Où se situent les métalloïdes dans le tableau périodique ? Vue d'ensemble claire

Que sont les métalloïdes ?

Un métalloïde est un élément dont les propriétés sont intermédiaires entre celles des métaux et des non-métaux. Les métalloïdes peuvent aussi être appelés semi-métaux. Dans le tableau périodique, les éléments colorés en vert, qui bordent généralement la ligne en escalier, sont considérés comme métalloïdes.

Remarquez que l'aluminium borde la ligne, mais est considéré comme métal car toutes ses propriétés sont métalliques.

Il n'y a pas de définition standard d'un métalloïde ni d'accord complet sur quels éléments le sont. Malgré ce manque de spécificité, le terme reste utilisé dans la littérature chimique.

Les six métalloïdes couramment reconnus sont : bore, silicium, germanium, arsenic, antimoine, tellure. Cinq éléments sont moins fréquemment classés ainsi : carbone, aluminium, sélénium, polonium, astate.

Sur un tableau périodique standard, les onze éléments sont dans une région diagonale du bloc p s'étendant du bore en haut à gauche à l'astate en bas à droite. Certains tableaux incluent une ligne de séparation entre métaux et non-métaux, et les métalloïdes se trouvent près de cette ligne.

Certains allotropes d'éléments montrent un comportement métallique, métalloïde, ou non-métallique plus prononcé que d'autres. Le carbone : son allotrope diamant est non-métallique ; cependant, l'allotrope graphite est conducteur électrique montrant des caractéristiques plus métalloïdes. Phosphore, étain, sélénium, bismuth ont aussi des allotropes à comportement limite.

Les métalloïdes tendent à avoir un aspect métallique, mais se comportent plus comme des non-métaux dans la plupart des réactions chimiques. Tous sont solides à température ambiante. Ils sont bien plus cassants que les métaux mais bien moins bons conducteurs électriques. Leurs caractéristiques hybrides offrent une large gamme d'applications réelles : alliages métalliques, retardateurs de flamme, semi-conducteurs/électronique.

Où sont les métalloïdes dans le tableau périodique ?

Les métalloïdes se trouvent de part et d'autre de la ligne de séparation entre métaux et non-métaux. On la trouve, dans des configurations variables, sur certains tableaux périodiques. Les éléments en bas à gauche de la ligne montrent généralement un comportement métallique croissant ; ceux en haut à droite un comportement non-métallique croissant. Présentée comme un escalier régulier, les éléments avec la température critique la plus haute pour leurs groupes (Li, Be, Al, Ge, Sb, Po) se trouvent juste sous la ligne.

Les métalloïdes sont situés entre métaux et non-métaux. La couleur orange sur le tableau représente les métalloïdes. Ils forment une frontière de séparation entre métaux et non-métaux.

Autrement dit, les métalloïdes (semi-métaux) sont à droite des métaux de post-transition et à gauche des non-métaux. Aussi, on peut dire qu'ils sont présents dans la région diagonale du bloc p du tableau périodique.

Propriétés communes des métalloïdes

Les métalloïdes ont des propriétés entre celles des non-métaux et métaux. La plupart ont :

• Un aspect similaire aux métaux.
• Moins conducteurs que les métaux.
• Plus cassants que les métaux.
• Propriétés chimiques généralement non-métalliques.
• Électronégativités entre celles des non-métaux et métaux.
• Énergies d'ionisation aussi entre celles des non-métaux et métaux.
• Semi-métaux/métalloïdes ont des caractéristiques de non-métaux et de métaux.
• Réactivité dépendant des propriétés des éléments avec lesquels ils interagissent.
• Tendent à être de bons semi-conducteurs.
• Peuvent avoir un lustre métallique, mais aussi des allotropes à aspect non-métallique.
• Généralement cassants, et typiquement solides, ne devenant non-solides que dans conditions inhabituelles.
• Se comportent typiquement comme non-métaux dans réactions chimiques, et peuvent former des alliages avec métaux.

En résumé, regardons rapidement propriétés physiques et chimiques des métalloïdes.

Propriétés physiques des métalloïdes

Propriétés physiques = caractéristiques observables sans altérer la substance de l'élément, sans changer le groupe de molécules en substances. Incluent point de congélation, densité.

Propriétés physiques des métalloïdes :

• État solide de la matière.
• Généralement lustre métallique. Faible élasticité ; très cassants.
• Éléments semi-conducteurs, permettent transmission moyenne de chaleur.

Propriétés chimiques des métalloïdes

Propriétés chimiques = comment une substance interagit/réagit avec d'autres ou change d'une substance à une autre. Seules les réactions chimiques quantifient les propriétés chimiques. Incluent rouille, combustion, ternissement, explosion, etc.

