(xiàn)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂狀態(tài)。事實(shí)證明，7Up中的檸檬酸鋰為一種情緒穩(wěn)定劑，有利于解除宿醉狀態(tài)。這樣一來，7Up就很快成為了宿醉患者的首選飲料!
2.鋰鹽出現(xiàn)安全問題
自19世紀(jì)鋰鹽首次用于痛風(fēng)和風(fēng)濕病以來，鋰鹽的醫(yī)療用途已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但鋰鹽的安全問題受到了人們的關(guān)注。
20世紀(jì)40年代，鋰鹽在食品中的使用遇到了“紅燈”。此前含鋰礦泉水以及飲料往往只含有微量的鋰，因此高濃度鋰的危險(xiǎn)性沒有被重視。高鹽（氯化鈉）攝入是高血壓的主要原因之一，過量鈉還會(huì)損害人們的腎臟。因此有醫(yī)生為高血壓和腎衰竭病人開具鋰鹽處方，用氯化鋰來取代膳食食鹽。然而用無限量的氯化鋰作為代用食鹽的問題就來了，許多關(guān)于嚴(yán)重鋰副作用以及部分死亡的報(bào)告向人們敲響了警鐘。
這些負(fù)面報(bào)告嚴(yán)重影響了鋰的公眾形象，并使其背上了不好的名聲。1948年，美國食品及藥品監(jiān)督管理局對(duì)鋰鹽療法發(fā)出了禁令，并禁止生產(chǎn)商在啤酒與飲料中加入鋰鹽，這使得“七喜”最終改變了其飲料配方。
從無序到有序——鋰鹽在醫(yī)藥領(lǐng)域的突破
以“石頭”著稱的鋰元素，一直被神秘的面紗籠罩著。盡管鋰鹽應(yīng)用于精神疾病治療走過了一段怪異之路，但是鋰鹽在當(dāng)今的精神藥物中仍然占有一席之地。
凱德博士（圖片來源：https://www.news.com.au/lifestyle/health/mind/finding-sanity-how-an-australian-doctor-discovered-the-first-drug-to-treat-mental-illness/news-story/d94cb7b1425f20953133fc41ed22de31）
之所以說鋰鹽走過了一段怪異之路，是因?yàn)檫@個(gè)故事從一個(gè)錯(cuò)誤的假設(shè)出發(fā)，走過了極其漫長的怪異旅程，最后卻以一種傳奇藥物結(jié)束。
1.鋰鹽療法溶解尿酸？
1859年，英國的一名醫(yī)生加羅德爵士( 1819-1907)曾在痛風(fēng)病人的血液中發(fā)現(xiàn)了尿酸，并錯(cuò)誤地認(rèn)為碳酸鋰可以溶解體內(nèi)的尿酸。他是明確尿酸在情感障礙中作用的第一人，也是建議將鋰作為一種藥物使用的第一人。
加羅德（圖片來源：http://inhn.org/archives/gershon-collection/lithium-discovered-forgotten-and-rediscovered.html）
其實(shí)，尿酸是食物中嘌呤代謝的產(chǎn)物，沉積在關(guān)節(jié)中就會(huì)引起痛風(fēng)癥狀。用鋰鹽溶解痛風(fēng)患者體內(nèi)的尿酸并沒有顯著的效果。也就是說，鋰鹽并不能緩解痛風(fēng)的癥狀，然而它卻讓躁狂痛風(fēng)患者平靜了下來。后來，學(xué)界對(duì)“尿酸素質(zhì)”概念提出了批評(píng)，并把鋰鹽療法視為無稽之談。
2.碳酸鋰治療躁郁癥
在鋰鹽療法銷聲匿跡大約50年之后，凱德的開創(chuàng)性工作奠定了鋰鹽在精神藥物中的地位。凱德( 1912 - 1980年)是一名澳大利亞的一名精神病學(xué)家，將碳酸鋰用于失衡心靈的修復(fù)，從而做出了影響世界精神健康的重要醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)。
碳酸鋰（圖片來源：維基百科）
在二戰(zhàn)期間，凱德博士在日本人建造的樟宜（新加坡）戰(zhàn)俘營里度過了3年多的時(shí)間。他是一個(gè)戰(zhàn)俘，又是一名醫(yī)生。他所經(jīng)歷的精神痛苦，激發(fā)了他對(duì)躁狂和抑郁病人的關(guān)注?；氐桨拇罄麃喼?，凱德經(jīng)過短暫康復(fù)就到一家精神病院任職了。
約翰·凱德（圖片來源：https://www.smh.com.au/entertainment/books/finding-sanity-review-how-john-cade-discovered-the-benefits-of-lithium-20161006-grw5lt.html）
凱德博士在一個(gè)未用的廚房里進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)了鋰鹽可以用于治療躁郁癥。當(dāng)時(shí)，他給豚鼠注射尿液，觀察它們的古怪行為。并發(fā)現(xiàn)一劑碳酸鋰就能讓豚鼠平靜下來，從而進(jìn)入到昏昏欲睡的狀態(tài)。在精神疾病的治療方法中，碳酸鋰是第一種有效的治療藥物。目前藥用制劑主要為碳酸鋰片劑及膠囊，還有枸櫞酸鋰糖漿、醋酸鋰和溴化鋰等。
凱德的簡陋實(shí)驗(yàn)室（圖片來源：https://www.news.com.au/lifestyle/health/mind/finding-sanity-how-an-australian-doctor-discovered-the-first-drug-to-treat-mental-illness/news-story/d94cb7b1425f20953133fc41ed22de31）
盡管凱德的發(fā)現(xiàn)看起來很有希望，但是鋰的副作用還是一個(gè)大問題。經(jīng)過許多科學(xué)家的努力，最終證實(shí)了鋰的治療效果。20世紀(jì)60年代，鋰鹽的使用徹底改變了躁郁癥的治療。1970年，凱德獲得了美國精神病學(xué)獎(jiǎng)，并成為了美國精神病學(xué)協(xié)會(huì)的杰出會(huì)員。
凱德的工作拯救了無數(shù)不安定的靈魂，為世界節(jié)省了至少175億美元的醫(yī)療費(fèi)用（1985年數(shù)字）。1976年，在紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院舉行的國際鋰會(huì)議上，凱德作為特邀嘉賓出席會(huì)議。
從1817年發(fā)現(xiàn)鋰元素，到碳酸鋰走進(jìn)躁郁癥治療。鋰元素的應(yīng)用走過一條曲折的道路，但都沒有顛覆“江湖郎中”的形象。而鋰元素用于治療疾病從無序到有序的演變，則凝聚了幾代科學(xué)人的勇氣和智慧。
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