Non-métal

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1 H     He
2 Li Be   B C N O F Ne
3 Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
     
  La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu  
  **  Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr  
     
  Li   Métaux
  B   Métalloïdes
  H   Non-métaux
  Mt   Propriétés chimiques inconnues

Un non-métal est un élément chimique dont les atomes du corps simple sont unis par des liaisons covalentes ou des liaisons intermoléculaires, mais pas par des liaisons métalliques. Ce sont de bons isolants électriques et thermiques, pour la plupart très volatils, caractérisés par une masse volumique plus faible et des températures de changement d'état généralement bien plus basses que les métaux, à l'exception notable du carbone. Leur énergie d'ionisation et leur électronégativité sont élevées, leurs oxydes sont acides, et ils forment des liaisons ioniques avec les métaux, acquérant ou mettant en commun des électrons lorsqu'ils réagissent avec d'autres éléments ou composés. À l'état solide, ils présentent des surfaces ternes ou faiblement brillantes (bien que l'iode présente des reflets métalliques), sont plutôt fragiles et cassants (à l'exception notable du carbone diamant), et sont dépourvus de l'élasticité, de la malléabilité et de la ductilité caractéristiques des métaux.

Dans le tableau périodique, les non-métaux sont confinés dans l'angle supérieur droit, bordés sur leur gauche par les métalloïdes. 17 éléments sont généralement considérés comme non métalliques, parmi lesquels 11 sont gazeux (hydrogène, hélium, azote, oxygène, fluor, néon, chlore, argon, krypton, xénon et radon) à température et pression ambiantes, 5 sont solides (carbone, phosphore, soufre, sélénium et iode), et 1 est liquide : le brome.

Typologie des non-métaux[modifier | modifier le code]

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2 Li Be   B C N O F Ne
3 Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
     
  La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu  
  **  Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr  
     
  Li   Métaux alcalins
  Be   Métaux alcalino-terreux
  La   Lanthanides
  Ac   Actinides
  Sc   Métaux de transition
  Al   Métaux pauvres
  B   Métalloïdes
  C   Non-métaux polyatomiques
  O   Non-métaux diatomiques
  Ne   Non-métaux monoatomiques
  Nh   Nature chimique inconnue

Contrairement aux métaux, les non-métaux forment des corps simples dans lesquels les atomes sont unis par des liaisons covalentes, et non par des liaisons métalliques. En parcourant le tableau périodique depuis les métalloïdes vers la droite, les atomes des corps simples ont tendance à former un nombre décroissant de liaisons covalentes avec les atomes voisins :

  • Les atomes du carbone diamant, par exemple, établissent des liaisons covalentes avec quatre atomes voisins disposés au sommet d'un tétraèdre régulier, ce qui confère à la structure cristalline résultante une dureté exceptionnelle. Les atomes du carbone graphite, quant à eux, établissent des liaisons avec trois atomes voisins pour former une structure hexagonale plane. Ceux du phosphore blanc établissent également trois liaisons, pour former une molécule P4 tétraédrique, tandis que le phosphore noir est caractérisé par une structure rappelant celle du graphite, dans laquelle chaque atome est lié à trois autres.
  • Les atomes de soufre établissent, quant à eux, des liaisons avec deux atomes voisins pour former une structure cyclique de cyclooctasoufre S8. Le sélénium rouge présente également de tels cycles Se8, mais le sélénium gris, qui est un semiconducteur, présente une structure formée de chaînes linéaires dans laquelle chaque atome est lié à deux autres.
  • L'hydrogène, l'azote, l'oxygène et les halogènes forment des molécules diatomiques, dans lesquelles chaque atome est lié à un seul autre atome.
  • Enfin, les gaz nobles sont monoatomiques : chaque atome reste seul et n'a aucun autre atome lié par covalence.

