- Cet article est consacré aux solides métalliques.
- Tout d'abord, nous allons définir les solides métalliques.
- Ensuite, nous parlerons des différentes propriétés des solides métalliques.
- Enfin, nous définirons et expliquerons ce que sont les alliages métalliques et ce qui les différencie des solides métalliques.
Qu'est-ce qu'un solide métallique ?
Lessolides métalliques sont exactement ce que leur nom suggère : un solide composé uniquement d'atomes de métal. Imagine que c'est comme un club exclusif de "métaux seulement". Tu ne peux être membre de ce club que si tu es entièrement constitué d'atomes de métal !
Lessolides métalliques sont des composés entièrement constitués d'atomes de métal qui sont maintenus ensemble par des liaisons métalliques.
Laliaison métallique est un type de force d'attraction intramoléculaire qui se produit entre un réseau d'ions positifs et une "mer" d'électrons délocalisés.
Tu as besoin de te rafraîchir la mémoire sur les liaisons métalliques ? Jette un coup d'œil à la rubrique "Liaisons métalliques" !
Structure des solides métalliques
Lorsqu'il s'agit de solides, il y a deux catégories de solides que tu dois retenir : les solides cristallins et les solides amorphes.
Les solidescristallins sont des solides dont la structure est bien organisée. Les solides amorphes n'ont pas de structure organisée.
Les solides métalliques sont un type de solide cristallin, leur structure est donc arrangée dans un réseau cristallin. Dans les solides métalliques, le réseau cristallin est constitué d'ions positifs et d'électrons libres qui sont également connus sous le nom de"mer" d'électrons délocalisés .
Qu'est-ce que cela signifie exactement ? Examinons un dessin qui montre la structure du réseau cristallin d'un métal Sodium (Na).
Remarque que de nombreux électrons libres entourent les atomes de sodium, et que les forces d'attraction entre les cations Na+ et la mer d'électrons délocalisés sont ce qui maintient ces atomes de métal identiques proches les uns des autres !
Exemples de solides métalliques
Parmi les exemples courants de solides métalliques, on trouve l'aluminium (Al) et le potassium (Na).
L'aluminium (Al) est un métal du groupe 13 (également appelé IIIA dans certains tableaux périodiques). Il a un point de fusion élevé de 660,32°C et possède une structure cristalline cubique à faces centrées.
Lepotassium (K) est un métal du groupe 1 dont le point de fusion est de 63,38 °C. Le potassium a une structure cristalline cubique centrée sur le corps.
Tu ne sais pas ce que signifie une structure de réseau cubique centrée sur la face ou centrée sur le corps ? Tu devrais peut-être jeter un coup d'œil à la rubrique"Solides" !
Propriétés des solides métalliques
Avant de plonger dans les propriétés des solides métalliques, revoyons la tendance périodique des métaux ! Rappelle-toi que, à l'exception du mercure (Hg), les métaux sont des solides à température ambiante.
- Les métaux du groupe I sont les métaux alcalins (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr).
- Les métaux du groupe II sont appelés métaux alcalino-terreux (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra).
- Les groupes 3 à 12 contiennent de nombreux métaux de transition tels que Fe, Cu, Ag et Au.
- Les groupes 13 à 16 contiennent également certains métaux appelés métaux post-transition ou métaux pauvres (Al, Ga, In, Tl, Pb, Sn, Bi et Po).
Tableau périodique des éléments, Wikimedia Commons.
Caractère métallique des solides métalliques
Nous pouvons décrire les éléments comme étant de bons ou de mauvais métaux en fonction de leur caractère métallique, et plus un élément présente les propriétés des métaux, plus cet élément est métallique. Dans le tableau périodique, les caractères métalliques ont tendance à augmenter de droite à gauche et vers le bas d'un groupe. C'est un peu comme l'électronégativité, si tu te souviens bien.
Peut-être sont-ils liés d'une manière ou d'une autre ? Indice : oui !
La meilleure façon de se souvenir de la tendance périodique des caractères métalliques est de regarder un exemple.
Lequel des métaux suivants aura le caractère métallique le plus fort ? Cs, Ba, Fe ou Na ?
En regardant le tableau périodique, nous savons maintenant que les éléments qui se trouvent à gauche et en bas du tableau périodique présenteront un caractère métallique plus fort. Dans ce cas, Cs aura le caractère métallique le plus fort, et l'ordre de caractère métallique croissant serait : Fe < Ba < Na < Cs.
Les propriétés générales des solides métalliques sont un point de fusion élevé, une bonne conductivité, la ductilité et la malléabilité. Les solides métalliques sont également lustrés (brillants). Décortiquons chacune de ces propriétés pour mieux comprendre pourquoi elles le sont !
Point de fusion des solides métalliques
Lorsque tu fais fondre un solide cristallin, son réseau cristallin se décompose et les molécules passent à l'état liquide. Lepoint de fusion est la température à laquelle un solide se transforme en liquide. Lorsqu'un solide atteint son point de fusion, la température reste constante jusqu'à ce que le solide cristallin fonde complètement et devienne un liquide !
