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Présentation de l’élément chimique de numéro atomique Z = 3

Par Yann le 28/03/2018 Ressources > Physique-Chimie > Tout Niveau -PC > Le Tableau Périodique > Le Lithium

Carte d’identité du Lithium

Le Lithium est un élément chimique métallique, de symbole atomique Li et de numéro atomique Z = 3.

Sa structure électronique est donc la suivante : (K)2(L)1  soit 3 électrons répartis dans les différentes couches.

Dans le tableau périodique, il est situé sur la deuxième période et dans la première colonne : il appartient à la famille des alcalins.

Le Lithium a une électronégativité égale à 0,98 (à noter que l’élément le plus électronégatif est le Fluor, avec une électronégativité égale à 3,98. A contrario, l’élément le moins électronégatif est le Francium, avec une électronégativité égale à 0,7). Il se rapproche donc des éléments ayant l’électronégativité la plus faible.

Enfin, il a une masse molaire égale à 6,9 g/mol.

Le tableau ci-dessous résume l’ensemble de ces informations :

Symbole atomique: Li
Numéro atomique
: Z= 3
Principal isotope: A= 7
Structure électronique:
(K)2(L)1
Couche externe: L
Répartition des électrons externes: un électron non apparié
Nombre de liaisons formées dans une molécule: 1
Configuration électronique:
1s22s1
Période: 2
Groupe: 1
Famille: métal alcalin
Electronégativité: 0,98
Masse molaire atomique: 6,9 g/mol
Représentation de Lewis
Représentation de Lewis du lithium
Localisation dans la classificationLe lithium dans la classification périodique

Histoire du Lithium

Origine du mot Lithium

Le mot « Lithium » tire son nom du mot grec « lithos » qui signifie « pierre ».

Il s’agit d’une référence à sa découverte faite par l’analyse de minéraux alors que la plupart des autres métaux de la famille des alcalins ont eux, été découverts à partir de substances d’origine végétale.

La découverte du lithium, un peu d’histoire

En 1800, le scientifique brésilien Joé Bonifacio de Andrada e Silva se rend sur Utö, une île suédoise, afin de tenter de découvrir de nouveaux minéraux. Parmi ses découvertes, il ramène notamment un minerai qu’il baptise pétalite.

En 1817, le chimiste suédois Johan August Arfwedson procède à une analyse de routine sur ce minerai qui lui permet d’identifier un élément inconnu. Par la suite, il analyse d’autres minerais en provenance également de Utö, et identifie ce même élément inconnu.

En 1818 le chimiste allemand Christian Gmelin découvre que les sels de lithium ont la propriété de colorer d’un rouge vif la flamme dans laquelle ils sont plongés.

Finalement, la même année, le chimiste britannique Humphry Davy parvient à isoler l’élément Lithium en réalisant l’électrolyse d’un Oxyde de lithium.

Les principaux isotopes du lithium

9 isotopes du Lithium sont aujourd’hui connus.

Isotopes présents dans la nature

Parmi les 9 isotopes connus du Lithium, deux d’entre eux sont stables et présents dans la nature :

  • L’isotope ayant pour nombre de masse A = 6.
  • L’isotope ayant pour nombre de masse A = 7, très largement majoritaire puisqu’ils est présent à 92,5% par rapport à l’autre isotope.

Le tableau ci-dessous synthétise ces informations :

Z = 3 – A = 6Z = 3 – A = 7
Symbole
du noyau
isotope lithium 6isotope lithium 7
Composition
du noyau
3 protons
3 neutrons
3 protons
4 neutrons
Proportion sur Terre7,5%92,5%

Isotopes radioactifs du Lithium

Les sept autres isotopes connus du Lithium sont radioactifs : ce sont des radioisotopes.

Ces sept isotopes, avec des nombres de masse A allant de 4 à 11, ont tous des temps de demi-vie inférieurs à la seconde.

Le Lithium sous ses différentes formes

Le Lithium sous forme de corps simple

Généralités à propos du Lithium métallique

Le lithium (Li) est un métal argenté si mou qu’il est possible de le découper au couteau.

Comment se conserve le Lithium s'il réagit très facilement au contact de l'eau et de l'air ? Le Lithium sous forme de corps simple est un métal de couleur grise

Il s’agit aussi du métal le plus léger et moins dense qui existe : sa densité est environ égale à la moitié de celle de l’eau. S’il ne réagissait pas très rapidement avec l’eau, il flotterait donc sur cette dernière.

Il est l’un des trois éléments engendrés à la naissance de l’univers (avec l’Hélium et l’Hydrogène) lors de la phase de « nucléosynthèse » qui a suivi le Big Bang.

