Métaux, non-métaux et métalloïdes : quelle différence ?

Où se trouve chaque type

Une ligne en forme d’escalier descend le long du côté droit du tableau principal, en partant du bore et en descendant vers la droite en direction du polonium et de l’astate. Les éléments à gauche de la ligne sont des métaux, ceux en haut à droite sont des non-métaux, et la plupart de ceux qui longent la ligne sont des métalloïdes.

Les métaux sont de loin le groupe le plus vaste : plus de 80 des 118 éléments sont des métaux, dont les métaux alcalins et alcalino-terreux, les métaux de transition, les lanthanides et les actinides, et les métaux pauvres comme l’aluminium, l’étain et le plomb. L’hydrogène est la principale exception à cette disposition. Il se trouve en haut du groupe 1 mais c’est un non-métal.

Propriétés des métaux

Les métaux sont généralement brillants (ils ont de l’éclat), bons conducteurs de chaleur et d’électricité, malléables et ductiles, c’est-à-dire qu’on peut les marteler en feuilles et les étirer en fils. Presque tous sont solides à température ambiante. Le mercure est le seul métal liquide à température ambiante, et le gallium fond à environ 29,8 °C, juste au-dessus de la température ambiante.

Sur le plan chimique, les métaux ont peu d’électrons de valence et une faible électronégativité ; ils ont donc tendance à perdre des électrons et à former des ions positifs comme Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Fe²⁺ et Fe³⁺. Leurs oxydes sont généralement basiques : l’oxyde de calcium (CaO), par exemple, réagit avec l’eau pour former l’hydroxyde de calcium, Ca(OH)₂.

Propriétés des non-métaux

Les non-métaux comprennent l’hydrogène, le carbone, l’azote, l’oxygène, le phosphore, le soufre et le sélénium, ainsi que les halogènes et les gaz nobles. Onze d’entre eux sont des gaz à température ambiante (hydrogène, azote, oxygène, fluor, chlore et les gaz nobles de l’hélium au radon), le brome est un liquide, et les autres, comme le carbone, le soufre et l’iode, sont des solides.

Les non-métaux solides sont généralement ternes et cassants, et les non-métaux en général sont de mauvais conducteurs de chaleur et d’électricité. Le graphite, une forme du carbone, est une exception notable, car il conduit l’électricité. Les non-métaux ont une forte électronégativité : ils gagnent des électrons pour former des ions négatifs comme O²⁻ et Cl⁻ lorsqu’ils réagissent avec des métaux, ou partagent des électrons dans des liaisons covalentes entre eux, comme dans H₂O et CO₂. Leurs oxydes ont tendance à être acides : le dioxyde de carbone se dissout dans l’eau pour former de l’acide carbonique.

Les métalloïdes : entre les deux

Les métalloïdes présentent un mélange de propriétés métalliques et non métalliques. Les six éléments le plus souvent considérés comme métalloïdes sont le bore, le silicium, le germanium, l’arsenic, l’antimoine et le tellure ; certaines sources y incluent aussi le polonium ou l’astate.

Le silicium a un aspect brillant et métallique mais il est cassant, et il conduit l’électricité mieux qu’un non-métal mais bien moins qu’un métal. Cette position intermédiaire fait du silicium et du germanium des semi-conducteurs, les matériaux au cœur des puces informatiques et des cellules solaires. Leur conductivité peut être ajustée en ajoutant de minuscules quantités d’autres éléments, un procédé appelé dopage.

Comment les distinguer

L’électronégativité est un guide utile. Les métaux ont des valeurs faibles, comme le césium (0,79) et le sodium (0,93). Les non-métaux ont des valeurs élevées, comme l’oxygène (3,44) et le fluor (3,98). Les métalloïdes se situent entre les deux, à environ 1,9 à 2,2, du silicium (1,90) à l’arsenic (2,18).

Le caractère métallique augmente vers le bas à gauche du tableau : le passage du métal au non-métal est donc graduel plutôt qu’un mur net. Le groupe 14 montre toute la gamme dans une seule colonne : le carbone est un non-métal, le silicium et le germanium sont des métalloïdes, et l’étain et le plomb sont des métaux.