LITHIUM

Le lithium est un métal blanc et brillant lorsqu'il est fraîchement coupé. Il a été découvert, en 1817, par Johann August Arfvedson dans un silicate d'aluminium naturel : le pétalite. Jöns Jacob Berzelius donna au nouvel élément, de numéro atomique Z = 3, le nom de lithion (du grec λ́ιθος, pierre) pour rappeler son origine minérale. C'est le plus léger de tous les éléments métalliques : sa densité est de 0,534 ; il fond à 180 ⁰C et bout à 1 330 ⁰C.

Comme l'indique sa structure électronique fondamentale 1 s² 2 s¹, il appartient au sous-groupe IA de la classification périodique des éléments ; il est le premier terme de la famille des métaux alcalins. Les propriétés fondamentales de ces éléments sont liées à la présence d'un seul électron périphérique ns¹ surmontant une couche très stable de type 2 (Li) ou 2-6 (Na, K, Rb, Cs) : ce sont tous des éléments monovalents, dotés d'un rayon atomique important, très électropositifs, extrêmement réactifs et qui donnent essentiellement des liaisons ioniques. Le lithium, tout en possédant les propriétés caractéristiques de la famille à laquelle il appartient, se singularise par la position particulière qu'il y occupe et présente, en vertu de la règle des analogies diagonales dans le tableau périodique, de nombreux points communs avec le magnésium et les alcalino-terreux. Ce comportement particulier du lithium est dû au fait que Li⁺ est, parmi les cations alcalins, celui qui possède le rayon le plus petit, donc le rapport charge-taille le plus élevé, ce qui lui confère un pouvoir polarisant important. Le pouvoir polarisant du cation Li⁺ est, entre autres, responsable de l'apparition d'un caractère covalent dans les combinaisons organiques et minérales du lithium – alors que celles des alcalins supérieurs sont typiquement ioniques –, de la formation d'hydrates et de complexes en solution, et des très grandes différences de solubilité des sels de lithium par rapport à ceux de potassium, de rubidium et de césium.

Le lithium s'apparente aussi à certains métaux de transition par la faible valeur de son rayon ionique ; il peut ainsi se substituer à ces métaux dans des oxydes mixtes tels que les spinelles, par exemple.

État naturel et extraction

Le lithium n'entre que pour 0,003 à 0,005 p. 100 dans la composition de l'écorce terrestre, et les minéraux titrant plus de 2 p. 100 en oxyde Li₂O sont rares : l'extraction du lithium est une opération longue et coûteuse. Les principaux minerais sont des silicates comme le feldspathoïde pétalite

Les principaux gisements de spodumène se trouvent en ex-U.R.S.S., au Zimbabwe et en Chine. Les autres pays producteurs de lithium sont l'Australie, le Chili, le Brésil et différents États africains. Les minerais sont attaqués à chaud par l'acide sulfurique concentré. Le triphane, qui est le minerai le plus abondant, doit être calciné au préalable à 1 100 ⁰C pour être facilement attaqué, la forme naturelle dite α se transforme en une phase dite β de structure différente moins dense (d = 2,4 au lieu de 3,2) ; dans ces conditions, les ions H⁺ de l'acide se substituent aux ions Li⁺ du minerai qui passent ainsi en solution sans qu'il soit nécessaire de solubiliser l'aluminium. Le lithium est séparé sous forme de carbonate Li₂CO₃. La purification des sels de lithium se fait soit par précipitation répétée d'une combinaison soluble (carbonate, phosphate, fluorure), soit par dissolution sélective du chlorure dans l'éthanol.

La préparation du métal se fait exclusivement par électrolyse du chlorure de lithium fondu, additionné de chlorure de potassium. Le métal brut qui se dépose sur la cathode de fer est purifié des autres alcalins qu'il[...]