Le lithium est l'élément chimique de numéro atomique 3, de symbole Li. C'est un métal alcalin, du premier groupe du tableau périodique des éléments.
Les noyaux atomiques des deux isotopes stables du lithium (Li et Li) comptent parmi ceux ayant l'énergie de liaison par nucléon la plus faible de tous les isotopes stables, ce qui signifie que ces noyaux sont assez peu stables comparés à ceux des autres éléments légers. C'est pourquoi ils peuvent être utilisés dans des réactions de fission nucléaire comme de fusion nucléaire. C'est aussi pourquoi le lithium est moins abondant dans le système solaire que 25 des chimiques les plus légers.. Sa surabondance relative dans la nature par rapport aux prédictions de la nucléosynthèse primordiale et stellaire s'explique en fait par sa nucléosynthèse interstellaire (phénomène de spallation cosmique) par bombardement d'éléments plus lourds par des rayons cosmiques.
Pur, le lithium est un métal mou et gris argenté et le plus léger des éléments solides. Il s'oxyde rapidement au contact de l'air et de l'eau, devenant gris foncé, puis rapidement anthracite, puis noir. Comme les autres métaux alcalins, il est conservé dans de l'huile minérale pour le préserver de l'air.
Il est utilisé pour fabriquer des piles électriques et batteries d'accumulateurs rechargeables ou à haute tension (71 %), par l'industrie du verre et des céramiques techniques (14 %), des lubrifiants spéciaux, le traitement de l'air vicié par le , par la métallurgie et l'industrie du caoutchouc et des thermoplastiques, la chimie fine, la production d'alliages. En médecine, il est utilisé pour le traitement du trouble bipolaire et est largement utilisé en psychiatrie malgré son index thérapeutique étroit ; en physique nucléaire, il sert à produire du tritium (6Li + n → 4He + 3H) et le deutérure de lithium (6Li2H) est le combustible de la bombe H.
Très réactif, le lithium n'existe pas à l'état natif dans le milieu naturel, mais uniquement sous la forme de composés ioniques. On l'extrait de roches de type pegmatite, ainsi que d'argiles et de saumures. L'élément chimique est le plus souvent directement utilisé à partir des concentrés miniers. On l'obtient industriellement à l'état métallique par l'électrolyse de sel fondu (55 % LiCl et 45 % KCl, à ).
Les réserves mondiales prouvées de lithium sont estimées par l'Institut d'études géologiques des États-Unis (USGS) à (mégatonnes) fin 2021, dont 42 % au Chili, 26 % en Australie, 10 % en Argentine, 7 % en Chine et 3,4 % aux États-Unis ; l'ensemble des ressources identifiées est estimé à , dont 24 % en Bolivie, 21 % en Argentine, 11 % au Chili, 10 % aux États-Unis, 8 % en Australie et 6 % en Chine. Selon l’Agence internationale de l’énergie, sa production mondiale est de en 2025, essentiellement en Australie (34 %), en Chine (23 %), au Chili (17 %), au Zimbabwe (9 %) et en Argentine (6 %).
Présent à l'état de traces dans les océans et chez tous les êtres vivants, c'est peut-être un oligoélément aux fonctions encore mal comprises, les animaux et végétaux semblant pouvoir bien vivre dans un milieu dépourvu de lithium).
En 2026, l'Anses a recommandé de classer le lithium et trois de ses sels — carbonate, chlorure et hydroxyde de lithium comme substance extrêmement préoccupante, perturbateur endocrinien et toxique pour les organismes aquatiques.
Histoire vignette|gauche|Johan August Arfwedson, découvreur du lithium.
Le lithium (du grec signifiant « pierre ».) fut découvert par le chimiste suédois Johan August Arfwedson en 1817 en analysant de la pétalite ()... En 1800 lors d'un voyage en Europe, José Bonifácio de Andrada e Silva découvrit un nouveau minéral sur l'île de Utö dans la commune de Haninge en Suède qu'il nomma pétalite.. C'est en analysant cette roche qu'Arfwedson, dans le laboratoire de Berzelius, identifie un nouvel élément jusque-là inconnu. Plus tard, il le détecte dans des minéraux de spodumène () et de lépidolite () eux aussi en provenance de l'île de Utö.. C'est pour souligner son origine minérale, contrairement aux deux autres alcalins connus à l'époque le potassium et le sodium qui avaient été découverts dans le règne végétal, que Berzelius le nomme lithion...
En 1818, Christian Gmelin (1792-1860) note que les « sels de lithion » donnent une flamme rouge et brillante..
Les deux hommes cherchent à isoler l'élément de son sel mais n'y parviennent pas. L'élément sera isolé par électrolyse d'un oxyde de lithium par William Thomas Brande et Sir Humphry Davy.
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..
Les différentes nations impliquées dans le développement de la bombe H à la fin des années 1940 et au début des années 1950 produisent du deutérure de lithium enrichi en lithium 6. Le lithium appauvri est introduit sur le marché des réactifs, augmentant significativement l'incertitude sur la masse atomique du lithium. En conséquence, la masse atomique d'échantillons de lithium (naturels et commerciaux) peut varier entre ..
Isotopes
Les deux isotopes stables du lithium présents dans la nature sont Li et Li, ce dernier étant le plus abondant (92,5 %)... Ces deux isotopes étant soumis à un fractionnement isotopique modeste mais parfaitement détectable, l'analyse isotopique d'un échantillon de lithium permet d'identifier sa provenance ; elle pourrait être utilisée pour tracer l'origine des composants de piles ou d'accumulateurs et contribuer à établir une filière d’approvisionnement en lithium plus responsable socialement et environnementalement..