Cette tendance progressive à la réduction du nombre de liaisons par atome va de paire avec l'affirmation croissante du caractère non métallique du corps simple. Elle permet ainsi de classer les non-métaux en trois séries :

  • les non-métaux polyatomiques, formant de quatre à deux liaisons covalentes par atome, et qui sont tous solides à température et pression ambiantes, pouvant présenter des propriétés les rapprochant des métalloïdes (carbone graphite, sélénium gris et phosphore noir par exemple) ;
  • les non-métaux diatomiques, formant une liaison covalente par atome, et donc des molécules diatomiques, qui peuvent présenter des phases métalliques à haute pression (hydrogène métallique et phase ζ de l'oxygène par exemple) ;
  • les gaz nobles, monoatomiques, qui sont chimiquement très peu réactifs, et totalement inertes pour les deux premiers.

Bien que les métaux soient cinq fois plus nombreux que les non-métaux, ces derniers constituent la presque totalité des êtres vivants : l'hydrogène, le carbone, l'azote, l'oxygène et le phosphore sont les constituants majeurs des molécules biologiques, tandis que le soufre et, dans une moindre mesure, le sélénium entrent dans la composition de nombreuses protéines. L'oxygène constitue à lui seul près de la moitié de la masse de l'écorce terrestre, des océans et de l'atmosphère. Enfin, l'hydrogène et l'hélium constituent à eux deux plus de 99 % de la matière baryonique de l'Univers observable.

Propriétés physiques[modifier | modifier le code]

Le tableau ci-dessous présente quelques propriétés des non-métaux.

Élément Masse
atomique
Température
de fusion
Température
d'ébullition
Masse
volumique
Rayon de
covalence
Configuration
électronique
Énergie
d'ionisation
Électronégativité
(Pauling)
Hydrogène 1,007975 u −259,16 °C −252,879 °C 0,08988 g·L-1 31±5 pm 1s1 1 312,0 kJ·mol-1 2,20
Hélium 4,002602 u −272,20 °C −268,928 °C 0,1786 g·L-1 28 pm 1s2 2 372,3 kJ·mol-1
Carbone 12,0106 u 3 642 °C 2,267 g·cm-3 69 pm [He] 2s2 2p2 1 086,5 kJ·mol-1 2,55
Azote 14,006855 u −210,00 °C −195,795 °C 1,251 g·L-1 71±1 pm [He] 2s2 2p3 1 402,3 kJ·mol-1 3,04
Oxygène 15,99940 u −218,79 °C −182,962 °C 1,429 g·L-1 66±2 pm [He] 2s2 2p4 1 313,9 kJ·mol-1 3,44
Fluor 18,99840316 u −219,67 °C −188,11 °C 1,696 g·L-1 64 pm [He] 2s2 2p5 1 681 kJ·mol-1 3,98
Néon 20,1797(6) u −248,59 °C −246,046 °C 0,9002 g·L-1 58 pm [He] 2s2 2p6 2 080,7 kJ·mol-1
Phosphore 30,97376200 u 44,15 °C 280,5 °C 1,823 g·cm-3 107±3 pm [Ne] 3s2 3p3 1 011,8 kJ·mol-1 2,19
Soufre 32,0675 u 115,21 °C 444,6 °C 2,07 g·cm-3 105±3 pm [Ne] 3s2 3p4 999,6 kJ·mol-1 2,58
Chlore 35,4515 u −101,5 °C −34,04 °C 3,2 g·L-1 102±4 pm [Ne] 3s2 3p5 1 251,2 kJ·mol-1 3,16
Argon 39,948(1) u −189,34 °C −185,848 °C 1,784 g·L-1 106±10 pm [Ne] 3s2 3p6 1 520,6 kJ·mol-1
Sélénium 78,971(8) u 221 °C 685 °C 4,81 g·cm-3 120±4 pm [Ar] 4s2 3d10 4p4 941,0 kJ·mol-1 2,55
Brome 79,904(3) u −7,2 °C 58,8 °C 3,1028 g·cm-3 120±3 pm [Ar] 4s2 3d10 4p5 1 139,9 kJ·mol-1 2,96
Krypton 83,798(2) u −157,37 °C −153,415 °C 3,749 g·L-1 116±4 pm [Ar] 4s2 3d10 4p6 1 350,8 kJ·mol-1 3,00
Iode 126,90447 u 113,7 °C 184,3 °C 4,933 g·cm-3 139±3 pm [Kr] 5s2 4d10 5p5 1 008,4 kJ·mol-1 2,66
Xénon 131,293(6) u −111,75 °C −108,099 °C 5,894 g·L-1 140±9 pm [Kr] 5s2 4d10 5p6 1 170,4 kJ·mol-1 2,6
Radon [222] −71 °C −61,7 °C 9,73 g·L-1 150 pm [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p6 1 037 kJ·mol-1 2,2

