PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET CHIMIQUES DES MÉTAUX - CHIMIE

Les propriétés des métaux, à la fois physiques et chimiques, sont essentielles à la construction d'innombrables artefacts et ouvrages d'ingénierie, ainsi que des ornements décoratifs dans diverses cultures et célébrations.

Depuis des temps immémoriaux, ils ont suscité la curiosité pour leur aspect attrayant, contrastant avec l'opacité des roches. Certaines de ces propriétés les plus appréciées sont, entre autres, une résistance élevée à la corrosion, une faible densité, une dureté, une ténacité et une élasticité élevées.

Les métaux sont reconnaissables au premier coup d'œil par leurs surfaces brillantes et généralement argentées. Source: George Becker via Pexels.

En chimie, il s'intéresse plus aux métaux d'un point de vue atomique: le comportement de leurs ions face aux composés organiques et inorganiques. De même, les sels peuvent être préparés à partir de métaux pour des utilisations très spécifiques; par exemple, les sels de cuivre et d'or.

Cependant, ce sont les propriétés physiques qui ont d'abord captivé l'humanité. En général, ils se caractérisent par leur durabilité, ce qui est particulièrement vrai dans le cas des métaux nobles. Ainsi, tout ce qui ressemblait à l'or ou à l'argent était considéré comme précieux; des pièces de monnaie, des bijoux, des bijoux, des chaînes, des statues, des assiettes, etc. ont été fabriqués.

Les métaux sont les éléments les plus abondants dans la nature. Jetez un œil au tableau périodique pour certifier que presque tous ses éléments sont métalliques. Grâce à eux, des matériaux étaient disponibles pour conduire le courant électrique dans les appareils électroniques; c'est-à-dire qu'ils sont les artères de la technologie et les os des bâtiments.

Propriétés physiques des métaux

Les propriétés physiques des métaux sont celles qui les définissent et les différencient en tant que matériaux. Il n'est pas nécessaire qu'ils subissent une transformation causée par d'autres substances, mais par des actions physiques telles que les chauffer, les déformer, les polir ou simplement les regarder.

Éclat

La grande majorité des métaux sont brillants et ont également des couleurs grisâtres ou argentées. Il y a quelques exceptions: le mercure est noir, le cuivre est rougeâtre, l'or est doré et l'osmium présente des teintes bleuâtres. Cette luminosité est due aux interactions des photons avec sa surface délocalisée électroniquement par la liaison métallique.

Dureté

Les métaux sont durs, sauf les alcalins et quelques autres. Cela signifie qu'une barre métallique pourra rayer la surface qu'elle touche. Dans le cas des métaux alcalins, tels que le rubidium, ils sont si mous qu'ils peuvent être grattés avec un ongle; au moins avant qu'ils ne commencent à corroder la viande.

Malléabilité

Les métaux sont généralement malléables à différentes températures. Lorsqu'ils sont frappés, et s'ils sont déformés ou écrasés sans se fracturer ni s'effriter, le métal est dit malléable et présente une malléabilité. Tous les métaux ne sont pas malléables.

Ductilité

Les métaux, en plus d'être malléables, peuvent être ductiles. Lorsqu'un métal est ductile, il est susceptible de subir des déformations dans le même sens, devenant comme s'il s'agissait d'un fil ou d'un fil. Si l'on sait qu'un métal peut être échangé dans des roues à câbles, on peut affirmer qu'il s'agit d'un métal ductile; par exemple, des fils de cuivre et d'or.

Cristaux d'or synthétiques. Alchimiste-hp (discussion) www.pse-mendelejew.de

Conductivité thermique et électrique

Les métaux sont de bons conducteurs de chaleur et d'électricité. Parmi les meilleurs conducteurs de chaleur, nous avons l'aluminium et le cuivre; tandis que ceux qui conduisent le mieux l'électricité sont l'argent, le cuivre et l'or. Le cuivre est donc un métal très apprécié dans l'industrie pour son excellente conductivité thermique et électrique.

Fils de cuivre. Scott Ehardt

Sonorité

Les métaux sont des matériaux solides. Si deux parties métalliques sont frappées, un son caractéristique sera produit pour chaque métal. Les experts et les amateurs de métaux sont en effet capables de les distinguer par le son qu'ils émettent.

Points de fusion et d'ébullition élevés

Les métaux peuvent résister à des températures élevées avant de fondre. Certains métaux, comme le tungstène et l'osmium, fondent respectivement à des températures de 3422 ºC et 3033 ºC. Cependant, le zinc (419,5 ° C) et le sodium (97,79 ° C) fondent à des températures très basses.

Parmi tous, le césium (28,44 ºC) et le gallium (29,76 ºC) sont ceux qui fondent aux températures les plus basses.

A partir de ces valeurs, une idée peut être obtenue sur la raison pour laquelle un arc électrique est utilisé dans les processus de soudage et des éclairs intenses sont provoqués.

D'autre part, les points de fusion élevés indiquent eux-mêmes que tous les métaux sont solides à température ambiante (25 ° C); À l'exception du mercure, le seul métal et l'un des rares éléments chimiques qui soit liquide.

Mercure sous forme liquide. Bionerd

Alliages

Bien que n'étant pas une propriété physique en tant que telle, les métaux peuvent se mélanger les uns avec les autres, à condition que leurs atomes parviennent à s'adapter pour créer des alliages. Ce sont donc des mélanges solides. Une paire de métaux peut être alliée plus facilement qu'une autre; et certains en fait ne peuvent pas du tout être alliés en raison de la faible affinité entre eux.

