Métal pauvre

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En chimie, un métal pauvre, parfois appelé métal de post-transition ou métal post-transitionnel, est un élément chimique métallique situé, dans le tableau périodique, entre les métaux de transition à leur gauche et les métalloïdes à leur droite. Le terme métal pauvre est assez peu employé, et en concurrence avec diverses autres appellations, également peu employées, recouvrant des notions apparentées, par exemple métal du bloc p ; il rend compte du fait que les propriétés métalliques de ces éléments sont les moins marquées de l'ensemble des métaux. Il est employé ici à défaut d'une terminologie validée par l'IUPAC pour désigner collectivement les éléments de cette nature.

Il s'agit de métaux mous ou fragiles à la résistance mécanique médiocre avec une température de fusion inférieure à celle des métaux de transition. Leur structure cristalline présente un caractère covalent plus marqué et des structures plus complexes que les autres éléments métalliques, avec un nombre plus réduit de liaisons par atome. Leur chimie est marquée, à des degrés divers, par une tendance à former des liaisons covalentes, un caractère amphotère acide/basique, et la formation d'espèces anioniques telles que les aluminates, les stannates (en) et les bismuthates (en), respectivement par l'aluminium, l'étain et le bismuth. Ils peuvent également former des phases de Zintl (en) avec un métal vrai (métal alcalin ou métal alcalino-terreux), comme les composés intermétalliques NaTl et Na2Tl.

Éléments appartenant à cette série chimique[modifier | modifier le code]

Parmi les métaux pauvres, on range généralement le gallium 31Ga, l'indium 49In, l'étain 50Sn, le thallium 81Tl, le plomb 82Pb et le bismuth 83Bi. L'aluminium 13Al peut être vu comme un métalloïde, sinon il est rangé parmi les métaux pauvres. La chimie du polonium 84Po est globalement semblable à celle du tellure, qui est un métalloïde, mais ses propriétés physiques — hormis sa radioactivité — peuvent l'apparenter davantage aux métaux pauvres. Sur le flanc gauche, la définition IUPAC des éléments de transition[1] conduit à inclure tout ou partie des éléments du 12e groupezinc 30Zn, cadmium 48Cd, mercure 80Hg et copernicium 112Cn — parmi les métaux pauvres. Les manuels et de très nombreux ouvrages incluent cependant ces éléments dans les métaux de transition, ce qui permet d'assimiler ces derniers aux éléments du bloc d, lanthanides et actinides étant traités à part. D'un point de vue conceptuel, si le zinc et le cadmium sont exclus sans ambiguïté des métaux de transition par la définition de l'IUPAC, les cas du mercure et du copernicium peuvent être discutés :

  • Un composé du mercure — le fluorure de mercure(IV) HgF4 — dans lequel ce dernier serait à l'état d'oxydation +4 aurait été observé dans des conditions expérimentales très particulières. Dans la mesure où il met en jeu des électrons de la sous-couche 5d, il pourrait faire de cet élément un métal de transition. Il s'agit cependant d'une observation isolée et incertaine, la chimie du mercure restant par ailleurs celle d'un métal pauvre.
  • Le copernicium serait en revanche probablement un métal de transition, en raison d'effets relativistes stabilisant les orbitales 7s au détriment des orbitales 6d : l'ion Cn2+ aurait ainsi une configuration [Rn] 5f14 6d8 7s2, avec par conséquent une sous-couche 6d incomplète. En solution aqueuse, il serait à l'état d'oxydation +2, voire +4.

Sur la 7e période, le flérovium est le seul élément à avoir été caractérisé comme métal pauvre[2],[3] ; il est possible que d'autres éléments du bloc p de cette période le soient également, mais leur nature chimique n'a pas été suffisamment étudiée pour trancher.

D'une manière générale, le positionnement d'un élément dans une série chimique est parfois rendu délicat en raison de l'existence d'allotropes aux propriétés différentes. C'est par exemple le cas de l'étain : il existe d'une part sous une phase α grise de structure cubique de type diamant, stable aux basses températures, aux propriétés métalloïdes proches d'un non-métal, et, d'autre part, une phase β blanche de structure tétragonale, dont les propriétés sont celles d'un métal pauvre ; cette phase étant stable à température ambiante, l'étain est généralement considéré comme un métal pauvre.

