Tableau périodique des états de la matière

Quels éléments sont des gaz et des liquides ?

Les 11 gaz à température ambiante sont l’hydrogène, l’azote, l’oxygène, le fluor et le chlore, plus les six gaz nobles, de l’hélium au radon. Ce sont tous des non-métaux constitués de petites molécules ou d’atomes isolés qui ne s’attirent que faiblement.

Les deux liquides sont le brome, un non-métal, et le mercure, un métal. Quelques métaux s’en approchent : le césium fond à environ 28 °C et le gallium à environ 30 °C, si bien que le gallium fond dans votre main. Tout autre élément dont le point de fusion est connu est un solide à température ambiante.

Pourquoi les éléments ont des états différents

L’état d’un élément dépend de la force avec laquelle ses particules s’attirent, comparée à la vitesse à laquelle elles se déplacent. Les métaux sont maintenus par la liaison métallique, et le carbone et le silicium par de vastes réseaux de liaisons covalentes, ils ont donc besoin de hautes températures pour fondre. Les non-métaux moléculaires comme l’azote et l’oxygène ne sont maintenus que par de faibles forces entre les molécules, ils restent donc des gaz jusqu’à de très basses températures.

Les halogènes montrent comment ces faibles forces augmentent avec la taille. Le fluor et le chlore sont des gaz, le brome est un liquide et l’iode est un solide, parce que des molécules plus grosses, avec plus d’électrons, s’attirent plus fortement par les forces de dispersion de London.

Utiliser le curseur de température

Faites glisser le curseur ou choisissez un préréglage : 0 K, 0 °C, 25 °C, 100 °C, 1000 K ou 3000 K. À 100 °C, tous les métaux alcalins sauf le lithium ont fondu, de même que le gallium et le phosphore, et le brome s’est évaporé en bouillant. À 3000 K, seuls cinq éléments sont encore solides : le carbone, le tantale, le tungstène, le rhénium et l’osmium. Près du haut de l’échelle, le tungstène, qui a le point d’ébullition le plus élevé, est le dernier élément encore liquide.

Les états sont indiqués à la pression atmosphérique normale, et deux valeurs demandent de la prudence. L’arsenic ne fond pas à pression normale mais passe directement de solide à gaz (il se sublime), il n’apparaît donc jamais comme liquide. L’hélium ne gèle jamais à pression normale ; son point de fusion a été mesuré sous haute pression, donc considérez avec prudence sa couleur de solide près du zéro absolu. Les éléments à partir du rutherfordium n’ont pas de point de fusion connu et sont indiqués comme inconnus.

Exemple résolu : le brome

Le brome fond à 265,8 K (−7,35 °C) et bout à 332 K, soit environ 59 °C. Placez le curseur sur le préréglage 0 °C ou 25 °C et le brome est un liquide ; au préréglage 100 °C, il est devenu un gaz. Descendez en dessous d’environ −7 °C et il gèle en un solide.