En 2012, les radioisotopes Li, Li, Li, Li, Li, Li, Li, Li et Li ont par ailleurs déjà été observés.. Li et Li sont ceux qui ont été découverts le plus récemment, en 2008.. Parmi ces isotopes radioactifs, les plus stables sont Li, dont la demi-vie est de , et Li, de ..
Abondance Dans l'univers
vignette|Nova Centauri 2013 est la première nova dans laquelle la présence de lithium a été identifiée..
Selon la théorie moderne de la cosmologie, le lithium est l'un des trois éléments synthétisés au cours du Big Bang, sous forme de lithium 7.. La quantité de lithium générée dépend du nombre de photons par baryon, mais l'abondance du lithium peut être calculée pour les valeurs couramment admises pour ce nombre. Il existe cependant une contradiction cosmologique concernant le lithium, les étoiles les plus anciennes semblant contenir moins de lithium qu'elles ne devraient alors que les plus jeunes en possèdent plus.. Une hypothèse est que dans les étoiles anciennes, le lithium est mélangé et détruit, alors que les étoiles jeunes en génèrent. Bien que le lithium se transmute en deux atomes d'hélium après collision avec un proton à des températures supérieures à de degrés Celsius, l'abondance du lithium dans les étoiles les plus jeunes est plus importante que les modèles numériques ne le prévoient.. En 2017, douze étoiles de la Voie lactée contenant jusqu'à plus de lithium que le Soleil ont été observées ; ces étoiles n'ayant pas atteint la phase de géante rouge, le lithium qu'elles contiennent est supposé dater de la formation de celles-ci, mais sa présence demeure largement inexpliquée..
Bien qu'il soit l'un des trois éléments synthétisés à l'origine de l'univers, le lithium, tout comme le béryllium et le bore, est nettement moins abondant que d'autres éléments. Cela s'explique par les faibles températures nécessaires à sa destruction et au manque de processus pour le produire..
Sur Terre Le lithium est bien moins abondant que les alcalins et alcalino-terreux usuels (Na, K, Mg, Ca) même s'il est largement distribué dans la nature. Dans la croûte terrestre, les estimations indiquent une concentration variant entre 20 et (ppm) en poids (c'est-à-dire entre ).. À par kg de croûte terrestre., cela fait du lithium le sur Terre.. Bien qu'il soit présent dans toutes les régions du monde, on ne le trouve pas à l'état de métal pur du fait de sa réactivité importante avec l'eau et l'air. Le lithium est présent en faible quantité dans les roches magmatiques, sa concentration la plus importante étant au sein des granites. Les pegmatites granitiques sont les minéraux présentant la plus forte abondance en lithium, le spodumène et la pétalite étant les sources les plus viables pour une exploitation commerciale. La lépidolite contient elle aussi du lithium en quantité non négligeable.. Une autre source de lithium sont les argiles d'hectorite, exploitées notamment par la Western Lithium Corporation aux États-Unis..
Le contenu en lithium total des eaux marines est estimé à de tonnes, avec une concentration relativement constante comprise entre .. ou .. On observe cependant des concentrations plus importantes, proches de , à proximité des monts hydrothermaux.
Teneurs et fonction biologique Le lithium est trouvé à l'état de traces dans le plancton, dans de nombreuses plantes et invertébrés à des concentrations variant de 69 à (ppb). Dans les tissus et fluides vitaux des vertébrés, la concentration varie de .. Les organismes marins en bioaccumulent plus que leurs homologues terrestres..
Un rôle éventuel d'oligoélément dans tout ou partie du Vivant est soupçonné, notamment depuis les années 1990 Anke M, Arnhold W, Groppel U, Krause U, « The biological importance of lithium », Schrauzer GN, Klippel KF (eds) Lithium in biology and medicine, VCH Verlag, Weinheim, 1991, p. 149–167.., mais encore obscur.
En 2001, au Japon, une étude nutritionnelle chez les mammifères suggère qu'il serait un oligoélément chez l'humain et les métazoaires. Les auteurs, qui ont utilisé le ver Caenorhabditis elegans comme modèle animal (déjà utilisé pour des études sur les facteurs de longévité)., suggèrent une dose journalière admissible d'environ ..
Réserves terrestres et production Les réserves mondiales prouvées (exploitables ou exploitées) sont estimées par l'Institut d'études géologiques des États-Unis (USGS) à de tonnes (Mt) fin 2024, et les ressources identifiées (non exploitées ou exploitables et dont l'estimation est déduite et théorique) atteindraient .
Les réserves prouvées se répartissent pour l'essentiel entre le Chili (33 %), l'Australie (22 %), l'Argentine (13 %), la Chine (11 %) et les États-Unis d'Amérique (4 %). Les ressources identifiées (potentielles) sont situées surtout en Bolivie (22 %), en Argentine (21 %), aux États-Unis (13 %), au Chili (10 %), en Australie (8 %) et en Chine (6 %)..
En 2022, la production mondiale de lithium est estimée à par l'USGS, en augmentation de 21 % par rapport à 2021 () en réponse à une demande mondiale estimée à (+ 41 %), en particulier pour les batteries lithium-ion, et à des prix en hausse. Les principaux producteurs sont l'Australie (47 %), le Chili (30 %), la Chine (15 %) et l'Argentine (5 %)..
Pour 2021, des estimations de production légèrement supérieures sont données par BP, avec un total de en 2021 ; BP estime les réserves à seulement fin 2021 BP Statistical Review of World Energy 2022 - 71st edition , BP, , pages 52-53..
Au rythme de 2022 (), les réserves prouvées () correspondent environ à de production. Au rythme de 2023 (), les réserves prouvées () correspondent environ à de production. Au rythme de 2024 (, chiffre provisoire), les réserves prouvées (, chiffre provisoire) correspondent environ à de production.