Prototype or : Ca, Sr, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Al, Pb Prototype magnésium : Be, Mg, Y, La, Zr, Hf, Ru, Os, Zn, Cd, Tl Prototype tungstène : Li, Na, K, Rb, Cs,
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Prototype or : Ca, Sr, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Al, Pb Prototype magnésium : Be, Mg, Y, La, Zr, Hf, Ru, Os, Zn, Cd, Tl Prototype tungstène : Li, Na, K, Rb, Cs,
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Chimie minérale systématique II
Métaux et semi-métaux
1 L'état métallique1.1 Caractéristiques des métaux
1.2 Les modèles de la liaison métallique
1.3 Les structures cristallines des métaux2 Les métaux des colonnes principales2.1 Les métaux alcalins2.2 Les métaux alcalinoterreux2.3 Les métaux terreux2.4 Les métaux germanium, étain et plomb2.5 Les métaux arsenic, antimoine et bismuth2.6 Les métaux tellure et polonium
3 Les métaux de transition3.1 La triade du cuivre3.2 La triade du zinc3.3 Les triades du scandium, titane et vanadium3.4 La triade du chrome3.5 La triade du manganèse3.6 La famille des métaux ferreux3.7 La famille des métaux platineux4 Les terres rares4.1 Les lanthanides4.2 Les actinides
L'état métallique :
Caractéristiques des métaux
Les métaux sont des solides cristallins
qui se distinguent par les propriétés suivantes :Métalloïdes : B, Si, As, At
Semi-métaux : Ge, Sb, Te, PoMétauxNon-métaux Les cristaux métalliques sont considérés comme des molécules géantes dans lesquelles les atomes sont liés par liaisons covalentes (délocalisées).Modèle covalent de la liaison métallique :
Théorie des bandes
Les structures cristallines des métaux :
Les trois prototypes
Prototype AuMaille cubique à faces centrées
(cubique compacte, 74%) (0) (½) (0) (0)(½) Prototype WPrototype MgMaille cubique à corps centré (non compacte, 68%)Maille hexagonale (hexagonal compacte, 74%) Prototype or :Ca, Sr, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Al, Pb Prototype magnésium :Be, Mg, Y, La, Zr, Hf, Ru, Os, Zn, Cd, Tl Prototype tungstène :Li, Na, K, Rb, Cs, Ba, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, FeStructure propre :Mn, Ga, In, Ge, Sn, Bi, Hg* (* liquide dans les conditions normales)Structure cristalline dans les conditions normales (20°C, 1 bar)
Métaux alcalins : Généralités
Les métaux alcalins englobent les éléments de la 1ère
colonne principale du ta- bleau périodique. Ces éléments, très électropositifs, n'aparaissent jamais sous forme élémentaire (M) dans la nature, seulement sous forme ionique (MÉlément
chimique ConfigurationélectroniqueAbondance
terrestreMinéraux principaux DécouverteLi 2s 1 (2p 0 (1 électrons valentiel)1.8 · 10 -3 %LiAl(SiO 3 2 (spodumène)LiAl(Si
2 O 5 2 (castor)J. A. Arfwedson, 1817Na 3s 1 (3p 0 3d 0 (1 électron valentiel)2.27 %NaCl (sel gemme) NaNO 3 (caliche)
Na[AlSi
3 O 8 ] (albite)H. Davy, 1807 K 4s 1 (4p 0 4d 0 (1 électron valentiel)1.84 %KCl (sylvine) KMgCl 3· 6 H
2O (carnallite)H. Davy, 1807
Rb 5s 1 (5p 0 5d 0 (1 électron valentiel)7.8 · 10 -3 %composant minoritaire dans les minéraux de potassiumR. W. Bunsen et G.R. Kirchhoff, 1860
Cs 6s 1 (6p 0 6d 0 (1 électron valentiel)2.6 · 10 -4 %CsAl(SiO 3 2· ½ H
2O (pollux)R. W. Bunsen et G.
R. Kirchhoff, 1860
Fr 7s 1 (7p 0 7d 0 (1 électron valentiel)7 · 10 -22 % - M. Perey, 1939Les métaux alcalins : Corps simples
Les corps simples alcalins sont des métaux mous qui sont extrêmement réactifs.Il faut les stocker sous atmosphère inerte (N
2 ou même Ar pour Li).Métal P. F. [°C] E° [V]ȋLi
180.5 - 3.03 1.0
Na97.8 - 2.71 1.0
K63.2 - 2.92 0.9
Rb39.0 - 2.93 0.9
Cs28.5 - 2.93 0.9
MCl (l) M (l) + ½ Cl 2(g)électrolyse
M = Li, Na, K, Rb, Cs
Elaboration des métaux alcalins par électrolyse des chlorures en fusionLe lithium réagit même avec l'azote :
Réactivité des métaux alcalins envers l'eau (réaction la plus caractéristique) 2 Na (s) + O 2(g) M (s) + H 2 O (l) M +(aq) + OH -(aq) + ½ H 2(g) Na 2 O 2(s) 3 Li (s) + ½ N 2(g) Li 3 N (s)M = Li, Na, K, Rb, Cs
Réactivité des métaux alcalins à l'air2 Li (s) + ½ O 2(g) Li 2 O (s) K (s) + O 2(g) KO 2(s) oxyde peroxyde superoxydeLes métaux alcalins : Oxydes et hydroxydes
Les métaux alcalins élémentaires réagissent directement avec de l'eau pour don- ner les hydroxydes et avec l'oxygène pour donner les composés oxygénés. Li 2 O (s) + H 2 O (l) dissolution exemple : Li Relation entre oxydes et hydroxydesRéaction des métaux alcalins avec de l'eau 2 Na (s) + O 2(g) M (s) + H 2 O (l) MOH (aq) + ½ H 2(g) Na 2 O 2(s)M = Li, Na, K, Rb, Cs
Réaction des métaux alcalins avec de l'oygène 2 Li (s) + ½ O 2(g) Li 2 O (s) K (s) + O 2(g) KO 2(s) oxyde peroxyde superoxyde O 2- O 2- O O O 2 Li +(aq) + 2 OH -(aq) 2 Li +(aq) + 2 OH -(aq) concentration2 LiOH· 2 H
2 O (s) sous vide2 LiOH
(s) 2 H 2 O (g)Hydroxydes importants :
NaOHsoude caustiqueKOHpotasse caustique
Les métaux alcalins : Sels importants
Les sels des métaux alcalins sont des composés ioniques typiques qui sont pres- que tous bien solubles dans l'eaux (notamment les sels de sodium).Relation diagonale lithium - magnésium
MOH (s) + HX (l) MX (aq) + H 2 O (l)Prototype NaCl
(½) (½)(0)(0)Prototype CsCl
Les chloruresLes chlorures des métaux alcalins
sont des composés ioniques. LiCl,NaCl, KCl, RbCl cristallisent avec
la structure de NaCl, CsCl avec sa propre structure. A cause des rapports charge/rayon comparables des ions Li et Mg 2+ , les sels de lithiumressemblent dans les propriétés plus à ceux demagnésium qu'à celles de leurs homologues.