Dans la pratique, le Lithium à l’état métallique peut être obtenu par électrolyse.

Sa présence peut notamment être mise en évidence en le plaçant au dessus d’une flamme : il prend alors une couleur rouge.

Réactivité du Lithium métallique avec l’eau et l’air

Il est connu pour réagir facilement au contact de l’eau ou de l’air.

En effet, il s’oxyde très rapidement et sa couleur devient progressivement gris très foncé, prenant même une teinte noire si le contact dure un peu plus longtemps.

Afin de l’isoler de l’air, il est généralement conservé dans de l’huile.

Le lithium métallique, comme tous les alcalins, réagit avec l’eau suivant la réaction de transformation chimique suivante :

2Li + 2H2O -> H2 + 2LiOH

formant alors du Dihydrogène (H2) et l’Hydroxyde de Lithium (LiOH).

Dans l’air, le Lithium peut brûler non seulement avec le dioxygène (en formant des oxydes de Lithium) mais aussi avec le diazote avec lequel il forme des nitrures de Lithium.

Par exemple, la réaction du Lithium avec le dioxygène se fait suivant l’équation de réaction suivante :

4Li + O2 -> 2Li2O

Avec le diazote, l’équation de réaction chimique est alors la suivante :

6Li + N2 -> 2Li3N.

Le Lithium sous forme ionique

En raison de sa forte réactivité, le Lithium pur n’existe pas dans la nature. Il est en effet plutôt présent sous forme ionique.

L’ion Lithium, de formule Li+, possède un électron de moins que l’atome de Lithium, il est donc composé d’un noyau autour duquel tournent 2 électrons.

Par exemple, on le trouve beaucoup sous forme de Chlorure de Lithium (LiCl), qui, une fois en solution, libère des ions Lithium Li+ et des ions Chlorure Cl-.

Corps composés à base de lithium

Etant donnée la faible éléctronégativité du Lithium, ce dernier forme essentiellement des composés de nature ionique :

  • des halogénures de Lithium (LiF, LiCl, LiBr, LiI)
  • du Carbonate de lithium (Li2CO3)
  • de l’Hydroxyde de lithium (LiOH)
  • de l’Oxyde de Lithium (Li2O)
  • du Nitrure de Lithium (Li3N)
  • ou encore du Sulfate de Lithium (Li2SO42-).

Les réserves naturelles de lithium

Comme expliqué plus haut, on ne trouve pas naturellement le Lithium sous sa forme métallique.

 

Où sont situées les principales mines d'où on extrait le Lithium ? Des mines sont exploitées dans le monde entier pour extraire le Lithium des minerais qui le renferment

Sur Terre, le Lithium est présent en faible proportion dans la plupart des roches mais certains minerais (Spodumene, lépidolite ou encore pétalite) en sont particulièrement riches.

Des gisements partout dans le monde (Australie, Chili, Argentine, Chine…) sont aujourd’hui exploités par des entreprises qui cherchent à extraire ces minerais, et à les transformer.

Quelles sont les applications du Lithium ?

Une application bien connue : la batterie Lithium-Ion

Les batteries Lithium-ion, que l’on peut aussi voir écrites comme étant des « batteries Li-Ion », sont aujourd’hui très largement répandues dans le domaine de l’électronique portable.

Comme leur nom l’indique, elles font intervenir des ions Lithium Li+, qui naviguent entre une électrode négative en graphène, et une électrode positive, le plus souvent en dioxyde de Cobalt ou Dioxyde de Manganèse.

Ces batteries présentent de nombreux avantages, comme celui de ne pas s’auto-décharger (ou alors très peu), elles sont très légères et ne subissent pas d’effet mémoire (= leurs performances ne sont pas affectées si elles ne sont pas complètement déchargées avant d’être rechargées).

Au contraire, et c’est d’ailleurs un inconvénient, leurs performances semblent être meilleures lorsqu’elles sont rechargées alors que la décharge est incomplète. De plus, les performances sont mêmes dégradées lorsqu’elles subissent une décharge profonde.

Quelques exemples d’autres applications

Parmi les autres applications, on peut notamment citer :

  • la production de verres et de céramiques
  • la production de piles au lithium (à ne pas confondre avec les batteries Lithium-ion)
  • la production de graisse lubrifiantes

Quelle est la différence entre une pile au Lithium et une batterie Lithium-ion ? Un exemple d’application : la fabrication de piles au Lithium, qu’il ne faut pas confondre avec les batteries Lithium-Ion

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