Introduction à la chimie

Termes

• metalAny d’un certain nombre d’éléments chimiques du tableau périodique qui forment une liaison métallique avec d’autres atomes métalliques. Il est généralement brillant, malléable et conducteur de chaleur et d’électricité.
• liaison métalliqueune liaison chimique dans laquelle les électrons mobiles sont partagés sur de nombreux noyaux; cela conduit à la conduction électrique.

Propriétés métalliques

Dans un métal, les atomes perdent facilement des électrons pour former des ions positifs (cations). Ces ions sont entourés d’électrons délocalisés, responsables de la conductivité. Le solide produit est maintenu par des interactions électrostatiques entre les ions et le nuage d’électrons. Ces interactions sont appelées liaisons métalliques. La liaison métallique explique de nombreuses propriétés physiques des métaux, telles que la résistance, la malléabilité, la ductilité, la conductivité thermique et électrique, l’opacité et le lustre.

Comprise comme le partage d’électrons « libres” entre un réseau d’ions chargés positivement (cations), la liaison métallique est parfois comparée à la liaison de sels fondus; cependant, cette vision simpliste s’applique à très peu de métaux. D’un point de vue mécanique quantique, les électrons conducteurs répartissent également leur densité sur tous les atomes qui fonctionnent comme des entités neutres (non chargées).

Les atomes dans les métaux sont disposés comme des sphères étroitement emballées, et deux motifs d’emballage sont particulièrement courants: cubique centré sur le corps, dans lequel chaque métal est entouré de huit métaux équivalents, et cubique centré sur la face, dans lequel les métaux sont entourés de six atomes voisins. Plusieurs métaux adoptent les deux structures, en fonction de la température.

Les métaux en général ont une conductivité électrique élevée, une conductivité thermique élevée et une densité élevée. Ils sont typiquement déformables (malléables) sous contrainte, sans clivage. Certains métaux (les métaux alcalins et alcalino-terreux) ont une faible densité, une faible dureté et de faibles points de fusion. En termes de propriétés optiques, les métaux sont opaques, brillants et brillants.

Point de fusion et résistance

La résistance d’un métal provient de l’attraction électrostatique entre le réseau d’ions positifs et la « mer” d’électrons de valence dans laquelle ils sont immergés. Plus la charge nucléaire (numéro atomique) du noyau atomique est grande et plus la taille de l’atome est petite, plus cette attraction est grande. En général, les métaux de transition avec leurs électrons de niveau de valence d sont plus forts et ont des points de fusion plus élevés:

• Fe, 1539 ° C
• Re, 3180 ° C
• Os, 2727 ° C
• W, 3380 ° C.

La majorité des métaux ont des densités plus élevées que la majorité des non-métaux. Néanmoins, il existe de grandes variations dans les densités des métaux. Le lithium (Li) est l’élément solide le moins dense et l’osmium (Os) est le plus dense. Les métaux des groupes IA et IIA sont appelés métaux légers car ils sont des exceptions à cette généralisation. La densité élevée de la plupart des métaux est due au réseau cristallin serré de la structure métallique.

Conductivité Électrique: Pourquoi Les Métaux Sont-Ils De Bons Conducteurs?

Pour qu’une substance conduise de l’électricité, elle doit contenir des particules chargées (porteurs de charge) suffisamment mobiles pour se déplacer en réponse à un champ électrique appliqué. Dans le cas des composés ioniques dans les solutions aqueuses, les ions eux-mêmes remplissent cette fonction. La même chose vaut pour les composés ioniques lorsqu’ils sont fondus. Les solides ioniques contiennent les mêmes porteurs de charge, mais parce qu’ils sont fixés en place, ces solides sont des isolants.

Dans les métaux, les porteurs de charge sont les électrons, et parce qu’ils se déplacent librement à travers le réseau, les métaux sont très conducteurs. La masse et l’inertie très faibles des électrons leur permettent de conduire des courants alternatifs à haute fréquence, ce que les solutions électrolytiques ne peuvent pas faire.

La conductivité électrique, ainsi que la contribution des électrons à la capacité thermique et à la conductivité thermique des métaux, peuvent être calculées à partir du modèle d’électrons libres, qui ne prend pas en compte la structure détaillée du réseau ionique.

Propriétés mécaniques

Les propriétés mécaniques des métaux comprennent la malléabilité et la ductilité, c’est-à-dire la capacité de déformation plastique. La déformation élastique réversible dans les métaux peut être décrite par la Loi de Hooke pour les forces de rappel, dans laquelle la contrainte est linéairement proportionnelle à la contrainte. La chaleur appliquée, ou des forces supérieures à la limite élastique, peut provoquer une déformation irréversible de l’objet, appelée déformation plastique ou plasticité.

Les solides métalliques sont connus et appréciés pour ces qualités, qui découlent de la nature non directionnelle des attractions entre les noyaux atomiques et la mer d’électrons. La liaison au sein de solides ioniques ou covalents peut être plus forte, mais elle est également directionnelle, ce qui rend ces solides fragiles et sujets à la rupture lorsqu’ils sont frappés avec un marteau, par exemple. Un métal, en revanche, est plus susceptible d’être simplement déformé ou bosselé.

Bien que les métaux soient noirs en raison de leur capacité à absorber toutes les longueurs d’onde de manière égale, l’or (Au) a une couleur distinctive. Selon la théorie de la relativité restreinte, l’augmentation de la masse des électrons de la coque interne qui ont un moment très élevé provoque la contraction des orbitales. Parce que les électrons externes sont moins affectés, l’absorption de la lumière bleue est augmentée, ce qui entraîne une réflexion accrue de la lumière jaune et rouge.