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Métaux et non-métaux

I. Introduction

Dans de précédents chapitres, nous avons commencé une classification de la matière. Poursuivons le classement de la matière en classant les corps purs simples.

Rappel

  • Corps purs simples

Lorsqu'il s'agit d'un ensemble d'au moins deux atomes identiques liés par un lien chimique (c'est un ensemble de molécules composées des mêmes atomes) comme dans le cas du dihydrogène (H2) ou du dioxygène (O2), cela s'appelle un corps pur simple. (Une seule sorte d'atomes constituant les molécules).

  • Corps purs composés

Lorsqu'il s'agit d'un mélange d'atomes dans des proportions bien définies formant des molécules comme dans le cas de l'eau (H2O; hydrogène et oxygène) : cela se nomme : corps pur composé. (Plusieurs sortes d'atomes qui forment une molécule).

II. Classification des corps purs simples.

II.1. Essayons d'établir un classement sur base des propriétés physiques et chimiques ainsi que des observations ci-dessous :

Nom

Symbole

Couleur / aspect

Conductivité thermique

[W/(m·K)]

Température de fusion

[°C]

Etat physique

Conductivité électrique

[S/m]

Soufre

S

jaune

0,269

115,21

solide

0,5 x10-15

Tungstène

W

Gris blanc reflet métal

174,000

3 422,00

solide

8,9 ×106

Chrome

Cr

Blanc-argenté

93,700

1 907,00

solide

7,7 ×106

Azote

N

Incolore

0,026

-210,00

gaz

Trop faible pour être mesurée

Hafnium

Hf

Gris argenté

18,400

2 233,00

solide

3,1 ×106

 

Pb - Plomb C- Carbone Cu - Cuivre Zn - Zinc

II.2. Définissons des critères :

  • malléabilité (peut être déformé ou est cassant)
  • aspect : brillant ou mat (réfléchit ou non la lumière)
  • conductivité électrique (permet le passage d'un courant électrique)
  • conductivité thermique (permet le passage de la chaleur)

Sur base de ces critères, nous pouvons classer les différents corps purs étudiés en deux catégories :

catégorie 1
  • malléables

  • brillants

  • bons conducteurs de chaleur et d'électricité

 catégorie 2
  • cassants

  • mats

  • mauvais conducteurs de chaleur et d'électricité

 

  • Tungstène (W)

  • Chrome (Cr)

  • Hafnium (Hf)

  • Plomb (Pb)

  • Cuivre (Cu)

  • Zinc (Zn)

  • Carbone (C)
  • Soufre (S)
  • Azote (N)

A l'aide uniquement des photographies suivantes, dans quelle catégorie classeriez-vous ces corps ?
Mg - Magnésium Al - Aluminium Bi - Bismuth

III. Métaux et non-métaux

La classification que nous avons réalisée expérimentalement sur base d'observations et d'analyses des propriétés de ces corps purs a été menée sur l'ensemble des corps purs simples pouvant être formés à l'aide des éléments du tableau périodique.

Deux catégories ont ainsi pu être mises en évidence  :  Les Métaux, symbolisés par M et les Non-métaux, symbolisés par X (ou M')


III.1. Principales caractéristiques physiques et chimiques


Métaux

Non-métaux

Propriétés physiques :

  • Bons conducteurs électriques
  • Ductiles
  • Malléables

  • Eclat métallique

  • Bons conducteurs de la chaleur

  • Typiquement : Solides, point de fusion élevé

  • Exemples : Pb, Ag, Au, Al, Cu, Zn, Mg ( !! Hg : métal liquide à TA !)

 

  • Mauvais conducteurs électriques

  • Non ductiles

  • Non malléables (cassants)
  • Mats
  • Mauvais conducteurs de la chaleur

  • Typiquement : solides, liquides, gazeux, point de fusion peu élevé

  • Exemples : S, C, P, I, F, Cl

Propriétés chimiques :

  • Réagissent avec les acides

  • Forment des oxydes basiques

  • Forment des cations

  • Forment des halogénures ioniques

 

  • Ne réagissent pas avec les acides

  • Forment des oxydes acides

  • Forment des anions

  • Forment des halogénures covalents

 

III.2. Une classification qui se retrouve visuellement dans le tableau périodique des éléments

Le tableau périodique a été conçu de façon à regrouper les métaux (M) et les non-métaux (X). Une limite conventionnelle a été définie. Cette sorte d'escalier noir délimite donc les éléments à caractère métallique (M) à gauche des éléments à caractère non-métallique (X) à droite.

III.3. Une limite pas toujours très nette ...

La limite conventionnelle entre les métaux et les non-métaux ne correspond pas à une rupture brutale des propriétés. Les éléments situés sur cette limite possèdent des propriétés issues à la fois des métaux et des non-métaux. Ils sont appelés métalloïdes.

III.3.1. Deux exemples :

a. Le silicium (Si)

Fichier:Polycrystalline silicon rod.jpg

(c) Warut Roonguthai

Le silicium a un aspect brillant et présente des reflets métalliques bleutés, mais n'est pas du tout aussi ductile que les métaux.

C'est un mauvais conducteur électrique, mais il est conducteur thermique.

Conductivité électrique 2,52×10-4 S/m
Conductivité thermique 148 W/m·K

b. Le Tellure (Te)

Tellurium crystal.jpg

(c) Dschwen

Le Tellure est un solide cassant et facilement pulvérisé (poudre grise à brunâtre). Il conduit très faiblement l'électricité mais est un mauvais conducteur thermique.
Conductivité électrique 200 S/m
Conductivité thermique 2,35 W/m·K

Il ne réagit pas avec les acides mais peut réagir avec certains métaux.  Ex. :Na2Te.

III.3.2. En conclusion :

Les propriétés qui caractérisent métaux et non-métaux ne sont pas toutes réunies par tous les éléments.

Il existe des éléments à tendance métallique ou non métallique.

Certains éléments ne se distinguent que par leur réactivité chimique voire se comportent parfois comme un métal et parfois comme un non-métal.

La limite fixée est donc bien une convention et ne correspond pas à une rupture brutale des propriétés. Ces propriétés évoluent de métal à non-métal.

 

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