Le cuivre "s'entend" avec l'étain, se mélangeant avec lui pour former du bronze; ou avec du zinc, pour former du laiton. Les alliages offrent de multiples alternatives lorsque les métaux seuls ne peuvent pas répondre aux caractéristiques requises pour une application; comme quand on veut allier la légèreté d'un métal à la ténacité d'un autre.

Propriétés chimiques

Les propriétés chimiques sont celles inhérentes à leurs atomes et à la manière dont ils interagissent avec des molécules extérieures à leur environnement pour cesser d'être des métaux, pour devenir d'autres composés (oxydes, sulfures, sels, complexes organométalliques, etc.). Il s'agit alors de leur réactivité et de leurs structures.

Structures et liens

Les métaux, contrairement aux éléments non métalliques, ne sont pas regroupés en tant que molécules, MM, mais en tant que réseau d'atomes M maintenus ensemble par leurs électrons extérieurs.

En ce sens, les atomes métalliques restent fortement unis par une «mer d'électrons» qui les baigne, et ils vont partout; c'est-à-dire qu'ils sont délocalisés, ils ne sont fixés dans aucune liaison covalente, mais ils constituent la liaison métallique. Ce réseau est très ordonné et répétitif, nous avons donc des cristaux métalliques.

Les cristaux métalliques, de tailles différentes et pleins d'imperfections, et leur liaison métallique, sont responsables des propriétés physiques observées et mesurées des métaux. Le fait qu'ils soient colorés, brillants, bons conducteurs et sonores est dû à leur structure et à leur délocalisation électronique.

Il y a des cristaux où les atomes sont plus compactés que d'autres. Par conséquent, les métaux peuvent être aussi denses que le plomb, l'osmium ou l'iridium; ou aussi léger que le lithium, même capable de flotter sur l'eau avant de réagir.

Corrosion

Les métaux sont sensibles à la corrosion; bien que plusieurs d'entre eux puissent exceptionnellement y résister dans des conditions normales (métaux nobles). La corrosion est une oxydation progressive de la surface métallique, qui finit par s'effriter, provoquant des taches et des trous qui gâchent sa surface brillante, ainsi que d'autres couleurs indésirables.

Les métaux tels que le titane et l'iridium ont une résistance élevée à la corrosion, car la couche de leurs oxydes formés ne réagit pas avec l'humidité et ne permet pas à l'oxygène de pénétrer à l'intérieur du métal. Et parmi les métaux les plus faciles à corroder, nous avons le fer, dont la rouille est tout à fait reconnaissable à sa couleur brune.

Les agents réducteurs

Certains métaux sont d'excellents agents réducteurs. Cela signifie qu'ils abandonnent leurs électrons à d'autres espèces avides d'électrons. Le résultat de cette réaction est qu'ils finissent par devenir des cations, M ^{n +}, où n est l'état d'oxydation du métal; c'est-à-dire sa charge positive, qui peut être polyvalente (supérieure à 1+).

Par exemple, les métaux alcalins sont utilisés pour réduire certains oxydes ou chlorures. Lorsque cela se produit avec le sodium, Na, il perd son seul électron de valence (car il appartient au groupe 1) pour devenir un ion ou un cation sodium, Na ⁺ (monovalent).

De même avec le calcium, Ca (groupe 2), qui perd deux électrons au lieu d'un seul et reste sous forme de cation divalent Ca ²⁺.

Les métaux peuvent être utilisés comme agents réducteurs car ce sont des éléments électropositifs; ils sont plus susceptibles d'abandonner leurs électrons que de les gagner d'autres espèces.

Réactivité

Cela dit, les électrons ont tendance à perdre des électrons, il faut s'attendre à ce que dans toutes leurs réactions (ou la plupart) ils finissent par se transformer en cations. Or, ces cations interagissent apparemment avec les anions pour générer une large gamme de composés.

Par exemple, les métaux alcalins et alcalino-terreux réagissent directement (et de manière explosive) avec l'eau pour former des hydroxydes, M (OH) _n, formés par des ions M ^{n +} et OH ^-, ou par des liaisons M-OH.

Lorsque les métaux réagissent avec l'oxygène à des températures élevées (comme celles atteintes par une flamme), ils se transforment en oxydes de M ₂ O _n (Na ₂ O, CaO, MgO, Al ₂ O ₃, etc.). C'est parce que nous avons de l'oxygène dans l'air; mais aussi l'azote, et certains métaux peuvent former un mélange d'oxydes et de nitrures, M ₃ N _n (TiN, AlN, GaN, Be ₃ N ₂, Ag ₃ N, etc.).

Les métaux peuvent être attaqués par des acides et des bases forts. Dans le premier cas, des sels sont obtenus, et dans le second encore des hydroxydes ou des complexes basiques.

La couche d'oxyde qui recouvre certains métaux empêche les acides d'attaquer le métal. Par exemple, l'acide chlorhydrique ne peut pas dissoudre tous les métaux pour former leurs chlorures métalliques hydrosolubles respectifs.

Références

Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
Shiver et Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
Accueil Science Tools. (2019). Leçon de science des métaux. Récupéré de: learning-center.homesciencetools.com
Le groupe d'édition Rosen. (2019). Les métaux. Récupéré de: pkphysicalscience.com
Toppr. (sf). Propriétés chimiques des métaux et des non-métaux. Récupéré de: toppr.com
Wikipédia. (2019). Métal. Récupéré de: en.wikipedia.org

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