Propriétés chimiques des métalloïdes :

• Forment facilement des gaz quand ils s'oxydent.
• Peuvent être combinés avec métaux pour créer alliages.
• Ont différents allotropes métalliques et non-métalliques.
• Quand ils fondent, certains se contractent.
• Peuvent réagir avec halogènes pour former composés.

Propriétés caractéristiques des métalloïdes

• Métalloïdes sont solides
• Ont lustre métallique, ressemblent généralement à des métaux
• Sont cassants, se brisent facilement
• Peuvent conduire l'électricité, mais moins bien que métaux
• Chimiquement, agissent plus comme non-métaux : forment facilement anions, états d'oxydation multiples, liaisons covalentes
• Leurs énergies d'ionisation et électronégativités sont entre valeurs métaux et non-métaux

Les métalloïdes sont de loin le plus petit groupe d'éléments, avec seulement six éléments définitivement classés métalloïdes. Ils peuvent avoir 3 à 6 électrons de valence dans leur couche externe. C'est le moteur de leur réactivité/comportement chimique.

Le bore, avec seulement 3 électrons de valence, se comporte beaucoup comme un métal dans réactions chimiques en donnant ses électrons. Les autres métalloïdes, avec 4 ou plus électrons de valence, tendent à se comporter plus comme non-métaux, gagnant des électrons pendant réactions.

Apprenons quelques faits sur les métalloïdes individuels, en commençant par le bore.

Exemples de métalloïdes dans le tableau périodique

1. Bore

Le bore est un élément polyvalent incorporable dans de nombreux composés. Le verre borosilicate est extrêmement résistant au choc thermique. Des changements extrêmes de température d'objets en borosilicate n'endommagent pas le matériau, contrairement aux autres compositions de verre qui se fissurent ou éclatent.

Grâce à leur résistance, les filaments de bore sont utilisés comme matériaux légers à haute résistance pour avions, clubs de golf, cannes à pêche. Le tétraborate de sodium est largement utilisé dans la fibre de verre comme isolant et dans de nombreux détergents et nettoyants.

2. Silicium

Le silicium est un métalloïde typique. Il a l'éclat d'un métal mais est cassant comme un non-métal. Utilisé massivement dans puces informatiques et électronique car sa conductivité électrique est entre métal et non-métal.

C'est un semi-conducteur puissant, conduisant l'électricité plus efficacement à haute température. Les composés de silicium appelés silicates composent près de 90 % de la croûte terrestre ; le silicium pur est rare. Il est cependant relativement commun dans astéroïdes, lunes, poussières cosmiques. Les silicates sont fréquemment utilisés dans fabrication ciment, porcelaine, céramiques.

Au 21ᵉ siècle, le silicium a eu une influence massive sur l'économie mondiale par son importance dans l'électronique semi-conductrice. Le silicium pur a été vital pour le développement de puces à circuits intégrés et transistors, composants cruciaux des appareils électroniques modernes : téléphones, télévisions, électroménagers.

3. Germanium

Le germanium est un solide gris-blanc brillant. Densité 5,323 g/cm³, dur et cassant. Peu réactif à température ambiante mais lentement attaqué par acide sulfurique ou nitrique concentré chaud. Réagit avec soude caustique fondue pour donner germanate de sodium Na₂GeO₃ et hydrogène. Fond à 938 °C.

Bon semi-conducteur, rarement trouvé pur sur Terre. Cristallise souvent en structure diamant. Prédit par Dimitri Mendeleev des années avant sa découverte. Il put prédire beaucoup de ses propriétés grâce aux tendances périodiques et connaissances des autres métalloïdes et éléments voisins.

Comme le silicium, le germanium est critique pour la technologie moderne, mais principalement dans d'autres applications. Utilisé pour optique infrarouge, énergie solaire, nombreux alliages métalliques.

4. Arsenic

L'arsenic est un solide gris à aspect métallique. Densité 5,727 g/cm³, cassant, dureté modérée (plus que l'aluminium ; moins que le fer). Stable dans air sec mais développe une patine bronze doré dans air humide, noircissant à l'exposition prolongée.

Attaqué par acide nitrique et acide sulfurique concentré. Réagit avec soude caustique fondue pour donner arséniate Na₃AsO₃ et hydrogène. Sublime à 615 °C. Vapeur jaune citron, odeur d'ail. Ne fond qu sous 38,6 atm, à 817 °C.

Forme facilement liaisons covalentes avec non-métaux. Applications : alliages, électronique, pesticides/herbicides, mais usage en baisse à cause de toxicité.

Son efficacité comme insecticide a mené à son utilisation comme conservateur de bois. Classé cancérogène Groupe A. Malgré toxicité, très petites quantités d'arsenic nécessaires pour métabolisme humain, mécanisme inconnu.

