Propriétés clés des métaux, non-métaux et métalloïdes : conductivité, malléabilité, état physique

Les éléments peuvent être classés comme métaux, non-métaux, ou semi-métaux (métalloïdes).

Métaux : bons conducteurs chaleur/électricité, malléables (forgeables en feuilles), ductiles (étirables en fils). La plupart solides à température ambiante avec lustre argenté caractéristique (sauf mercure, liquide).

Non-métaux : (généralement) mauvais conducteurs chaleur/électricité, ni malléables ni ductiles ; beaucoup gazeux à température ambiante, d'autres liquides, d'autres solides.

Métalloïdes : propriétés intermédiaires. Physiquement plus proches non-métaux, mais dans certaines conditions certains conduisent l'électricité. Ces semi-conducteurs sont cruciaux dans ordinateurs et appareils électroniques.

De nombreux tableaux périodiques séparent métaux et non-métaux par une ligne à droite. Métaux à gauche (sauf hydrogène, non-métal), non-métaux à droite, éléments adjacents à la ligne = métalloïdes.

Quand éléments se combinent pour former composés, deux types majeurs de liaison : ionique (transfert d'électrons d'une espèce à l'autre, ions chargés s'attirent fortement par interactions électrostatiques) et covalente (atomes partagent électrons pour former molécules neutres).

Généralement, métaux et non-métaux forment composés ioniques, tandis que non-métaux entre eux forment composés covalents (molécules).

Métaux dans le tableau périodique

La plupart des éléments sont métaux. Groupés au centre et centre-gauche du tableau. Composés de : métaux alcalins, alcalino-terreux, métaux de transition, lanthanides, actinides.

Plus de ressources : Qu'est-ce que le métal et ses types ?

Métaux alcalins

Première colonne à gauche du tableau. Métaux mous, hautement réactifs, un électron sur sous-couche s externe.

Six métaux alcalins : Lithium, Sodium, Potassium, Rubidium, Minéral lépidolite source Rubidium, Césium, Césium, Francium. (Note : liste originale redondante, corrigée ci-dessous)

Métaux alcalino-terreux

Colonne 2 à gauche. Généralement plus durs et denses que métaux alcalins, 2 électrons sur sous-couche s externe, chaque métal donne couleur de flamme distincte.

Six métaux alcalino-terreux : Béryllium, Magnésium, Calcium, Strontium, Baryum, Radium.

Métaux de transition

Centre du corps principal du tableau. Parfois appelés métaux lourds, plus denses que métaux alcalins/alcalino-terreux.

38 métaux de transition dont : Cobalt, Cuivre, Cuivre natif Arizona, Or, Fer, Mercure, Platine, Argent, Titane, Tungstène, Zinc.

Métaux de terres rares

Typiquement dans leur propre tableau sous le principal. Mais s'insèrent其实 au milieu du tableau. Deux types : Lanthanides et Actinides.

Métaux lanthanides

15 lanthanides listés. Tous très similaires, difficiles à différencier.

Exemples : Cérium, Prométhium, Gadolinium, Dysprosium, Lutécium.

Métaux actinides

15 actinides listés. La plupart n'existent pas dans la nature car instables, produits dans réacteurs nucléaires et accélérateurs de particules.

Exemples : Thorium, Uranium, Plutonium, Californium, Mendélévium.

Autres métaux

Métaux listés « autres » vers la droite du corps principal. Parfois appelés semi-métaux ou métaux de post-transition. Généralement plus mous que autres métaux, points de fusion plus bas.

Scientifiques ne s'accordent pas universellement sur quels éléments appartiennent à cette catégorie, donc selon tableau, 8 à 14 éléments.

Exemples : Aluminium, Bismuth, Cristal bismuth, Indium, Plomb, Étain.

Propriétés des métaux

Métaux = éléments formant ions positifs en perdant électrons lors réactions chimiques, sauf hydrogène. Donc éléments électropositifs avec basses énergies d'ionisation. La plupart partagent : brillants, très denses, hauts points de fusion. De plus : ductiles, malléables, lustreux. Bons conducteurs chaleur/électricité. Tous solides à température ambiante, sauf mercure (liquide).

