出品：科普中國
製作：蘇更林
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
在現代社會，鋰電大行其道。從心臟起搏器到智能手機，從深海潛水器到載人航天器……鋰電池可是出盡了風頭！金屬鋰作為鋰電池的核心要素，自然就成為了備受推崇的"動力王子"。
說起鋰，科學家認為它是一個神秘的元素。在自然界，鋰元素也算上是一個古老的壽星了。包括氫、氦、鋰在內的輕元素，是在宇宙誕生之後極短的時間內由原初的核反應產生的。經過幾十億年的演化，才最終形成了現在的星系和恆星。
△漂浮在油中的鋰（圖片來源：https://www.cornishlithium.com/lithium-faq/）
掐指算來，鋰元素已經在宇宙中存在了大約137億年的時間。然而，科學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，應當感謝瑞典的一個小學徒。這位小學徒就是阿爾費德森(1792-1841)，他是化學大師貝齊裡烏斯(1779-1848)的得意門生。阿爾費德森是鋰元素的發現者，因此是鋰元素飛黃騰達的第一個"貴人"。
1817年的一天，阿爾費德森從朋友那裡得到了一塊石頭，是來自瑞典的一塊透鋰長石。阿爾費德森如獲至寶，並對透鋰長石進行了分析研究。結果發現，石頭中含有80％的氧化硅和17％的硅土 ，那麼缺失的3％是什麼呢？阿爾費德森窮追不捨，最終確認這是一種尚未被發現的新元素。
阿爾費德森（圖片來源：es.slideshare.net）
阿爾費德森把這個發現和想法告訴了他的導師，貝齊裡烏斯把這一新元素命名為lithium（英文）, 來源於希臘語lithos(意為石頭)。然而，由於阿爾費德森並沒有從鋰鹽中分離出金屬鋰來，所以並沒有為鋰元素的應用帶來新的突破。
由於鋰具有相當高的反應性，因此不允許鋰以自由形式存在於自然界。自然界主要的鋰礦物為鋰輝石、鋰雲母、透鋰長石和磷鋁石等。按照規範，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LiAlSi₄O₁₀；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，都屬於人造的鋰鹽。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的。
△寶石級鋰輝石的顏色品種（圖片來源：https://geology.com/minerals/spodumene.shtml）
1855年，德國化學家本生和英國化學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化生產。
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。
商業化生產中的大起大落
1.出現之初人氣爆棚
相對於如今鋰的電池應用，人們在健康和醫學方面的探索卻經歷了更加曲折的歷程。鋰元素曾被當作一種靈丹妙藥，被應用於飲料和代用食鹽等食品領域。
1929年，美國含有複合檸檬酸鋰的飲料開始銷售，並在市場上引起了不小的轟動。該飲料擊敗了600家柑橘味蘇打水競爭對手，並在1936年成為了市場的領導者。
鋰元素（圖片來源：investorintel.com）
據美國《赫芬頓財經》報道，這種含鋰飲料是由"七喜"創辦人查爾斯•格里格(Charles Grigg)發明的。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明重新命名為"七喜"（7Up）。
7Up飲料廣告（圖片來源：atticpaper.com）
那麼發明者為什麼要在飲料中添加檸檬酸鋰呢？在當時，人們對鋰鹽的療效深信不疑，因此對富含鋰的天然水十分推崇。此前有人發現，那些供水中含有天然鋰元素的地區，抑鬱症和自殺率要比其他地區低。而檸檬酸鋰是19世紀末和20世紀初十分流行的專利藥品之一，主要用於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繫了起來，並把檸檬酸鋰作為一個"賣點"。
但7Up中的鋰鹽也許並不是為了預防和治療抑鬱症。其實7Up最初的定位據說是治療宿醉。所謂宿醉，是指人們在飲酒後出現的一系列生理和心理上的不愉快的體驗。這是由於人們在短時間內攝入大量酒精或含酒精飲料，而出現的中樞神經系統功能紊亂狀態。事實證明，7Up中的檸檬酸鋰為一種情緒穩定劑，有利於解除宿醉狀態。這樣一來，7Up就很快成為了宿醉患者的首選飲料!
