Lithium

Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.

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Lithium

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Informations générales

Nom, Symbole, Numéro

Lithium, Li, 3

Série chimique

Métal alcalin

Groupe, Période, Bloc

1, 2, s

Masse volumique

0, 534 g·cm^-3 (20 °C) ^[1]

0, 6

Blanc argenté / gris

Propriétés atomiques

6, 941 ± 0, 002 u ^[1]

Rayon atomique (calc)

145 pm (167 pm)

Rayon de covalence

1, 28 ± 0, 07 Å ^[2]

Rayon de Van der Waals

182 pm

Configuration électronique

[He] 2s¹

Électrons par niveau d'énergie

2, 1

État (s) d'oxydation

Oxyde

base forte

Structure cristalline

Propriétés physiques

180, 5 °C ^[1]

1 342 °C ^[1]

3 kJ·mol^-1

Énergie de vaporisation

145, 92 kJ·mol^-1

3 223 °C ^[3]

68, 9 MPa ^[3]

66 cm³·mol^-1 ^[3]

13, 02×10^-6 m³·mol^-1

Pression de vapeur

1, 63×10^-8 Pa
à 180, 54 °C

Vitesse du son

6 000 m·s^-1 à 20 °C

Divers

Électronégativité (Pauling)

0, 98

Chaleur massique

3 582 J·kg^-1·K^-1

Conductivité électrique

10, 8×10⁶ S·m^-1

Conductivité thermique

84, 7 W·m^-1·K^-1

Énergies d'ionisation

1^re : 5, 391719 eV ^[4]

2^e : 75, 6400 eV ^[4]

3^e : 122, 45429 eV ^[4]

Isotopes les plus stables

iso	AN	Période	MD	Ed	PD
				MeV
⁶Li	7, 5 %	stable avec 3 neutrons
⁷Li	92, 5 %	stable avec 4 neutrons
⁸Li	{syn. }	0, 838 s	β-	16	⁸Be

Précautions

SIMDUT^[5]

B6, E,

SGH^[6]

Danger H260, H314, EUH014,

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.

Dans le tableau périodique des éléments, il est localisé dans le groupe 1, parmi les métaux alcalins.

Le lithium pur est un métal mou, de couleur blanc argenté, qui se ternit et s'oxyde particulièrement rapidement au contact de l'air et de l'eau.

C'est l'élément solide le plus léger. Il est essentiellement employé dans les alliages conducteurs de chaleur et dans les accumulateurs électriques.

Histoire

Le lithium (du grec lithos signifiant «pierre») a été découvert par Johan August Arfwedson en 1817.

Arfwedson découvrit un nouveau sel en analysant des minéraux de pétalite, de spodumène et de lépidolite en provenance de l'île de Utö, commune de Haninge en Suède.

En 1818, Christian Gmelin (1792 - 1860) fut le premier à observer que ces sels (de lithium) donnaient une flamme rouge et brillante.

Cependant, les deux hommes cherchèrent à isoler l'élément de son sel mais n'y parvinrent pas. L'élément fut isolé par électrolyse d'un oxyde de lithium par William Thomas Brande et Sir Humphry Davy. On lui donna le nom de lithium pour rappeler qu'il fut découvert dans le règne minéral.

La production commerciale de lithium commença en 1923 par la firme allemande Metallgesellschaft AG qui utilisa l'électrolyse d'un mélange de chlorure de lithium et de chlorure de potassium fondu.

Propriétés

Le lithium est le métal ayant la plus faible masse molaire et la plus faible densité, avec une masse volumique inférieure de moitié à celle de l'eau. Conformément à loi de Dulong et Petit, c'est le solide ayant la plus grande chaleur massique.

Comme les autres métaux alcalins, le lithium réagit aisément au contact de l'eau ou de l'air (cependant moins que le sodium) ; il n'existe pas à l'état natif.

Raies spectrales

Quand il est positionné au-dessus d'une flamme, celle-ci prend une couleur cramoisie mais quand il commence à brûler, la flamme devient d'un blanc particulièrement brillant. En solution, il forme des ions Li⁺.

Utilisation

Le lithium est fréquemment utilisé comme anode de batterie du fait de son grand potentiel électrochimique. Les batteries lithium sont particulièrement utilisées dans le domaine des systèmes embarqués du fait de leur grande densité énergétique autant massique que volumique.

