LIAISON MÉTALLIQUE: PROPRIÉTÉS, MODE DE FORMATION ET EXEMPLES - CHIMIE - 2025

La liaison métallique est celle qui maintient les atomes des éléments métalliques étroitement ensemble. Il est présent dans les métaux et définit toutes leurs propriétés physiques qui les caractérisent comme des matériaux durs, ductiles, malléables et de bons conducteurs de chaleur et d'électricité.

De toutes les liaisons chimiques, la liaison métallique est la seule où les électrons ne sont pas situés exclusivement entre une paire d'atomes, mais sont délocalisés entre des millions d'entre eux dans une sorte de colle ou «mer d'électrons» qui les maintiennent étroitement ensemble. ou cohésif.

Liaison métal cuivre

Par exemple, supposons le cuivre métallique. Dans le cuivre, ses atomes de Cu abandonnent leurs électrons de valence pour former la liaison métallique. Au-dessus de cette liaison est représentée par des cations Cu ²⁺ (cercles bleus) entourés d'électrons (cercles jaunes). Les électrons ne sont pas encore: ils se déplacent à travers le cristal de cuivre. Cependant, dans les métaux, on ne parle pas formellement de cations, mais d'atomes de métaux neutres.

La liaison métallique est vérifiée en examinant les propriétés des éléments métalliques, ainsi que celles de leurs alliages. Ceux-ci intègrent une série de matériaux brillants, argentés, résistants et durs, qui ont également des points de fusion et d'ébullition élevés.

Comment se forme la liaison métallique?

Liaison métallique en zinc

La liaison métallique est formée uniquement entre un ensemble ou un groupe d'atomes métalliques. Pour que les électrons se déplacent à travers le cristal métallique, il doit y avoir une «autoroute» sur laquelle ils peuvent voyager. Ceci est conçu à partir du chevauchement de toutes les orbitales atomiques des atomes voisins.

Par exemple, considérons une rangée d'atomes de zinc, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Ces atomes chevauchent leurs orbitales atomiques de valence pour créer des orbitales moléculaires. À leur tour, ces orbitales moléculaires se chevauchent avec d'autres orbitales d'atomes de Zn voisins.

Chaque atome de zinc contribue à deux électrons pour contribuer à la liaison métallique. De cette manière, le chevauchement ou l'union des orbitales moléculaires, et les atomes donnés par le zinc, créent une "autoroute" par laquelle les électrons sont délocalisés dans tout le cristal comme s'ils étaient une colle ou une mer d'électrons, couvrant ou baignant tous les atomes métalliques.

Propriétés de la liaison métallique

Structures

La liaison métallique est à l'origine de structures compactes, où les atomes sont étroitement unis, sans grande distance qui les sépare. Selon le type de structure spécifique, il existe différents cristaux, certains plus denses que d'autres.

Dans les structures métalliques, on ne parle pas de molécules, mais d'atomes neutres (ou de cations, selon d'autres perspectives). Revenant à l'exemple du cuivre, dans ses cristaux compactés il n'y a pas de molécules de Cu ₂, avec une liaison covalente Cu-Cu.

Réorganisation

Le lien métallique a la propriété de se réorganiser. Cela ne se produit pas avec les liaisons covalentes et ioniques. Si une liaison covalente se rompt, elle ne se reformera pas comme si de rien n'était. De plus, les charges électriques sur la liaison ionique sont invariables à moins qu'une réaction chimique n'ait lieu.

Prenons par exemple le mercure métallique pour expliquer ce point.

La liaison métallique entre deux atomes de mercure adjacents, Hg ··· Hg, peut se rompre et se reformer avec un autre atome voisin si le cristal est soumis à une force externe qui le déforme.

Ainsi, la liaison est réorganisée tandis que le verre subit une déformation. Cela donne aux métaux les propriétés d'être des matériaux ductiles et malléables. Sinon, ils se briseront comme des morceaux de verre ou de céramique, même lorsqu'ils sont chauds.

Conductivités thermiques et électriques

La propriété qu'a la liaison métallique d'avoir ses électrons délocalisés donne également aux métaux la capacité de conduire la chaleur et l'électricité. En effet, puisque les électrons sont délocalisés et se déplacent partout, ils transmettent efficacement des vibrations atomiques comme s'il s'agissait d'une onde. Ces vibrations se traduisent par de la chaleur.

D'autre part, lorsque les électrons se déplacent, il reste des espaces vides que d'autres peuvent occuper, ayant ainsi une vacance électronique à travers laquelle plus d'électrons peuvent «passer» et ainsi générer un courant électrique.

En principe, sans aborder les théories physiques derrière le phénomène, c'est l'explication générale de la conductivité électrique des métaux.

Lustre métallique

Les électrons délocalisés et mobiles peuvent également interagir avec et rejeter les photons dans la lumière visible. Selon les densités et la surface du métal, il peut présenter différentes nuances de gris ou d'argent, voire des étincelles irisées. Les cas les plus exceptionnels sont ceux du cuivre, du mercure et de l'or, qui absorbent des photons de certaines fréquences.