Métaux forment généralement liaisons ioniques avec non-métaux, mais exceptions. La plupart forment au moins un oxyde basique, certains amphotères. Large gamme de réactivité. Groupes spéciaux : métaux nobles Ru, Rh, Pd, Pt, Au, Os, Ir, Ag ; métaux réfractaires Nb, Mo, Ta, W, Re.

Propriétés physiques des métaux :

• Malléables (état solide) : peuvent être martelés en feuilles minces. Or = plus malléable.
• Ductiles : peuvent être étirés en fils. Argent = un des plus ductiles.
• Bons conducteurs chaleur/électricité.
• Lustreux : aspect brillant. Certains forment patine et perdent lustre.
• Haute résistance à la traction : supportent charges lourdes.
• Sonores : sonnerie quand frappés.
• Durs : ne se coupent pas facilement.
• Forment cations en solution aqueuse en perdant électrons.
• Points de fusion : souvent hauts, mais exceptions (césium, gallium, mercure, rubidium, étain = bas). Points d'ébullition généralement hauts.
• Large gamme densités, mais généralement plus denses que non-métaux. Tungstène, platine, osmium, or, iridium = extrêmement denses.
• Majorité argentés, mais or, césium, cuivre colorés.

Propriétés chimiques des métaux

Métaux = éléments électropositifs formant généralement oxydes basiques ou amphotères avec oxygène. Autres propriétés :

• Caractère électropositif : Basses énergies d'ionisation, tendent à perdre électrons (s'oxydent) dans réactions. N'acceptent généralement pas d'électrons. Exemples :
  • Métaux alcalins toujours 1+ (perdent électron sous-couche s)
  • Métaux alcalino-terreux toujours 2+ (perdent les deux électrons sous-couche s)
  • Ions métaux transition : pas de motif évident, 2+ courant (perdent deux électrons s), 1+ et 3+ observés

Na⁰ → Na⁺ + e⁻

Mg⁰ → Mg²⁺ + 2e⁻

Al⁰ → Al³⁺ + 3e⁻

Composés métaux/non-métaux tendent à être ioniques. La plupart oxydes métalliques = oxydes basiques, se dissolvent dans l'eau pour former hydroxydes métalliques :

Na₂O(s) + H₂O(l) → 2NaOH(aq)

CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq)

Oxydes métalliques montrent nature basique en réagissant avec acides pour former sels métalliques et eau :

MgO(s) + HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂O(l)

NiO(s) + H₂SO₄(aq) → NiSO₄(aq) + H₂O(l)

Localisation des métaux dans le tableau périodique

Plus de 75 % des éléments sont métaux, remplissant la plupart du tableau. Métaux côté gauche. Les deux rangées sous le corps principal (lanthanides, actinides) sont métaux.

Dans le tableau, ligne en escalier partant du Bore (B), n°5, jusqu'au Polonium (Po), n°84. Sauf Germanium (Ge) et Antimoine (Sb), tous éléments à gauche de cette ligne = métaux.

Usages des métaux

Métaux utilisés dans tous aspects de la vie. Liste non exhaustive :

• Composants structurels
• Contenants
• Fils et appareils électriques
• Dissipateurs thermiques
• Miroirs
• Monnaies
• Bijoux
• Armes
• Nutrition (fer, cuivre, cobalt, nickel, zinc, molybdène)

Non-métaux dans le tableau périodique

Éléments non-métaux : coin supérieur droit du tableau. Incluent : groupe non-métaux, halogènes, gaz nobles. Propriétés chimiques similaires les distinguant des métaux.

Groupes de non-métaux

Groupe non-métaux = sous-ensemble des non-métaux. Comprend : hydrogène, carbone, azote, oxygène, phosphore, soufre, sélénium. Hydrogène agit comme non-métal à T°/P° normales, généralement accepté dans groupe non-métaux.