5. Antimoine

L'antimoine est un solide blanc-argenté à teinte bleue et lustre brillant. Densité 6,697 g/cm³, cassant, dureté modérée, mauvais conducteur électricité. Stable dans air et humidité à température ambiante. Avec le plomb, augmente dureté et résistance du mélange. Joue rôle important dans fabrication dispositifs électroniques et semi-conducteurs.

Environ moitié de l'antimoine utilisé industriellement sert à production batteries, balles, alliages, câbles, équipements plomberie. Comme pour autres métalloïdes, antimoine hautement purifié utilisable en technologies semi-conductrices.

Trouvé dans la nature à environ ⅕ de l'abondance de l'arsenic. Structure atomique similaire à l'arsenic, avec trois demi-couches électroniques remplies dans la couche la plus externe. Forme typiquement liaisons covalentes, très réactif avec halogènes comme soufre, produit flamme bleue brillante quand brûlé.

6. Tellure

Le tellure est un solide blanc-argenté brillant. Densité 6,24 g/cm³, cassant, le plus tendre des métalloïdes couramment reconnus, marginalement plus dur que le soufre. Gros morceaux stables dans l'air. Forme poudre finement divisée oxydée par air en présence d'humidité. Réagit avec eau bouillante, ou quand fraîchement précipité même à 50 °C, pour donner dioxyde et hydrogène.

Métalloïde à description similaire à l'antimoine. Très réactif avec soufre et sélénium, flamme vert-bleu quand brûlé. Utilisé industriellement comme additif acier, alliable avec aluminium, cuivre, plomb, étain.

Comme antimoine, renforce autres métaux, mais peut aussi réduire corrosion quand ajouté aux métaux ci-dessus. De plus, fort semi-conducteur, particulièrement sous lumière. Dans la nature, plupart du tellure dans charbon, quantités traces dans certaines plantes.

7. Polonium

Le polonium est « distinctement métallique » à certains égards. Ses deux formes allotropiques sont conductrices métalliques. Soluble dans acides, formant cation Po²⁺ rose et déplaçant hydrogène : Po + 2 H⁺ → Po²⁺ + H₂. Beaucoup de sels de polonium connus. L'oxyde PoO₂ est principalement basique.

Agent oxydant réticent, contrairement à son congénaire le plus léger oxygène : conditions hautement réductrices requises pour formation anion Po²⁻ en solution aqueuse.

Ductile ou cassant ? Incertain. Prédit ductile selon constantes élastiques calculées. Structure cristalline cubique simple. Peu de systèmes de glissement → « très faible ductilité donc faible résistance à la fracture ».

Caractère non-métallique dans halogénures, et par existence de polonures. Halogénures ont propriétés caractéristiques halogénures non-métaux. Beaucoup de polonures métalliques, obtenus en chauffant éléments ensemble à 500–1000 °C, contenant anion Po²⁻, aussi connus.

8. Astate

Comme halogène, l'astate tend à être classé non-métal. Il a des propriétés métalliques marquées et est parfois classé métalloïde ou (moins souvent) métal. Immédiatement après sa production en 1940, premiers chercheurs le considéraient métal.

En 1949, appelé non-métal le plus noble (difficile à réduire) et métal relativement noble (difficile à oxyder). En 1950, décrit comme halogène et (donc) non-métal réactif. En 2013, modélisation relativiste prédit métal monoatomique, structure cubique à faces centrées.

Plusieurs auteurs notent la nature métallique de certaines propriétés de l'astate. Comme l'iode est semi-conducteur dans direction de ses plans, et que les halogènes deviennent plus métalliques avec numéro atomique croissant, on a présumé que l'astate serait métal s'il formait phase condensée.

L'astate pourrait être métallique à l'état liquide car éléments avec enthalpie de vaporisation > ~42 kJ/mol sont métalliques liquides. Tels éléments : bore, silicium, germanium, antimoine, sélénium, tellure.

FAQ

Que sont les métalloïdes ?

Un métalloïde est un élément aux propriétés intermédiaires entre métaux et non-métaux. Aussi appelés semi-métaux. Dans le tableau périodique, éléments colorés jaune, bordant généralement la ligne en escalier, sont métalloïdes.

Où sont les métalloïdes dans le tableau périodique ?

De part et d'autre de la ligne de séparation métaux/non-métaux. Configurations variables sur certains tableaux. En bas à gauche : comportement métallique croissant ; en haut à droite : non-métallique croissant.

Quels sont vos 8 métalloïdes ?

Bore, silicium, germanium, arsenic, antimoine, tellure sont communément reconnus. Selon auteurs, un ou plusieurs de sélénium, polonium, astate parfois ajoutés.

Quelles sont les caractéristiques d'un métalloïde ?

Propriétés caractéristiques :

• Métalloïdes sont solides.
• Ont lustre métallique, ressemblent généralement à métaux.
• Sont cassants, se brisent facilement.
• Peuvent conduire électricité, mais moins bien que métaux.