Délocalisation électronique

Pour comprendre la liaison métallique, il est nécessaire de comprendre ce que l'on entend par délocalisation d'électrons. Il est impossible de déterminer où se trouvent les électrons. Cependant, on peut estimer dans quelle région de l'espace ils sont susceptibles de se trouver. Dans une liaison covalente AB, la paire d'électrons est distribuée dans l'espace qui sépare les atomes A et B; on dit alors qu'ils sont situés entre A et B.

Dans une liaison métallique AB, cependant, on ne peut pas dire que les électrons se comportent de la même manière que dans une liaison covalente AB. Ils ne sont pas situés entre deux atomes spécifiques de A et B, mais sont diffusés ou dirigés vers d'autres parties du solide où se trouvent également des atomes compactés, c'est-à-dire étroitement liés, de A et B.

Dans ce cas, on dit que les électrons de la liaison métallique sont délocalisés: ils voyagent dans n'importe quelle direction où se trouvent des atomes de A et B, comme le montre la première image avec les atomes de cuivre et leurs électrons.

Par conséquent, dans la liaison métallique, nous parlons d'une délocalisation de ces électrons, et cette caractéristique est responsable de plusieurs des propriétés des métaux. La théorie de la mer d'électrons est également basée sur elle.

Exemples de liaisons métalliques

Certains liens métalliques couramment utilisés dans la vie quotidienne sont les suivants:

- Éléments métalliques

Zinc

Liaison métallique en zinc

Dans le zinc, un métal de transition, ses atomes sont liés par la liaison métallique.

Or (Au)

L'or pur, comme les alliages de ce matériau avec le cuivre et l'argent, est actuellement très utilisé dans la haute joaillerie.

Cuivre (Cu)

Ce métal est largement utilisé dans les applications électriques, grâce à ses excellentes propriétés de conduction électrique.

Argent (Ag)

Compte tenu de ses propriétés, ce métal est largement utilisé tant dans les applications de haute joaillerie que dans le domaine industriel.

Nickel (Ni)

À l'état pur, il est généralement utilisé pour la fabrication de pièces de monnaie, de piles, de fonderie ou de diverses pièces métalliques.

Cadmium (Cd)

C'est un matériau très toxique et est utilisé dans la fabrication de batteries.

Platine (Pt)

Il est utilisé dans la joaillerie fine (alliages avec de l'or), et dans la fabrication d'instruments de mesure de laboratoire et d'implants dentaires.

Titane (Ti)

Ce métal est couramment utilisé dans l'ingénierie, ainsi que dans la fabrication d'implants ostéosynthétiques, d'applications industrielles et de bijoux.

Plomb (Pb)

Ce matériau est utilisé dans la fabrication de conducteurs électriques, plus spécifiquement pour la fabrication de la gaine extérieure des câbles téléphoniques et de télécommunications.

- Composés métalliques

Acier commun

La réaction du fer avec le carbone produit de l'acier commun, un matériau beaucoup plus résistant aux contraintes mécaniques que le fer.

Acier inoxidable

Une variation du matériau ci-dessus peut être trouvée en combinant l'acier commun avec des métaux de transition tels que le chrome et le nickel.

Bronze

Il est produit en combinant du cuivre avec de l'étain, dans une proportion approximative de 88% et 12%, respectivement. Il est utilisé dans la fabrication de pièces de monnaie, d'outils et d'ornements publics.

Alliages de mercure

Divers alliages de mercure avec d'autres métaux de transition, tels que l'argent, le cuivre et le zinc, produisent les amalgames utilisés en dentisterie.

Alliage Chrome Platine

Ce type d'alliage est largement utilisé pour fabriquer des lames de rasoir.

Pieltre

Cet alliage d'étain, d'antimoine, d'enveloppe et de bismuth est couramment utilisé pour la fabrication d'ustensiles ménagers.

Laiton

Il est généré en combinant le cuivre et le zinc, dans une proportion de 67% et 33% respectivement. Il est utilisé dans la fabrication d'articles de quincaillerie.

Théorie de la mer d'électrons

Représentation simple d'une mer d'électrons. Source: Muskid

L'image ci-dessus illustre le concept d'une mer d'électrons. Selon la théorie de la mer d'électrons, les atomes métalliques libèrent leurs électrons de valence (charges négatives) pour devenir des ions atomiques (charges positives). Les électrons libérés font partie d'une mer dans laquelle ils sont délocalisés pour chaque pouce du cristal métallique.

Cependant, cela ne signifie pas qu'un métal est composé d'ions; ses atomes sont en fait neutres. On ne parle pas d'ions Hg ⁺ dans le mercure liquide, mais d'atomes de Hg neutres.

Une autre façon de visualiser la mer d'électrons est d'assumer la neutralité des atomes. Ainsi, bien qu'ils donnent à leurs électrons pour définir la liaison métallique qui les maintiennent étroitement cohésifs, ils reçoivent également instantanément d'autres électrons d'autres régions du cristal, de sorte qu'ils n'acquièrent jamais une charge positive.

Cette théorie explique pourquoi les métaux sont ductiles, malléables et comment les liaisons peuvent être réarrangées pour permettre la déformation d'un cristal sans se rompre. Certains appellent cette mer d'électrons «ciment électronique», car il est capable de bouger, mais dans des conditions normales, il se solidifie et maintient les atomes métalliques fermes et fixes.

Références

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