Autres usages :

les sels de lithium, comme le carbonate de lithium, le citrate de lithium ou l'orotate de lithium sont utilisés comme régulateur de l'humeur pour le traitement des troubles bipolaires (anciennement psychose maniaco-dépressive) ^[7] ;
aussi utilisé avec certains antidépresseurs tel la fluoxétine* pour traiter les troubles obsessifs compulsifs ;
le gluconate de lithium est utilisé en dermatologie comme anti-allergénique ;
le lithium est utilisé dans les troubles du sommeil et l'irritabilité en oligothérapie (en l'absence d'activité particulièrement démontrée) ;
le lithium pourrait ralentir la progression de la sclérose latérale amyotrophique (SLA), selon les résultats d'une étude pilote publiés dans Proceedings of the National Academy of Sciences (Pnas).
le chlorure de lithium et le bromure de lithium sont extrêmement hygroscopiques et sont utilisés comme dessiccatifs ;
le lithium est un agent réducteur et/ou complexant utilisé pour la synthèse de composés organiques ;
le lithium est quelquefois utilisé dans les verres et les céramiques à faible expansion thermique, comme par exemple pour le miroir de 200 pouces du télescope Hale du Mont Palomar ^{[réf. nécessaire]} ; d'autre part, il a une faible interaction avec les rayons X, les verres au lithium (méta- et tétraborate de lithium) sont par conséquent utilisé pour dissoudre des oxydes (méthode de la perle fondue) en spectrométrie de fluorescence X ;
l'hydroxyde de lithium est utilisé pour extraire le CO₂ de l'air dans les milieux confinés comme les capsules spatiales et les sous-marins ;
les organolithiens sont utilisés dans la synthèse et la polymérisation des élastomères ;
les alliages haute performance lithium-aluminium, cadmium, cuivre et manganèse servent à la fabrication de pièces pour aéronefs ;
les sels de lithium sont utilisés pour le transfert de chaleur par convection ;
pour la production de tritium par réaction nucléaire ; le tritium est utilisé pour la fusion nucléaire ;
le lithium est , avec le potassium, un de deux alcalins possédant un isotope fermionique stable, d'où son intérêt pour l'étude des gaz ultrafroids fermioniques dégénérés.

Le lithium 6 est une matière nucléaire dont la détention est réglementée (Article R1333-1 du code de la défense).

Article détaillé : Contrôle des matières nucléaires.

Gisements

Échantillons de lithium métallique

Le lithium n'est pas rare en soi, il est même particulièrement abondant et beaucoup distribué dans la nature (c'est le 33^e élément le plus abondant sur Terre^[8]). Cependant, on ne le trouve pas sous sa forme métallique à cause de sa grande réactivité, et il n'existe, en concentration donnant la possibilité d'une exploitation économique rentable qu'en particulièrement peu de lieux sur Terre. On le trouve essentiellement comme impureté dans les sels d'autres métaux alcalins, sous forme essentiellement de :

chlorures (LiCl), principalement dans les saumures de certains vieux lacs salés continentaux et mélangé à d'autres sels de métaux alcalins ;
silicates, dont spodumène, LiAl (Si2O6) ) ou petalite (Li (AlSi4O10) ) dans la pegmatite ;
l'hectorite, une sorte d'argile de formule Na0, 4Mg2, 7Li0, 3Si4O10 (OH) 2, issue de l'altération de certaines roches volcaniques ;
jadarite, Li Na Si B3 O7 (OH) qui est un borate.

L'USGS évaluait en 2009 les ressources mondiales exploitables à 11 millions de tonnes (USGS) ^[9].

Le plus grand gisement au monde est le Salar de Uyuni, dans le département de Potosí, au sud-ouest de la Bolivie. Ce gisement représente un tiers des ressources mondiales et intéresse énormément le groupe Bolloré. ^[10] Le Chili possède le deuxième plus grand gisement avec le salar d'Atacama.

D'autres gisements sont exploités surtout des lacs salés au Tibet mais aussi des mines en Australie, en Russie ainsi qu'aux États-Unis. Le Chili est devenu le premier exportateur mondial depuis 1997, la compagnie allemande Chemettall en étant l'opérateur principal^[10]. En mars 2008, la Bolivie a autorisé l'exploitation du lithium sur le lac salé fossile d'Uyuni et la création d'une usine d'extraction^[10].

