Groupes 3–12 — le bloc d et la plupart des métaux que vous avez déjà touchés

Métaux de transition

Fer, cuivre, or, argent, titane, chrome, nickel, zinc. Les trente-huit éléments du bloc d sont durs, denses, ont un point de fusion élevé, sont conducteurs et — fait unique — peuvent former des ions portant plusieurs charges différentes. Cette flexibilité explique leur rôle de catalyseurs, leurs couleurs et leur magnétisme.

Membres
38
Groupe
3–12
Configuration
(n−1)d¹⁻¹⁰ ns¹⁻²
Radioactifs
10

Mis en évidence dans le tableau périodique

Chaque membre

Les 38 Métaux de transition

21 Sc Scandium 44.956 u Un métal proche des terres rares qui rend les alliages d’aluminium beaucoup plus résistants, à un prix qui le maintient dans le domaine de l’exotique. Solide 22 Ti Titane 47.867 u Aussi résistant que l’acier, 45 % plus léger et insensible à l’eau de mer — le métal des implants, des avions à réaction et des submersibles de haute profondeur. Solide 23 V Vanadium 50.942 u Un métal de transition qui prend quatre couleurs différentes en solution selon son état d’oxydation. Solide 24 Cr Chrome 51.996 u L’élément qui donne son éclat au chrome et son caractère « inoxydable » à l’acier inoxydable. Solide 25 Mn Manganèse 54.938 u Essentiel à l’état de traces, cassant en grande quantité et raison pour laquelle votre acier ne se brise pas dans le froid. Solide 26 Fe Fer 55.845 u L’élément le plus courant sur Terre en masse, l’aboutissement de la fusion stellaire et le métal qui a donné son nom à une époque. Solide 27 Co Cobalt 58.933 u Le bleu des vitraux médiévaux et de la porcelaine Ming, et la moitié des aimants qui maintiennent les disques durs ensemble. Solide 28 Ni Nickel 58.693 u Résistant, anticorrosion et magnétique — et deuxième ingrédient principal de l’acier inoxydable. Solide 29 Cu Cuivre 63.546 u Le premier métal que les humains ont fondu et toujours le système nerveux du monde électrifié. Solide 30 Zn Zinc 65.38 u Le métal sacrificiel : le zinc se corrode pour que l’acier qu’il recouvre ne le fasse pas. Solide 39 Y Yttrium 88.906 u Une « terre rare » qui n’est en réalité pas rare, et la raison pour laquelle l’écran de votre téléphone émet les bonnes couleurs. Solide 40 Zr Zirconium 91.224 u Pratiquement transparent aux neutrons, c’est pourquoi il recouvre les barres de combustible de presque tous les réacteurs nucléaires. Solide 41 Nb Niobium 92.906 u Un métal supraconducteur qui transporte le courant dans chaque aimant d’IRM sur Terre. Solide 42 Mo Molybdène 95.95 u Le matériau réfractaire par excellence : le molybdène conserve sa résistance à des températures qui ramollissent presque tout le reste. Solide 43 Tc Technétium 98 u Le premier élément fabriqué par l’être humain plutôt que découvert dans la nature — et le plus léger à ne posséder aucun isotope stable. Radioactifs synthétique Solide 44 Ru Ruthénium 101.07 u Un métal du groupe du platine qui durcit ses voisins et catalyse la synthèse de l’ammoniac. Solide 45 Rh Rhodium 102.906 u Le métal précieux le plus cher au monde au poids, et la raison pour laquelle les gaz