18 : Métaux, métalloïdes et non-métaux représentatifs
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L'élaboration du tableau périodique au milieu des années 1800 est née de l'observation d'une relation périodique entre les propriétés des éléments. Les chimistes, qui comprennent les variations de ces propriétés, ont pu utiliser ces connaissances pour résoudre une grande variété de défis techniques. Par exemple, le silicium et d'autres semi-conducteurs constituent l'épine dorsale de l'électronique moderne en raison de notre capacité à affiner les propriétés électriques de ces matériaux. Ce chapitre explore les propriétés importantes des métaux, métalloïdes et non-métaux représentatifs du tableau périodique.
- 18.1 : Périodicité
- Cette section se concentre sur la périodicité des éléments représentatifs, où les électrons entrent dans les orbitales s et p. Les éléments représentatifs se trouvent dans les groupes 1, 2 et 12 à 18. Ces éléments sont des métaux, des métalloïdes et des éléments non métalliques représentatifs. Les métaux alcalins (groupe 1) sont très réactifs, forment facilement des ions avec une charge de 1+ pour former des composés ioniques généralement solubles dans l'eau, et réagissent vigoureusement avec l'eau pour former de l'hydrogène gazeux et une solution basique d'hydroxyde métallique.
- 18.2 : Présence et préparation des métaux représentatifs
- En raison de leur réactivité chimique, il est nécessaire de produire les métaux représentatifs sous leur forme pure par réduction à partir de composés naturels. L'électrolyse joue un rôle important dans la production de sodium, de potassium et d'aluminium. La réduction chimique est la principale méthode d'isolation du magnésium, du zinc et de l'étain. Des procédures similaires sont importantes pour les autres métaux représentatifs.
- 18.3 : Structure et propriétés générales des métalloïdes
- Les éléments bore, silicium, germanium, arsenic, antimoine et tellure séparent les métaux des non-métaux du tableau périodique. Ces éléments, appelés métalloïdes ou parfois semi-métalliques, présentent des propriétés caractéristiques à la fois des métaux et des non-métaux. Les structures de ces éléments sont similaires à bien des égards à celles des éléments non métalliques, mais les éléments sont des semi-conducteurs électriques.
- 18.4 : Structure et propriétés générales des éléments non métalliques
- Les structures non métalliques sont très différentes de celles des métaux, principalement parce qu'ils ont une électronégativité supérieure et que les électrons sont plus étroitement liés aux atomes individuels. La plupart des oxydes non métalliques sont des anhydrides acides, c'est-à-dire qu'ils réagissent avec l'eau pour former des solutions acides. Les structures moléculaires sont communes à la plupart des substances non métalliques, et plusieurs d'entre elles possèdent de multiples allotropes aux propriétés physiques variables.
- 18.5 : Présence, préparation et composés de l'hydrogène
- L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'univers et sa chimie est vraiment unique. Bien que sa réactivité chimique soit similaire à celle des métaux alcalins, l'hydrogène possède bon nombre des propriétés chimiques d'un non-métal avec une électronégativité relativement faible. Il forme des hydrures ioniques avec des métaux actifs, des composés covalents avec un état d'oxydation -1 avec moins d'éléments électronégatifs et des composés covalents avec un état d'oxydation +1 avec un plus grand nombre de non-métaux électronégatifs.
- 18.6 : Présence, préparation et propriétés des carbonates
- La méthode habituelle de préparation des carbonates des métaux alcalins et alcalino-terreux consiste à faire réagir un oxyde ou un hydroxyde avec du dioxyde de carbone. D'autres carbonates se forment par précipitation. Les carbonates métalliques ou les carbonates d'hydrogène tels que le calcaire (CaCO3), l'antiacide Tums (CaCO3) et le bicarbonate de soude (NaHCO3) en sont des exemples courants. Les carbonates et les carbonates d'hydrogène se décomposent en présence d'acides et la plupart se décomposent par chauffage.
- 18.7 : Présence, préparation et propriétés de l'azote
- L'azote présente des états d'oxydation allant de 3− à 5+. En raison de la stabilité de la triple liaison N105/N, elle nécessite beaucoup d'énergie pour fabriquer des composés à partir de l'azote moléculaire. Les métaux actifs tels que les métaux alcalins et les métaux alcalino-terreux peuvent réduire l'azote pour former des nitrures métalliques. Les oxydes d'azote et les hydrures d'azote sont également des substances importantes.
- 18.8 : Présence, préparation et propriétés du phosphore
- Le phosphore (groupe 15) présente généralement des états d'oxydation de 3− avec les métaux actifs et de 3+ et 5+ avec des non-métaux plus électronégatifs. Les halogènes et l'oxygène oxyderont le phosphore. Les oxydes sont l'oxyde de phosphore (V), P4O10, et l'oxyde de phosphore (III), P4O6. Les deux méthodes courantes de préparation de l'acide orthophosphorique, H3PO4, sont soit la réaction d'un phosphate avec de l'acide sulfurique, soit la réaction de l'eau avec de l'oxyde de phosphore (V). L'acide orthophosphorique est triprotique et forme 3 types de sels.
- 18.9 : Présence, préparation et composés de l'oxygène
- L'oxygène est l'un des éléments les plus réactifs. Cette réactivité, associée à son abondance, rend la chimie de l'oxygène très riche et bien comprise. Les composés des métaux représentatifs avec de l'oxygène se répartissent en trois catégories (1) les oxydes, (2) les peroxydes et les superoxydes et (3) les hydroxydes. Le chauffage des hydroxydes, nitrates ou carbonates correspondants est la méthode la plus courante pour produire des oxydes. Le chauffage du métal ou de l'oxyde métallique dans l'oxygène peut entraîner la formation de peroxydes et de superoxydes.
- 18.10 : Présence, préparation et propriétés du soufre
- Le soufre (groupe 16) réagit avec presque tous les métaux et forme facilement l'ion sulfure, S2−, dans lequel il a un état d'oxydation de 2−. Le soufre réagit avec la plupart des substances non métalliques.
- 18.11 : Présence, préparation et propriétés des halogènes
- Les halogènes forment des halogénures contenant moins d'éléments électronégatifs. Les halogénures des métaux varient d'ioniques à covalents ; les halogénures des métaux non métalliques sont covalents. Les interhalogènes se forment par la combinaison de deux halogènes différents ou plus. Tous les métaux représentatifs réagissent directement avec des halogènes élémentaires ou avec des solutions d'acides halogénés (HF, HCl, HBr et HI) pour produire des halogénures métalliques représentatifs.
- 18.12 : Présence, préparation et propriétés des gaz rares
- La propriété la plus significative des gaz rares (groupe 18) est leur inactivité. Ils sont présents en faibles concentrations dans l'atmosphère. Ils sont utilisés comme atmosphères inertes, enseignes au néon et comme réfrigérants. Les trois gaz rares les plus lourds réagissent avec le fluor pour former des fluorures. Les fluorures de xénon sont les mieux caractérisés en tant que matières premières pour quelques autres composés de gaz rares.
- 18.E : Métaux, métalloïdes et non-métaux représentatifs (exercices)
- Ce sont des exercices de devoirs pour accompagner le Textmap créé pour « Chemistry » par OpenStax. Des banques de questions complémentaires sur la chimie générale peuvent être trouvées pour d'autres Textmaps et peuvent être consultées ici. Outre ces questions accessibles au public, l'accès à la banque de problèmes privés à utiliser pour les examens et les devoirs est réservé aux professeurs sur une base individuelle ; veuillez contacter Delmar Larsen pour obtenir un compte avec autorisation d'accès.