2.鋰鹽出現安全問題
自19世紀鋰鹽首次用於痛風和風溼病以來，鋰鹽的醫療用途已經有了很大的發展，但鋰鹽的安全問題受到了人們的關注。
20世紀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，過量鈉還會損害人們的腎臟。因此有醫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，許多關於嚴重鋰副作用以及部分死亡的報告向人們敲響了警鐘。
這些負面報告嚴重影響了鋰的公眾形象，並使其背上了不好的名聲。1948年，美國食品及藥品監督管理局對鋰鹽療法發出了禁令，並禁止生產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——鋰鹽在醫藥領域的突破
以"石頭"著稱的鋰元素，一直被神秘的面紗籠罩著。儘管鋰鹽應用於精神疾病治療走過了一段怪異之路，但是鋰鹽在當今的精神藥物中仍然佔有一席之地。
△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，是因為這個故事從一個錯誤的假設出發，走過了極其漫長的怪異旅程，最後卻以一種傳奇藥物結束。
1.鋰鹽療法溶解尿酸？
1859年，英國的一名醫生加羅德爵士( 1819-1907)曾在痛風病人的血液中發現了尿酸，並錯誤地認為碳酸鋰可以溶解體內的尿酸。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，尿酸是食物中嘌呤代謝的產物，沉積在關節中就會引起痛風症狀。用鋰鹽溶解痛風患者體內的尿酸並沒有顯著的效果。也就是說，鋰鹽並不能緩解痛風的症狀，然而它卻讓躁狂痛風患者平靜了下來。後來，學界對"尿酸素質"概念提出了批評，並把鋰鹽療法視為無稽之談。
在鋰鹽療法銷聲匿跡大約50年之後，凱德的開創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家，將碳酸鋰用於失衡心靈的修復，從而做出了影響世界精神健康的重要醫學發現。
在二戰期間，凱德博士在日本人建造的樟宜（新加坡）戰俘營裡度過了3年多的時間。他是一個戰俘，又是一名醫生。他所經歷的精神痛苦，激發了他對躁狂和抑鬱病人的關注。回到澳大利亞之後，凱德經過短暫康復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）
凱德博士在一個未用的廚房裡進行相關的實驗，並發現了鋰鹽可以用於治療躁鬱症。當時，他給豚鼠注射尿液，觀察它們的古怪行為。並發現一劑碳酸鋰就能讓豚鼠平靜下來，從而進入到昏昏欲睡的狀態。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。目前藥用製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。
△凱德的簡陋實驗室（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）
儘管凱德的發現看起來很有希望，但是鋰的副作用還是一個大問題。經過許多科學家的努力，最終證實了鋰的治療效果。20世紀60年代，鋰鹽的使用徹底改變了躁鬱症的治療。1970年，凱德獲得了美國精神病學獎，併成為了美國精神病學協會的傑出會員。
凱德的工作拯救了無數不安定的靈魂，為世界節省了至少175億美元的醫療費用（1985年數字）。1976年，在紐約大學醫學院舉行的國際鋰會議上，凱德作為特邀嘉賓出席會議。
從1817年發現鋰元素，到碳酸鋰走進躁鬱症治療。鋰元素的應用走過一條曲折的道路，但都沒有顛覆"江湖郎中"的形象。而鋰元素用於治療疾病從無序到有序的演變，則凝聚了幾代科學人的勇氣和智慧。
參考文獻：
[1] 徐德海，李紹山等.《化學元素知識簡明手冊》，化學工業出版社，2011年版。
[2]（美）邁耶斯著，周子平譯.《現代醫學的偶然發現》，北京：生活▪讀書▪新知三聯書店，2011年版。
[3]https://io9.gizmodo.com/gout-urine-and-guinea-pigs-the-weird-history-of-lith-1701342184
[4]http://adb.anu.edu.au/biography/cade-john-frederick-joseph-9657
[5]https://www.thevintagenews.com/2017/01/16/when-7-up-was-created-in-1929-it-contained-lithium-a-mood-stabilizing-drug/
[6]https://www.huffingtonpost.com/2014/09/17/7up-history_n_5836322.html
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