d’échappement de votre voiture ne sont pas toxiques. Solide 46 Pd Palladium 106.42 u Le métal qui absorbe l’hydrogène comme une éponge — jusqu’à 900 fois son propre volume. Solide 47 Ag Argent 107.868 u Le meilleur conducteur électrique et thermique de tous les éléments, et un antimicrobien connu depuis l’Antiquité. Solide 48 Cd Cadmium 112.414 u Un métal doux et toxique qui a donné au monde les accumulateurs rechargeables NiCd et le jaune éclatant des anciennes peintures. Solide 72 Hf Hafnium 178.49 u Chimiquement presque identique au zirconium, mais son exact opposé dans un réacteur : il absorbe les neutrons. Solide 73 Ta Tantale 180.948 u Un métal qui résiste à presque tous les acides et qui est suffisamment biocompatible pour les implants chirurgicaux. Solide 74 W Tungstène 183.84 u Le point de fusion le plus élevé de tous les métaux — 3 422 degrés C — et le filament de l’ère de l’incandescence. Solide 75 Re Rhénium 186.207 u L’un des éléments les plus rares de la croûte terrestre, et le métal qui permet aux turbines d’avion de fonctionner à plus haute température. Solide 76 Os Osmium 190.23 u L’élément naturel le plus dense : un litre d’osmium pèse 22,6 kg. Solide 77 Ir Iridium 192.217 u Le métal le plus résistant à la corrosion connu, et la signature de l’astéroïde qui a causé la disparition des dinosaures. Solide 78 Pt Platine 195.084 u Le métal catalyseur : le platine permet des réactions qui nécessiteraient autrement des conditions impossibles. Solide 79 Au Or 196.967 u Chimiquement presque inerte, extrêmement ductile, et prisé par toutes les civilisations qui l’ont découvert. Solide 80 Hg Mercure 200.592 u Le seul métal liquide à température ambiante — et une puissante neurotoxine. Liquide 104 Rf Rutherfordium 267 u Le premier transactinide — et chimiquement un cousin plus lourd du hafnium, pas un actinide du tout. Radioactifs synthétique Solide 105 Db Dubnium 268 u Nommé d’après Doubna, la ville russe où une grande partie de la chimie des éléments superlourds a été développée. Radioactifs synthétique Solide 106 Sg Seaborgium 271 u Nommé d’après Glenn Seaborg alors qu’il était encore vivant — une première pour le tableau périodique. Radioactifs synthétique Solide 107 Bh Bohrium 272 u Un élément superlourd dont la chimie, testée atome par atome, se comporte comme prévu pour le groupe 7. Radioactifs synthétique Solide 108 Hs Hassium 270 u L’élément le plus lourd dont les propriétés chimiques ont été confirmées expérimentalement. Radioactifs synthétique Solide 109 Mt Meitnérium 276 u Nommé d’après Lise Meitner, qui a expliqué la fission nucléaire mais a été exclue du prix Nobel. Radioactifs synthétique Solide 110 Ds Darmstadtium 281 u Créé à Darmstadt en 1994 en fusionnant des noyaux de nickel et de plomb. Radioactifs synthétique Solide 111 Rg Roentgenium 280 u Nommé d’après le découvreur des rayons X, et prévu pour être chimiquement semblable à l’or. Radioactifs synthétique Solide 112 Cn Copernicium 285 u Devrait être un liquide volatil — un métal qui se comporte presque comme un gaz noble. Radioactifs synthétique Liquide