Propriétés[modifier | modifier le code]

Le tableau ci-dessous résume quelques propriétés physiques des métaux pauvres ; les données relatives au flérovium proviennent toutes de calculs sur la base des modèles numériques existants[4],[5] :

Élément Masse
atomique
Température
de fusion
Température
d'ébullition
Masse
volumique
Rayon
atomique
Configuration
électronique
Énergie
d'ionisation
Électronégativité
(Pauling)
Aluminium 26,9815385 u 660,32 °C 2 519 °C 2,70 g·cm-3 143 pm [Ne] 3s2 3p1 577,5 kJ·mol-1 1,61
Zinc 65,38(2) u 419,53 °C 907 °C 7,14 g·cm-3 134 pm [Ar] 4s2 3d10 906,4 kJ·mol-1 1,65
Gallium 69,723(1) u 29,771 °C 2 204 °C 5,91 g·cm-3 135 pm [Ar] 4s2 3d10 4p1 578,8 kJ·mol-1 1,81
Cadmium 112,414(4) u 321,07 °C 767 °C 8,65 g·cm-3 151 pm [Kr] 5s2 4d10 867,8 kJ·mol-1 1,69
Indium 114,818(1) u 156,60 °C 2 072 °C 7,31 g·cm-3 167 pm [Kr] 5s2 4d10 5p1 558,3 kJ·mol-1 1,78
Étain 118,710(7) u 231,93 °C 2 602 °C 7,27 g·cm-3 140 pm [Kr] 5s2 4d10 5p2 708,6 kJ·mol-1 1,96
Mercure 200,592(3) u −38,83 °C 357 °C 13,53 g·cm-3 151 pm [Xe] 6s2 4f14 5d10 1 007,1 kJ·mol-1 2,00
Thallium 204,3835 u 304 °C 1 473 °C 11,85 g·cm-3 170 pm [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p1 589,4 kJ·mol-1 1,62
Plomb 207,2(1) u 327,46 °C 1 749 °C 11,34 g·cm-3 175 pm [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p2 715,6 kJ·mol-1 1,87
Bismuth 208,98040 u 271,40 °C 1 564 °C 9,78 g·cm-3 156 pm [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p3 703 kJ·mol-1 2,02
Polonium [209] 254 °C 962 °C 9,40 g·cm-3 168 pm [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p4 812,1 kJ·mol-1 2,0
Flérovium [289] 67 °C 147 °C 14 g·cm-3 180 pm [Rn] 7s2 5f14 6d10 7p2 823,9 kJ·mol-1

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « transition element », IUPAC, Compendium of Chemical Terminology (« Gold Book »), 2e éd. (1997). Version corrigée en ligne:  (2006-). :

    « Transition element: an element whose atom has an incomplete d sub-shell, or which can give rise to cations with an incomplete d sub-shell. »

  2. (en) Robert Eichler, N. V. Aksenov, Yu. V. Albin, A. V. Belozerov, G. A. Bozhikov, V. I. Chepigin, S. N. Dmitriev, R. Dressler, H. W. Gäggeler, V. A. Gorshkov, G.S. Henderson et al., « Indication for a volatile element 114 », Radiochimica Acta, vol. 98, no 3,‎ , p. 133-139 (DOI 10.1524/ract.2010.1705, lire en ligne)
  3. (en) J. V. Kratz, « The impact of the properties of the heaviest elements on the chemical and physical sciences », Radiochimica Acta, vol. 100, no 8-9,‎ , p. 569-578 (DOI 10.1524/ract.2012.1963, lire en ligne)
  4. (en) Darleane C. Hoffman, Diana M. Lee et Valeria Pershina, « Transactinide Elements and Future Elements », The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements,‎ , p. 1652-1752 (ISBN 978-94-007-0210-3, DOI 10.1007/978-94-007-0211-0_14, Bibcode 2011tcot.book.1652H, lire en ligne)
  5. (en) Burkhard Fricke, « Superheavy elements a prediction of their chemical and physical properties », Structure and Bonding, vol. 21,‎ , p. 89-144 (DOI 10.1007/BFb0116498, lire en ligne)