Non-métaux, halogènes et gaz nobles[modifier | modifier le code]

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Tableau périodique des éléments chimiques
 

Il est assez courant de considérer à part, parmi les non-métaux, les séries des halogènes et des gaz nobles, aux propriétés chimiques très caractéristiques, laissant comme « autres non-métaux » l'hydrogène, le carbone, l'azote, l'oxygène, le phosphore, le soufre et le sélénium.

  • Les gaz nobles forment en effet une famille nettement individualisée parmi les non-métaux en raison de leur inertie chimique remarquable, totale pour les deux plus légers — hélium et néon — et laissant place à une réactivité chimique très faible à mesure qu'on descend le long de la 18e colonne, de sorte que le xénon est le plus réactif de la série — la chimie du radon est mal connue en raison de la radioactivité de cet élément.
  • À l'inverse des gaz nobles, les halogènes sont particulièrement réactifs, mais leur réactivité chimique décroît à mesure qu'on descend le long de la 17e colonne. Le fluor est ainsi le plus réactif des quatre, formant des composés avec pratiquement tous les autres éléments chimiques, hormis l'hélium et le néon.
  • Les sept non-métaux qui n'appartiennent pas à ces deux séries chimiques se trouvent être les sept constituants principaux de la matière vivante. Le tableau ci-dessous résume quelques-unes de leurs propriétés :
Quelques propriétés des non-métaux autres qu'halogènes et gaz nobles
Élément État ordinaire Conductivité
thermique (W·m-1·K-1)
Conductivité
électrique (S·m-1)
Oxyde Importance
physiologique
Fonctions biochimiques
Hydrogène Gaz 1,8 × 10-1 Ampholyte Macro-élément Ubiquitaire (protéines, lipides, glucides)
Carbone Solide diamagnétique 1,3 × 102 6,1 × 104 Acide faible Macro-élément Ubiquitaire (protéines, lipides, glucides)
Azote Gaz 2,6 × 10-2 Acide fort Macro-élément Ubiquitaire (protéines)
Oxygène Gaz paramagnétique 2,7 × 10-2 Neutre Macro-élément Ubiquitaire
Phosphore Solide 2,4 × 10-1 1,0 × 10-9 Acide faible Macro-élément Acides nucléiques (ADN et ARN)
Énergie métabolique (ATP)
Membranes biologiques (phospholipides)
Minéralisation des dents et os (hydroxyapatite Ca10(PO4)6(OH)2)
Soufre Solide 2,7 × 10-1 0,5 × 10-15 acide fort Macro-élément Protéines, via la cystéine et la méthionine
Réticulation des chaînes peptidiques par ponts disulfure
Abondant dans la kératine des phanères
Sélénium Solide 2,0 × 100 1,0 × 10-4 acide fort Oligoélément Sélénoprotéines, via la sélénocystéine
Réduction des dérivés réactifs de l'oxygène (glutathion peroxydase)
Fonctionnement de la thyroïde (iodothyronine désiodase)

Liens externes[modifier | modifier le code]


1  H     He
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Métaux
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  Alcalino-  
terreux
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transition
Métaux
  pauvres  
  Métal-  
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Non-
  métaux  
Halo-
  gènes  
Gaz
  nobles  
Éléments
  non classés  
Actinides
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