Les eaux géothermiques de Salton Sea (Californie) sont aussi riches en lithium que les lacs salés boliviens et chiliens. Un procédé original et récent a permis d'en extraire du lithium pur. Le premier prototype de démonstration espère produire à peu près 1 tonne de métal de lithium par mois ^[11] ^[12]; Un gisement a été découvert en 2010 dans les environs de la Baie James au Canada.

De particulièrement importantes réserves en Afghanistan ont été récemment (juin 2010) évoquées dans la presse ^[13] ^[14].

Économie

Les principaux producteurs sont le Chili, avec le Salar d'Atacama (39, 3 % de la production mondiale), la Chine (13, 3 %) et l'Argentine (9, 8 %), selon les statistiques du Meridian International Research. ^[15]

La production annuelle est estimée en 2007 à 25000 tonnes selon le service de géologie des États-Unis (USGS) ^[10]^,^[16].

La demande ayant explosé, surtout pour la production de batteries en lithium-ion pour le marché de l'informatique et de la téléphonie, le prix du lithium est passé d'environ 310 €/tonne à 2 000 €/tonne (350 /tonne à près de 3 000 /tonne) entre 2003 et 2008. ^[10]

Les réserves mondiales de lithium étaient estimés par l'USGS à plus de 11 millions de tonnes^[17]. Ces chiffres sont contestés par le cabinet Meridian International Research, qui pense que les réserves actuelles pourraient ne pas suffire pour une utilisation massive dans les batteries lithium-ion^[18].

Environnement

Le lithium métallique réagit avec l'azote, l'oxygène et la vapeur d'eau dans l'air. Donc, la surface de lithium devient un mélange d'hydroxyde de lithium (LiOH), de carbonate de lithium (Li₂CO₃) et de nitrure de lithium (Li₃N). L'hydroxyde de lithium présente un risque significatif car il est extrêmement corrosif. Une attention spéciale devrait être portée aux organismes aquatiques.

Références

(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90^e éd. , Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
(en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, «Covalent radii revisited», dans Dalton Transactions, 2008, p. 2832 - 2838 [ lien DOI ]
«Lithium, elemental» dans la base de données Hazardous Substances Data Bank, consulté le 1 mai 2010
(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC, 2006, 87^e éd. (ISBN 0849304873) , p. 10-202
«Lithium» dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
Numéro index 003-001-00-4 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
Dr Elie Hantouche (psychiatre) et Régis Blain, La Cyclothymie, pour le pire et le meilleur, éditions Robert Lafont, 254 pages. Dr Christian Gay (psychiatre), Vivre avec un maniaco-dépressif, Hachette Littératures, 211 pages.
http ://www. enerzine. com/14/4503+le-lithium-du-tibet+. html
http ://minerals. usgs. gov/minerals/pubs/commodity/lithium/mcs-2008-lithi. pdf Chiffres de la production de lithium à l'échelle mondial, USGS, 7 janvier 2009
http ://www. lemonde. fr/planete/article/2008/10/07/les-ressources-limitees-de-lithium-pourraient-freiner-l-essor-des-voitures-electriques_1103972_3244. html Les ressources limitées de lithium pourraient freiner l'essor des voitures électriques, Le Monde, 7 octobre 2008
http ://www. enerzine. com/4/8869+les-centrales-geothermiques-fourniront-aussi-du-lithium+. html
http ://www. physorg. com/news179999592. html
http ://www. nytimes. com/2010/06/14/world/asia/14minerals. html U. S. Identifies Vast Mineral Riches in Afghanistan
http ://www. alterinfo. net/L-Afghanistan-est-riche-en-matieres-premieres-et-en-mineraux-Qui-va-les-exploiter_a43028. html L'Afghanistan est riche en matières premières et en minéraux - Qui va les exploiter?
http ://www. lefigaro. fr/international/2009/09/08/01003-20090908ARTFIG00367-la-bolivie-futur-moyen-orient-du-lithium-. php
http ://minerals. usgs. gov/minerals/pubs/commodity/lithium/mcs-2008-lithi. pdf Chiffres de la production de lithium à l'échelle mondial, USGS, 7 janvier 2009
Données sur le lithium, source USGS
The trouble with lithium, étude du cabinet Meridain International Resarch]

Voir aussi

Bibliographie

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Liens externes

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Notes et références

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