Halogènes = non-métaux groupe 7. Atomes ont état d'oxydation -1. En haut du groupe = gaz, deviennent liquides/solides en descendant. Halogènes : fluor, chlore, brome, iode, astate. Propriétés du tennessine inconnues. Pourrait être halogène ou métalloïde.

Gaz nobles = gaz peu réactifs groupe 8 (dernière colonne). Hélium, néon, argon, krypton, xénon, radon, oganesson. Oganesson probablement pas gaz à T° ambiante.

Plus de ressources : Que sont les non-métaux ?

Propriétés des non-métaux

Éléments tendant à gagner électrons pour former anions lors réactions = non-métaux. Éléments électronégatifs avec hautes énergies d'ionisation. Non-lustreux, cassants, mauvais conducteurs chaleur/électricité (sauf graphite). Peuvent être gaz, liquides, solides.

Propriétés physiques des non-métaux

• État physique : La plupart existent dans deux des trois états à T° ambiante : gaz (oxygène) et solides (carbone). Seul brome = liquide à T° ambiante.
• Non-malléables et non-ductiles : Très cassants, ne peuvent être roulés en fils ou martelés en feuilles.
• Conduction : Mauvais conducteurs chaleur/électricité.
• Lustre : Pas de lustre métallique, ne reflètent pas la lumière.
• Points de fusion/ébullition : Quand métal fond/bout = changement état physique. Énergie transférée pour fondre/bouillir. Énergie nécessaire pour surmonter forces attraction entre ions métalliques et électrons délocalisés. Plus énergie = plus haut point fusion/ébullition. Métaux = structures géantes réseau, forces électrostatiques énormes à briser → points fusion/ébullition hauts. Plus similaires composés ioniques que substances covalentes.
• Sept non-métaux existent conditions standard molécules diatomiques : H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂(l), I₂(s).

Propriétés chimiques des non-métaux

Non-métaux tendent à gagner ou partager électrons avec autres atomes. Caractère électronégatif. En réagissant avec métaux, tendent à gagner électrons (généralement configuration gaz noble) et deviennent anions :

3Br₂(l) + 2Al(s) → 2AlBr₃(s)

Composés entièrement non-métaux = substances covalentes. Forment généralement oxydes acides/neutres avec oxygène, se dissolvent dans eau pour former acides :

CO₂(g) + H₂O(l) → H₂CO₃(aq) acide carbonique

L'eau gazéifiée est légèrement acide (acide carbonique).

Oxydes non-métaux peuvent combiner avec bases pour former sels :

CO₂(g) + 2NaOH(aq) → Na₂CO₃(aq) + H₂O(l)

Localisation des non-métaux dans le tableau périodique

Non-métaux : côté droit extrême du tableau, sauf hydrogène (coin supérieur gauche).

Les 17 non-métaux : hydrogène, hélium, carbone, azote, oxygène, fluor, néon, phosphore, soufre, chlore, argon, sélénium, brome, krypton, iode, xénon, radon.

Usages des non-métaux

Contrairement aux métaux, pas d'applications universelles. Mais apparaissent ensemble dans certaines :

• Essentiels à la vie (carbone, hydrogène, azote, oxygène, soufre, chlore, phosphore)
• Engrais (hydrogène, azote, phosphore, soufre, chlore, sélénium)
• Réfrigérants et cryogénie (hydrogène, hélium, azote, oxygène, fluor, néon)
• Acides industriels (carbone, azote, fluor, phosphore, soufre, chlore)
• Lasers et lampes
• Médecine et pharmacie

Non-métaux forment beaucoup de composés. En fait, la plupart des composés rencontrés contiennent non-métaux. Dans eau, aliments, tissus, plastiques, objets quotidiens.

Propriétés métaux vs non-métaux — Quelle différence ?

