Réforme du lycée et du baccalauréat 2021

Toutes les publications de l'UdPPC sur ce thème : communiqués de presse, compte-rendus d'entrevues, analyses, infographies...

La réforme du Bac 2021 et du lycée ne doit pas sacrifier les sciences ! Lisez et signez la pétition !

Lithium : présentation

Elément Lithium

K (Z=3)

Des batteries au lithium pour la voiture du futur ?  

 

Structure électronique, configuration de l’état fondamental

La configuration électronique de l’état fondamental est (1s2)(2s1).

Place dans la classification périodique

Le lithium appartient au bloc des éléments s, colonne 1 et à la deuxième période.

 Abondance dans la nature

Le lithium n’existe pas à l’état natif en raison de sa grande réactivité, mais ce n’est pas un métal particulièrement rare : il est environ le 30e parmi les plus abondants de la croûte terrestre de l’ordre de 65 p.p.m. Bien que de faible numéro atomique (Z=3), il n’est pas très abondant dans le système solaire contrairement à l’hydrogène et à l’hélium.

Une partie des réserves se situe dans les océans où il est très dilué (0,17 gr/m3) (comparé au sodium 30kg/m3) donc difficile à extraire simplement.

Principaux degrés d’oxydation

Le lithium présente un degré d’oxydation +I.

Principaux composés et potentialités diverses

Le stéarate de lithium est utilisé dans la graisse au lithium, très employée en mécanique automobile et mécanique générale.

Le lithium (carbonate de lithium) est réputé agir sur la régulation de l’humeur de certains individus. Ses effets avérés sur les maladies maniaco-dépressives sont étudiés et notamment son action sur une enzyme du cerveau, l’inositol monophosphatase. [L'inositol est un messager cellulaire qui affecte la réaction des cellules nerveuses].

Le lithium est le plus léger des métaux alcalin (deux fois moins dense que l’eau !).

Le lithium est commercialisé sous forme de carbonate ou de minerai enrichi. Le plus courant des minerais est le spodumène (LiAl(SiO4)2). Cependant le lithium est principalement issu des saumures disponibles dans les grands déserts de sel notamment en Amérique du Sud (Chili, Argentine et surtout Bolivie). Cette dernière avec 4,5 millions de tonnes de réserves posséderait près de 40 % des réserves mondiales qui sont estimées à environ 11 Mt. La production actuelle est de l’ordre de 30 à 35 000 t/an.

Le lithium est employé dans certaines compositions verrières à la place du sodium pour des verres à faible coefficient d’expansion. Il entre également dans la composition de céramiques où le spodumène ou le pétalite, tous deux des silicoaluminates de lithium, sont directement employés.

Une autre utilisation concerne les alliages haute performance pour l’aéronautique où les bases Al/Li sont couramment employées.

Le noyau des isotopes stables du lithium possède des énergies de liaison par nucléon très faibles, il est utilisé dans les réactions de fission ou de fusion nucléaire.

La transmutation d’atomes de lithium en tritium a été une des premières réactions de fusion décrite et le deutérure de lithium est le combustible de la bombe H.

Le Bombardier Aéronautique possède un fuselage en alliage d'aluminium et de lithium.

Toutefois, l’utilisation qui progresse constamment, est celle qui est liée à sa légèreté et à son potentiel standard d’oxydoréduction élevé (E°Li+/ Li = -3,03V), qui en font un élément de prédilection pour les systèmes de stockage électrochimique dans les batteries.

Le lithium se rencontre dans les téléphones mobiles, dans les ordinateurs portables et il est appelé à remplacer les batteries nickel/hydrure dans les véhicules électriques.

Deux technologies sont en présence et font l’objet d’actives recherches : les batteries lithium-ion où le lithium s’échange à l’électrode en oxyde mixte ou en phosphate mixte avec un électrolyte liquide et les batteries lithium-ion-polymère (LMP) où l’une des électrodes est le lithium métal et l’électrolyte un gel polymère.

Le souhait de voir se développer les projets de développement de la voiture électrique en Chine, en Europe, aux États-Unis dopent le marché du lithium : la tonne de carbonate de lithium est passée de 350$ en 2003 à 6 000$ en 2010. Cela entraîne les compagnies et les États à courtiser la Bolivie où le Chili dont les salars de l’altiplano sont riches en sels de lithium. La Bolivie se déclare prête à fournir 20 000 t/an dès 2012, le lithium étant devenu « l’or gris du futur ». Mais les réserves sont limitées.

