Métalloïde

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Dès les début de la chimie et jusqu'en 1965, le terme de métalloïde désigne un corps chimique, puis un élément chimique qui n'est pas un métal. Aujourd'hui, le concept de métalloïde se rapporte à un élément chimique qui ne peut être classé ni dans les métaux ni parmi les non-métaux


Avant 1965[modifier | modifier le code]

Dès les débuts de la chimie et jusqu'en 1964, les corps simples sont classés en métaux et métalloïdes. Le terme de métalloïdes désigne à cette époque ce que nous appelons aujourd'hui les non-métaux[1],[2],[3]. Les métaux se reconnaissent alors à des critères physiques (dureté, éclat métallique, conduction de l'électricité...) et des critères chimiques (production d'au moins un oxyde basique...). Les éléments qui n'ont pas ces caractéristiques sont les métalloïdes[3],[4].

Cette classification est discutée : le plomb qui est un métal n'a pas l'éclat métallique, tandis que l’étain qui est un métalloïde le possède. D’autres cas sont ambigus, tel le carbone : sa variété graphite n'est pas dure mais conduit l'électricité; sa variété diamant est dure mais ne conduit pas l'électricité.

À partir des années 1960, le critère retenu est celui de la nature des liaisons mises en jeu : métalliques pour les métaux, covalentes pour les métalloïdes. On nomme alors, à cette époque, métaux les éléments chimiques dont le nombre d'électrons dans la bande de valence (électrons les plus externes) est compris entre 1 et 3 et métalloïdes ceux possédant 4, 5, 6 ou 7 électrons. Les métaux occupent ainsi la partie gauche du tableau de Mendeleïev et les métalloïdes la partie droite à partir de la 13e colonnes. Ce sont les groupes du fluor (colonne VIIB), de l'oxygène (colonne VIB), de l'azote (colonne VB), du carbone (IVB) et du bore (colonne IIIB)[5]. L'hydrogène est un cas à part : considéré dès sa découverte comme un métalloïde (comme tous les éléments gazeux dans les conditions normales), il présente à l'état solide toutes les caractéristiques d'un métal. C'est l'hydrogène métallique.

Jusqu'en 1964, les programmes d'enseignement de la chimie en France se limitent à l'étude des métalloïdes[1],[6],[3],[7]. Pour les classes préparatoires aux grandes écoles, les éléments étudiés sont : l'hydrogène, l'oxygène, l'azote, les halogènes, le soufre, le phosphore, l'arsenic, le carbone, le silicium et le bore. Les manuels de chimie se déclinent alors en chimie générale et chimie des métalloïdes[6],[7],[8],[3].

Il faudra attendre 1965, pour que ces programmes introduisent l'étude des métaux (principalement le fer) et quelques produits organiques[9]. À cette époque le terme de "métalloïde" tombe en désuétude et est remplacé par "non-métaux"[5]. Parallèlement les livres de chimie se déclinent en chimie générale, chimie minérale et chimie organique[10].

Concept actuel[modifier | modifier le code]

Le concept de métalloïde se rapporte à un élément chimique qui ne peut être classé ni dans les métaux ni parmi les non-métaux[11], c’est-à-dire dont les propriétés physiques et chimiques sont intermédiaires entre celles d’un métal et d’un non-métal.

Il convient de remarquer qu'il n'existe aucune définition standard précise de métalloïde et qu'il n'y a pas de consensus sur les éléments qu'il convient de classer dans cette famille. Il n'est pas mentionné dans le Gold Book de l'IUPAC[12] qui reconnaît en revanche les termes métal et non-métal. Par ailleurs, certains livres de chimie inorganique, actuel[13], voire un peu ancien[14], n'utilisent pas ce terme, alors que d'autres en font usage [15].

Les métalloïdes sont caractérisés par les propriétés suivantes :

Les métalloïdes forment donc une bande oblique dans le tableau périodique entre les métaux et les non-métaux :

Il convient de distinguer les termes métalloïde, semi-métal et semiconducteur, car un métalloïde désigne un groupe d'éléments chimiques tandis que les termes semi-métal et semiconducteur caractérisent des matériaux, y compris des alliages métalliques ou des matériaux organiques.

Certains éléments adjacents à la série des métalloïdes peuvent avoir des variétés allotropiques qui présentent des comportements métalloïdes : c'est le cas du carbone graphite (alors que le diamant est clairement non-métallique), ainsi que du phosphore, de l'étain et du bismuth.

Il existe un nombre pair d’électrons par cellule unité, de sorte que les bandes de valence devraient être occupées, et les bandes de conduction vacantes, ce qui conduirait à un semi-conducteur. Cependant, dans un semi-métal, la bande de valence et la bande de conduction se recouvrent partiellement. Il en résulte que certains états les plus hauts de la bande de valence sont vacants, et certains états les plus bas de la bande de conduction sont partiellement occupés. Un semi-métal est donc un conducteur dans lequel les porteurs de charge sont soit des trous dans la bande de valence soit des électrons dans la bande de conduction. Il est possible en appliquant une pression de modifier la structure de bande d’un matériau pour produire une transition semi-conducteur → semi-métal.

Notes et Références[modifier | modifier le code]

  1. a et b A. Joly, R. Lespieau, Cours élémentaire de chimie Paris, 1908. Hachette. Tome I : Chimie Générale. Tome II : Métalloïdes.
  2. K. Fournel, Guillaume Rumeau, Chimie générale, Paris, 1938. Librairie Delagrave
  3. a, b, c et d K. Fournel et Quevron, Cours de chimie industrielle, Paris, 1931, Librairie Delagrave. Chapitre 1 : Métalloïdes et Métaux
  4. Robert Lespieau, Chimie générale, métalloïdes : cours élémentaire de chimie, Paris, 1919, Hachette
  5. a et b Brunold, Delarue, Chimie, Paris, 1965, Masson. Paragraphe 119 :Métaux et non métaux
  6. a et b Guillaume Rumeau, Cours de chimie : à l'usage de la classe de mathématiques spéciales et des candidats aux grandes écoles, Paris, 1928, Librairie Delagrave. Tome I : Chimie Générale. Tome II : Métalloïdes
  7. a et b P. Fournel, L. Quevron, G. Rumeau,Cours de chimie, notions de chimie générale et métalloïdes à l'usage des candidats aux écoles nationales d'Arts et Métiers, Paris, 1948.
  8. Chimie métalloïdes, à l'usage des candidats aux grandes école - Guillaume Rumeau et Emile Masdupuy - Paris, 1959. Librairie Delagrave.
  9. Brunold, Delarue, Chimie, Paris, 1965, Masson. Programmes
  10. Brunold, Delarue, Chimie, Paris, 1965, Masson. Avant propos
  11. Le terme métalloïde désignait initialement tout élément chimique non métallique, comprenant donc les non-métaux, les halogènes, les gaz rares. Les éléments chimiques intermédiaires entre les métaux et les non-métaux sont aussi désignés par éléments semi-métalliques, ou semi-métaux.
  12. http://goldbook.iupac.org/
  13. Greenwood N.N. & Eanrshaw A (2003) Chemistry of the elements. 2nd Ed. Elsevier.
  14. Cotton F. A. & Wilkinson G. (1962) Advanced Inorganic Chemistry. 3rd Ed. Wiley-Interscience.
  15. Porterfield W.W. (1993) Inorganic Chemistry. 2nd Ed. Academic Press.

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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