Lithium

Le lithium est un métal gris existant principalement sous la forme de deux isotopes stables de symbole ${}_3^6\text{Li}$ et ${}_3^7\text{Li}$. Il s'agit d'un métal mou qui réagit violemment au contact de l'eau.

Les principaux producteurs de lithium se situent en Amérique du Sud (Argentine, Bolivie, Chili), en Australie et en Chine. C'est un constituant important des verres et céramiques ainsi que des batteries lithium-ion.

Le lithium n'existe pas à l'état naturel en raison de sa trop forte réactivité avec l'eau. On le conserve en général dans la paraffine.

Le lithium solide$\text{ Li}\text{(s)}$ décompose l'eau ${\text{H}}_2\text{O}\text{(l)}$ avec dégagement de dihydrogène ${\text{H}}_2\text{(g)}$ en milieu basique. Cette réaction est très violente et a pour constante d'équilibre $K=3,0\times 10^{37}$. L'équation de la réaction s'écrit :

Le lithium sous forme métallique peut être obtenu par électrolyse de chlorure de lithium $\text{LiCl}\text{(l)}$ fondu selon le procédé schématisé dans le doc. 5. Le chlorure de lithium est en permanence renouvelé dans la cellule d'électrolyse. L'anode et la cathode sont séparées par une grille métallique.

L'intensité du courant appliqué est d'environ 44 kA pour une tension de 7 V dans cette cellule. Ces conditions permettent de produire en 24 h environ 275 kg de lithium et 1 400 kg de dichlore.

• Couples d'oxydoréduction : ${\text{Li}}^{+}(\text{l)}/\text{Li}\text{(l)}{\text{et Cl}}_2{\text{(g)/Cl}}^{-}\text{(l)}$
• Masses volumiques à 600 °C : $\rho (\text{Li})=0,47$ g·cm^-3 et $\rho (\text{LiCl})=1,48$ g·cm^-3
• Constante de Faraday : $F=96500$ C·mol^-1

Certaines piles lithium‑ion de forme cylindrique ont une tension de $3,5$ V pour une charge électrique maximale (ou capacité électrique) de $10,8$ kC. Les couples d'oxydoréduction permettant leur fonctionnement sont ${\text{Li}}^{+}\text{(e)}$/$\text{Li}\text{(s)}$ et ${\text{SOCl}}_2\text{(s)}$/$\text{S}\text{(s)}$. Le lithium s'oxyde alors que le chlorure de thionyle ${\text{SOCl}}_2\text{(s)}$ est réduit en formant du soufre $\text{S}\text{(s)}$, du dioxyde de soufre ${\text{SO}}_2\text{(s)}$ et des ions chlorure ${\text{Cl}}^{-}$$\text{(e)}$.

La notation $\text{(e)}$ désigne le fait que les espèces ioniques sont dissoutes dans une solution différente de l'eau, ne présentant pas la réactivité de cette dernière avec le lithium $\text{Li}\text{(s)}$.

• Masses molaires atomiques : $M(\text{Li})=6,9$ g·mol^-1 et $M(\text{Cl})=35,5$ g⋅mol^-1
• Constante de Faraday : $\text{F}=96500$ C⋅mol^-1