Propriétés	Métal	Non-Métal
Apparence	Brillant	Terne
État à T° ambiante	Solide (sauf mercure, liquide)	~moitié solides, ~moitié gaz, un (brome) liquide
Densité	Élevée (lourds pour leur taille)	Faible (légers pour leur taille)
Résistance	Forte	Faible
Malléable ou cassant	Malléable (plie sans casser)	Cassant (casse/éclate sous marteau)
Conduction chaleur	Bonne	Mauvaise (isolants)
Conduction électricité	Bonne	Mauvaise (isolants, sauf graphite)
Matériau magnétique	Seulement fer, cobalt, nickel	Aucun
Son quand frappé	Sonnerie (sonores)	Son mat
Type d'oxyde	Basique/alcalin	Acide

Métalloïde dans le tableau périodique

Éléments métalloïdes, ou semi-métaux = éléments avec propriétés métaux ET non-métaux. Définition inclut 6 à 9 éléments sur ligne oblique entre métaux et non-métaux.

Six éléments unanimement métalloïdes : Bore, Silicium, Germanium, Arsenic, Antimoine, Tellure.

Hors ces six, définition inclut parfois bismuth, polonium, astate. Ambiguïté due au manque de propriétés spécifiques caractéristiques de tous métalloïdes.

Caractérisés simplement comme mélange propriétés entre métaux et non-métaux. Structuralement, forment structures cristallines à liaisons covalentes, caractéristique non-métaux.

Usage connu : semi-conducteurs dans appareils électroniques ménagers.

Propriétés des métalloïdes

Propriétés intermédiaires métaux/non-métaux. Utiles industrie semi-conducteurs. Tous solides à T° ambiante. Forment alliages avec autres métaux.

Certains, comme silicium et germanium, conduisent électricité sous bonnes conditions → semi-conducteurs. Ex : silicium paraît lustreux mais ni malléable ni ductile (cassant = caractéristique non-métaux). Bien plus mauvais conducteur chaleur/électricité que métaux. Propriétés physiques tendent métalliques, chimiques tendent non-métalliques. Nombre d'oxydation : +5 à -2 selon groupe.

Métaux	Non-métaux	Métalloïdes
Or	Oxygène	Silicium
Argent	Carbone	Bore
Cuivre	Hydrogène	Arsenic
Fer	Azote	Antimoine
Mercure	Soufre	Germanium
Zinc	Phosphore

Propriétés communes des métalloïdes

• Électronégativités entre non-métaux et métaux.
• Énergies d'ionisation aussi entre non-métaux et métaux.
• Semi-métaux/métalloïdes : caractéristiques non-métaux ET métaux.
• Réactivité selon propriétés éléments interagissant.
• Tendent à être bons semi-conducteurs.
• Peuvent avoir lustre métallique, mais allotropes aspect non-métallique.
• Généralement cassants, typiquement solides, non-solides seulement conditions inhabituelles.
• Se comportent typiquement comme non-métaux en réactions chimiques, forment alliages avec métaux.

Propriétés chimiques des métalloïdes

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

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

Localisation des métalloïdes dans le tableau périodique

Comme mentionné, métalloïdes = groupe éléments sur ligne oblique entre métaux et non-métaux. Ligne s'étend groupe 13 à groupe 16, 17, ou 18 (selon nombre éléments considérés vrais métalloïdes).

À gauche de cette ligne : éléments classés métaux ; à droite : non-métaux. Exception : hydrogène, non-métal mais côté gauche.

Tableau périodique avec six métalloïdes (commençant bore B) marqués beige. Groupe inclut parfois bismuth (Bi), polonium (Po), astate (At) période 6.

Plus de ressources : Où sont les métalloïdes dans le tableau périodique ?

Tendances caractère métallique et non-métallique

Caractère métallique maximal pour éléments partie gauche du tableau, tend à diminuer vers droite dans une période (caractère non-métallique augmente avec électronégativité et énergie d'ionisation croissantes).

Dans un groupe (colonnes), caractère métallique augmente de haut en bas (électronégativité et énergie d'ionisation diminuent généralement en descendant). Cette tendance générale pas nécessairement observée avec métaux de transition.