9.14 : Liaisons des métaux

Les liaisons métalliques se forment entre deux atomes de métaux. Paul Drüde a conçu un modèle simplifié pour décrire la liaison métallique, appelé le “ modèle de la mer d’électrons ”.  

Modèle de la mer d'électrons

La plupart des atomes de métaux ne possèdent pas assez d'électrons de valence pour permettre une liaison ionique ou covalente. Cependant, les électrons de valence dans les atomes de métaux sont maintenus de façon lâche, en raison de leur faible électronégativité ou attraction avec le noyau. L'énergie d'ionisation des atomes de métaux (l'énergie nécessaire pour enlever un électron de l'atome) est faible, ce qui facilite l'arrachement facile des électrons de valence de l'atome parent. L'atome forme un ion métallique chargé positivement, tandis que les électrons externes libres existent sous la forme de nuages d'électrons délocalisés chargés négativement. Ces électrons peuvent être mis en commun avec plusieurs cations métalliques voisins grâce à une force intense d'attraction entre ces espèces chargées négativement et positivement. Une telle force d'attraction entre les électrons chargés négativement et les cations métalliques est appelée liaison métallique, maintenant les atomes ensemble. Ce modèle de la mer d'électrons tient compte de la plupart des propriétés physiques des métaux, comme la conductance à la chaleur et à l'électricité, les points de fusion et d'ébullition élevés, la malléabilité et la ductilité.

Solides métalliques

Le modèle de la mer d'électrons tient compte de plusieurs propriétés métalliques, dont la conductivité thermique et électrique élevée, l'éclat métallique, la ductilité et la malléabilité. Les électrons délocalisés peuvent conduire à la fois l'électricité et la chaleur d'une extrémité du métal à l'autre avec une résistance faible. La liaison métallique ne se trouve pas entre deux atomes de métaux précis, mais entre les ions métalliques et de nombreux électrons délocalisés, ce qui permet aux métaux de se déformer sous la pression et à la chaleur sans se briser ni casser. Différents métaux, comme le fer, le mercure ou le cuivre, présentent des propriétés physiques différentes, reflétant la différence de la  force des liaisons métalliques qui existe entre les métaux.

Les solides métalliques tels que les cristaux de cuivre, d'aluminium et de fer sont formés par les atomes des métaux : tous présentent une conductivité thermique et électrique élevée, un éclat métallique et une malléabilité. Beaucoup sont très durs et assez solides. En raison de leur malléabilité (la capacité de se déformer sous la pression ou le martelage), ils ne se brisent pas et, par conséquent, font des matériaux de construction utiles. Les points de fusion des métaux varient considérablement. Le mercure est un liquide à température ambiante et les métaux alcalins fondent en dessous de 200 °C. Plusieurs métaux de post-transition ont également des points de fusion bas, alors que les métaux de transition fondent à des températures supérieures à 1000 °C. Ces différences reflètent les différences de la force de la liaison métallique qui existent entre les métaux.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 10.5 : L'état solide de la matière.