métaux.

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métaux. n.m., éléments chimiques bons conducteurs de la chaleur et de
l'électricité, et possédant l'« éclat métallique ». Le groupe des métaux comprend
environ quatre-vingts éléments qui occupent la partie gauche du tableau de la
classification périodique des éléments. Ce sont les éléments comprenant moins de
quatre électrons sur la couche atomique externe. Ils tendent à perdre ceux-ci pour
s'approcher de la configuration favorable où l'ion résultant possède une couche externe
à huit électrons. Ils sont donc électropositifs. Cette caractéristique permet de rendre
approximativement compte des propriétés fondamentales des métaux.
Lorsque des atomes sont réunis pour constituer un solide métallique, ils mettent en
commun leurs électrons de valence. En effet, lorsque ces atomes sont suffisamment
proches, les électrons peuvent passer facilement d'un site atomique à l'autre, ce qui
conduit à leur délocalisation : les fonctions d'onde - qui, de manière générale, décrivent
les particules en mécanique quantique - ne sont plus restreintes à un petit volume
comme dans l'atome, mais s'étendent dans tout le solide. Celui-ci peut alors être décrit
comme un réseau d'ions positifs immergés dans un gaz d'électrons délocalisés. D'autre
part, les électrons sont des fermions et, par conséquent, obéissent au principe de Pauli :
deux électrons ne peuvent se trouver dans le même état quantique. La manière dont les
électrons occupent les niveaux d'énergie du solide est alors très différente de celle
prévue par la physique classique, ce qui explique pourquoi la mécanique quantique est
indispensable pour comprendre les propriétés des métaux. Du fait de la taille
macroscopique du solide, les niveaux d'énergie des électrons sont très proches les uns
des autres : ils forment un quasi-continuum. Les électrons occupent ces niveaux jusqu'à
une limite supérieure appelée énergie de Fermi, très supérieure à l'énergie thermique
prévue par la physique classique. De nombreuses propriétés des métaux, comme leur
très bonne conductivité électrique et thermique, sont déterminées par les
caractéristiques du gaz d'électrons au voisinage de cette énergie et en particulier par le
fait qu'il est facile d'exciter le gaz d'électrons, c'est-à-dire de lui transmettre de l'énergie.
De même, l'« éclat métallique » caractéristique de la surface des métaux est lié aux
propriétés du gaz d'électrons. La délocalisation des électrons rend par ailleurs compte
du caractère particulier de la liaison métallique. Celle-ci est beaucoup moins dirigée que
la liaison chimique, ou covalente, que l'on trouve dans les molécules. Elle est de ce fait
plus facilement déformable, ce qui rend compte de la grande ductilité des métaux.
La chimie des métaux est dominée par leur caractère réducteur, c'est-à-dire
donneur d'électrons. Ils s'oxydent par conséquent facilement. Les métaux s'utilisent
rarement à l'état pur, mais presque toujours combinés à d'autres éléments : ils forment
alors un alliage. Voir aussi métallurgie.
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