Quel est l'élément le plus rare sur Terre ?

Une équipe utilisant l'installation ISOLDE au CERN a mesuré pour la première fois l'affinité électronique de l'astate, l'élément naturel le plus rare sur Terre.

Pourquoi le polonium est-il un métalloïde ?

Position dans tableau périodique pouvant en faire métal, métalloïde, ou non-métal. Classé métal car conductivité électrique diminue quand température augmente.

Combien de métalloïdes dans le tableau périodique ?

Juste six métalloïdes. En plus du silicium : bore, germanium, arsenic, antimoine, tellure. Métalloïdes entre métaux et non-métaux dans tableau et propriétés.

Quels sont 5 faits sur les métalloïdes ?

Faits métalloïdes :

• Métalloïde le plus abondant dans croûte terrestre : silicium, 2ᵉ élément le plus abondant (oxygène 1ᵉʳ).
• Métalloïde naturel le moins abondant : tellure.
• Métalloïdes précieux dans industrie électronique.
• Arsenic et polonium hautement toxiques.

Quelles sont les 5 propriétés des métalloïdes ?

Cinq propriétés principales :

• Propriétés intermédiaires métaux/non-métaux.
• Aspect physique similaire métaux.
• Semi-conducteurs électricité.
• Cassants.
• Propriétés chimiques plus proches non-métaux que métaux.

Les métalloïdes sont-ils de bons conducteurs ?

La plupart ont lustre métallique mais sont mauvais conducteurs chaleur/électricité.

Le francium est-il un métal ?

Francium (Fr), élément le plus lourd du groupe 1 (Ia), est un métal alcalin.

Le polonium est-il un métalloïde ?

Les éléments bore (B), silicium (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimoine (Sb), tellure (Te), polonium (Po), astate (At) sont considérés métalloïdes.

Le bore est-il un métalloïde ?

Bore, symbole B, numéro atomique 5. Classé métalloïde, solide à température ambiante. Oui, bore (B) est métalloïde car caractéristiques métaux & non-métaux. Agit comme non-métal avec métaux très électropositifs (Na, K) ; comme métal avec F (produit BF₃). Forme hydrures de bore (liaisons covalentes comme CH₄, PH₃, pas comme NaH/KH). B³⁺ acide borderline ; « symbiose » (BF₃ acide dur, BH₃ acide mou). Ceci suggère aussi que bore est métalloïde/semi-métal.

Le silicium est-il un métalloïde ?

Contrairement au carbone, silicium est métalloïde, le plus commun sur Terre. « Métalloïde » = terme pour éléments meilleurs conducteurs flux électronique/électricité que non-métaux, mais pas aussi bons que métaux. Classé métalloïde car certaines propriétés similaires métaux, d'autres non-métaux. Ex : éclat bleu-gris métallique mais pas conducteur extraordinaire.

L'aluminium est-il un métalloïde ?

Six métalloïdes communément reconnus : bore, silicium, germanium, arsenic, antimoine, tellure. Cinq moins fréquemment classés : carbone, aluminium, sélénium, polonium, astate. L'aluminium est métal ductile et malléable. Bien qu'ayant propriétés inhabituelles pouvant le faire sembler métalloïde, ce n'en est pas un car, dans le tableau périodique, il se trouve le long de la ligne différenciant métaux, non-métaux, métalloïdes.

L'astate (At) est-il un métalloïde ?

Bore (B), silicium (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimoine (Sb), tellure (Te), polonium (Po), astate (At) considérés métalloïdes. Conduisent chaleur/électricité entre non-métaux et métaux, forment généralement oxydes. De plus, comme le souligne Kozimor, l'astate résiste à classification chimique facile. Dans colonne halogènes, mais aussi sur diagonale métalloïdes comme bore, silicium. En réactions, agit parfois halogène, parfois métal.

L'antimoine Sb est-il un métalloïde ?

Antimoine, symbole Sb, numéro atomique 51. Classé métalloïde, solide à température ambiante.

Le germanium est-il un métalloïde ?

Germanium même groupe que carbone, silicium, mais aussi étain, plomb. Classé métalloïde. Comme métalloïde, a qualités métal et non-métal. Aussi semi-conducteur = conductivité entre isolant et conducteur. Cette caractéristique l'a mené à l'électronique.

Le carbone est-il un métalloïde ?

Carbone est non-métal, autres éléments du groupe sont métaux. Groupe 15 = groupe azote. Métalloïdes de ce groupe : arsenic, antimoine. Groupe 15 contient aussi deux non-métaux et un métal.

Combien de métalloïdes dans le tableau périodique ?

Juste six métalloïdes. En plus du silicium : bore, germanium, arsenic, antimoine, tellure. Métalloïdes entre métaux et non-métaux dans tableau et propriétés.