Bien que les solides métalliques aient généralement un point de fusion élevé, certains d'entre eux, comme les métaux alcalins (groupe 1), ont en fait un point de fusion bas. Les solides métalliques ont des points de fusion distincts pour chaque métal.
Sais-tu que le tungstène a l'un des points de fusion les plus élevés connus des chimistes ? Le point de fusion d'un réseau cubique centré de tungstène est d'environ 3400 °C. Alors qu'un autre métal, à savoir le mercure, est déjà liquide à -38 °C. De plus, tu peux trouver à peu près tout ce qui se trouve entre les deux parmi les solides métalliques, ils ont des points de fusion très divers.
Conductivité des solides métalliques
Les solides métalliques sont de bons conducteurs d'électricité et de chaleur grâce à leurs électrons délocalisés qui peuvent se déplacer librement et transmettre des charges électriques.
La conductivitéélectrique est la capacité à conduire l'électricité. La conductivité thermique est la capacité à transférer la chaleur.
La capacité des solides métalliques à conduire la chaleur est la raison pour laquelle la plupart des ustensiles de cuisine dans ta cuisine sont constitués d'un certain type de métal, car leurs électrons délocalisés peuvent acquérir et transférer la chaleur plus rapidement !
Une expérience très intéressante réalisée par des scientifiques a montré que si tu ajoutes une gouttelette d'un mélange de sodium (Na) et de potassium (K) à de l'eau (H2O), l'eau se transforme en un matériau métallique de couleur dorée ! Cela se produit parce qu'elle emprunte l'électron le plus externe des deux métaux du groupe 1.
Ductilité et malléabilité des solides métalliques
Pourquoi le cuivre (Cu) est-il un excellent choix de métal pour fabriquer des fils électriques ? C'est parce que le cuivre a la capacité de conduire l'électricité et qu'il est ductile et peut être moulé pour prendre la forme d'un fil. Les solides métalliques sont considérés comme malléables et ductiles.
Un métal malléable est un métal qui peut être battu en feuilles minces. Un métal ductile est un métal qui peut être moulé en différentes formes (comme un fil) sans se casser.
Par exemple, l'or peut être martelé en fines feuilles d'or qui sont largement utilisées dans les décorations. Et, si cela n'est pas assez intéressant, tu peux même maintenant acheter des paillettes de feuilles d'or que tu utiliseras la prochaine fois que tu cuisineras ton plat préféré !
Éclat
Pourquoi les métaux brillent-ils ? Encore une fois, tout se résume aux électrons délocalisés que les solides métalliques possèdent dans leur structure. Les métaux sont lustrés (brillants) parce que les électrons délocalisés peuvent réfléchir la lumière !
Les alliages métalliques
Lorsque tu combines différents métaux entre eux, tu crées unalliage métallique qui possède également une liaison métallique. Les alliages peuvent être interstitiels ou substitutifs.
Un alliage est une substance composée d'un mélange d'éléments et qui possède des propriétés métalliques.
Les alliagesinterstitiels sont des alliages qui se forment entre des éléments de rayons différents. Ces alliages ont un réseau plus rigide, sont moins ductiles et moins malléables que les solides métalliques. Un exemple courant d'alliage interstitiel est l'acier, qui est composé de métaux de carbone et de fer.
Les alliagessubstitutifs sont des alliages qui se forment entre des métaux de rayons très similaires. En raison des tailles similaires, certains des atomes de métal initialement présents sont remplacés par un autre atome de métal. Un exemple courant d'alliage substitutif est le laiton, qui est composé d'atomes de cuivre et de zinc. Dans le laiton, les atomes de cuivre sont remplacés par des atomes de zinc.
Solides métalliques - Principaux enseignements
- Lessolides métalliques sont des composés entièrement constitués d'atomes de métal qui sont maintenus ensemble par des liaisons métalliques.
- Lesliaisons métalliques se produisent entre un réseau d'ions positifs et une "mer" d'électrons délocalisés.
- Les solides métalliques sont brillants, bons conducteurs d'électricité et de chaleur, malléables, ductiles et possèdent généralement un point de fusion élevé.
Références
- Description du cours et de l'examen AP Chemistry, en vigueur à l'automne 2020. (s.d.). Consulté le 8 avril 2022 sur le site https://apcentral.collegeboard.org/pdf/ap-chemistry-course-and-exam-description.pdf?course=ap-chemistry.
- Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M., & Lufaso, M. W. (2018). Chemistry : The central science (13e éd.). Harlow, Royaume-Uni : Pearson.
- Swanson, J. W. (2020). Tout ce dont tu as besoin pour être un as de la chimie dans un seul gros cahier. Workman Pub.
- Malone, L. J., Dolter, T. O., & Gentemann, S. (2013). Concepts de base de la chimie (8e éd.). Hoboken, NJ : John Wiley & Sons.
- https://media.nature.com/original/magazine-assets/d41586-021-02065-w/d41586-021-02065-w.pdf
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