 En conclusion, malgré la réactivité du métal, le lithium est largement utilisé comme cation dans les produits de consommation courante. Des piles au lithium équipent d’innombrables matériels électroniques, du stimulateur cardiaque aux voitures en passant par l’ordinateur portable. Les piles lithium-ion ont une étonnante puissance pour fort peu de poids, particulièrement en raison de la faible densité de cet élément.

 

 

Le lithium : un cas particulier des alcalins

La chimie du lithium est essentiellement proche de celle des éléments de la première colonne. Le lithium ressemble aussi à des éléments de la deuxième colonne, en particulier le magnésium car le pouvoir polarisant [charge ionique/(rayon ionique)2] des deux éléments est peu différent .

Son point de fusion, d’ébullition et sa dureté sont élevés par rapport aux autres alcalins.

La formation de l’oxyde normal en présence de dioxygène est moins facile, et les oxydes de degré plus élevés sont instables.

LiCO3, LiNO3, LiOH forment tous l’oxyde par chauffage. L’hydrogénocarbonate de lithium à l’état solide n’est pas connu. Li donne un nitrure Li3N comme les alcalino-terreux contrairement aux alcalins.

Les carbonates, phosphates et fluorure de lithium sont insolubles et l’hydroxyde est faiblement soluble dans l’eau comme les composés du magnésium.

Les halogénures et alcoyles de Mg et Li sont solubles dans les solvants organiques en raison de leur caractère covalent.

Les hydrures de lithium comme LiAlH4 sont des réducteurs en chimie organique.

Les amidures de lithium et les organo-lithiens sont des réducteurs, des nucléophiles et des agents de métallation, ils ont donc un rôle très important en chimie organique.

L’ion Li+ est plus fortement hydraté que les autres ions de la première colonne car il est de plus petit volume et le champ électrostatique créé est plus fort.

 

Toxicité - importance biologique

Le lithium présente des effets diverses en cas d’exposition. Cette substance est corrosive pour les yeux, la peau et le système respiratoire, l'inhalation de la substance peut causer un œdème pulmonaire. Les symptômes de l'œdème pulmonaire ne se manifestent souvent qu'après quelques heures. Ils sont aggravés par un effort physique.

Le métal s'enflamme spontanément au contact de l'air. Avec la chaleur, des fumées toxiques sont formées. La réaction avec l'eau forme de l’hydrogène inflammable et des fumées corrosives d'hydroxyde de lithium.

Le lithium n’est pas indispensable à la vie, mais ses sels et dérivés sont parfois utilisés comme anti-dépresseurs.

 

Histoire, Date de la mise en évidence

 Le lithium a été découvert par Johan August Arfwedson en 1817.

 

Origine du nom et du symbole

Étymologie du nom: vient du grec lithos signifiant pierre.

 

Le lithium en un clin d’oeil

Le lithium est un métal blanc argenté, très mou et peu dense, si peu dense qu’il flotte sur l’eau. Il est très réactif et s’oxyde rapidement au contact de l’air ou de l’eau.

Par plusieurs aspects le lithium ressemble à des éléments de la famille des alcalino-terreux, en particulier le magnésium.

 Informations essentielles sur l'élément lithium

 

     Nom : Lithium

     Symbole : Li

     Numéro atomique: 3

     Masse atomique : 6,941

     Etat standard : solide

     Couleur : blanc argenté

      

     Dans la classification périodique

     Nom du groupe : alcalin

     Période : 2

     Bloc : s

     Classification : métaux

 

 

 

 

 

 Pour en savoir davantage

- le produit du jour du 14 mars 2011 sur le site de la SCF (Société chimique de France)

 http://www.societechimiquedefrance.fr/produit-du-jour/

- la chimie au CNRS : un savoir-faire maison. Conçu comme une visite guidée de maison, ce site invite à découvrir une chimie du quotidien sous la forme des objets et des produits qui accompagnent votre vie de tous les jours. Vous trouverez le lithium dans le garage

http://www.cnrs.fr/inc/chimissimo/accueil/accueil.html

- Sitographie

- Bibliographie

- Dossier "les alcalins"

Retour à la table des matières de "la classification : un dossier..."