Ce qui les définit

Trois choses qui caractérisent Métaux de transition

01

Une sous-couche d partiellement remplie

La caractéristique déterminante. Comme les orbitales d sont proches en énergie de l'orbitale s externe, les métaux de transition peuvent perdre un nombre variable d'électrons — le fer en cède deux ou trois, le manganèse de deux à sept. Chaque état de charge correspond à une chimie différente.

02

La couleur provient de la séparation des orbitales d

Entourez un ion de métal de transition de ligands et ses cinq orbitales d se scindent en groupes d’énergie légèrement différente. La lumière visible fait passer des électrons à travers cet écart, et la couleur que vous voyez est tout ce qui reste. C’est pourquoi le sulfate de cuivre est bleu, pourquoi les rubis sont rouges et pourquoi un même élément peut produire plusieurs couleurs différentes.

03

Catalyse et magnétisme

Les couches d partiellement remplies forment d’excellents partenaires de liaison temporaires — à la base de la catalyse industrielle, de la synthèse de l’ammoniac sur le fer aux convertisseurs catalytiques sur le platine. Ces mêmes électrons d non appariés confèrent au fer, au cobalt et au nickel leur ferromagnétisme.

Tendances périodiques

Comment ils évoluent dans la famille

Le long d’une ligne, le rayon atomique change remarquablement peu — les protons ajoutés attirent vers l’intérieur tandis que les électrons d ajoutés écrantent vers l’extérieur, ce qui s’annule à peu près. Les densités et les points de fusion culminent au milieu de chaque ligne, où le nombre maximal d’électrons est disponible pour la liaison métallique : le tungstène fond à 3,695 K, le point le plus élevé de tous les métaux.

Dans le monde

Leurs utilisations

Fer

L’acier — de loin le métal le plus utilisé, et la base structurelle du monde industriel.

Cuivre

Le câblage électrique, la plomberie et les circuits imprimés de tous les appareils que vous possédez. Juste après l’argent comme conducteur, et bien moins cher.

Titane

Aéronautique, équipements marins et implants médicaux : aussi résistant que l’acier, 45 % plus léger et pratiquement insensible à l’eau de mer et aux fluides corporels.

Chrome et nickel

Ensemble, ils forment l’acier inoxydable. Le chrome forme une couche d’oxyde invisible qui se régénère d’elle-même ; le nickel apporte robustesse et résistance à la corrosion.

Groupe du platine

Catalyse. Le platine, le palladium et le rhodium dépolluent les gaz d'échappement des véhicules ; le rhodium est périodiquement le métal le plus cher au monde.

Or et argent

Monnaie, bijoux et — parce que l'or ne se corrode jamais — revêtement des contacts dans les composants électroniques à haute fiabilité.

Manipulation

Sécurité

Extrêmement variés. Le fer, le zinc, le cuivre, le cobalt, le manganèse, le molybdène et le chrome(III) sont des oligoéléments essentiels ; le chrome(VI) est un puissant cancérogène. Le cadmium et le mercure sont des poisons cumulatifs. Le nickel est l’allergène de contact le plus courant au monde. Les poudres métalliques fines de nombreux métaux de transition sont pyrophoriques.

Bon à savoir

  • Le technétium (43) a été le premier élément fabriqué plutôt que découvert, et reste le plus léger à ne posséder aucun isotope stable.
  • Le mercure est le seul métal liquide à température ambiante — conséquence des effets relativistes sur ses électrons 6s.
  • Tout l’or jamais extrait tiendrait dans un cube d’environ 22 mètres de côté.

Questions fréquentes

À propos des Métaux de transition

Qu’est-ce qui fait d’un élément un métal de transition ?

La définition stricte de l’IUPAC est un élément dont les atomes possèdent une sous-couche d partiellement remplie, ou qui peut former un cation avec une telle sous-couche. Cela exclut techniquement le zinc, le cadmium et le mercure, dont les couches d sont toujours pleines — mais ils se trouvent dans le bloc d et sont presque toujours enseignés avec le groupe. Ce site suit la convention courante et les inclut.

Pourquoi les métaux de transition forment-ils des composés colorés ?

Parce que leurs orbitales d sont séparées en niveaux d’énergie légèrement différents par les ligands environnants, et que l’écart correspond par hasard aux énergies des photons de la lumière visible. Un électron absorbe un photon pour franchir l’écart ; vous voyez la couleur complémentaire. Les composés du zinc sont incolores précisément parce que la couche d du zinc est pleine, ne laissant aucun écart à franchir.

Pourquoi sont-ils tellement plus denses que les métaux des groupes 1 et 2 ?

Davantage d’électrons par atome sont disponibles pour la liaison métallique — jusqu’à une douzaine — si bien que les atomes s’attirent beaucoup plus fortement. Cette même liaison puissante leur confère leurs points de fusion élevés et leur dureté. L’osmium, au milieu de la ligne 6, est l’élément le plus dense qui soit, avec 22.6 g/cm³.

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Les neuf autres familles

6 Métaux alcalins Li Na K Rb Cs Fr 6 Métaux alcalino-terreux Be Mg Ca Sr Ba Ra 12 Métaux post-transitionnels Al Ga In Sn Tl Pb Bi 7 Métalloïdes B Si Ge As Sb Te At 7 Non-métaux H C N O P S Se 5 Halogènes F Cl Br I Ts 7 Gaz nobles He Ne Ar Kr Xe Rn Og 15 Lanthanides La Ce Pr Nd Pm Sm Eu 15 Actinides Ac Th Pa U Np Pu Am