MÉTAUXMétaux alcalins
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Propriétés
Ionisation
Les atomes alcalins possèdent un cortège électronique, composé d'un ensemble de couches internes inertes, ayant la structure d'un gaz rare, et d'un électron supplémentaire, ou électron de valence, qui gravite sur une orbitale de type s. L'étude des potentiels d'ionisation montre que cet électron s'arrache facilement, l'ionisation demandant d'autant moins d'énergie que l'atome est plus lourd. La chimie des métaux alcalins est essentiellement constituée par l'étude du passage à l'état ionisé M+ et par celle des propriétés de cet ion. La plupart des composés alcalins possèdent donc une structure purement ionique ; cette particularité, jointe au fait que les édifices ioniques les plus stables sont constitués par des ions de volume semblable, permet de prédire qu'en règle générale les hydrures, nitrures, carbures et oxydes simples, c'est-à-dire les composés possédant des anions assez petits, seront d'autant plus stables que le métal alcalin sera plus léger, alors que les sels correspondant à de gros anions, peroxydes (O − O)2-, superoxydes (O − O)-, oxacides, halogénures, seront plus stables avec les métaux alcalins lourds.
Propriétés réductrices
Les métaux eux-mêmes ont une grande réactivité chimique, essentiellement réductrice. On les conserve à l'abri de l'air dans du pétrole, sinon ils se recouvrent très rapidement d'une croûte d'hydroxyde et de carbonate, en absorbant la vapeur d'eau et le gaz carbonique de l'air ; le sodium est d'ailleurs couramment utilisé pour absorber les dernières traces d'eau contenues dans des solvants organiques comme le benzène ou l'éther sulfurique.
Métaux alcalins : propriétés chimiques
Comparaison des propriétés chimiques de quelques composés des métaux alcalins.
Crédits : Encyclopædia Universalis France
Les métaux alcalins se dissolvent facilement dans l'ammoniac liquide ; les solutions diluées sont bleu foncé ; lorsque la concentration croît, la solution prend un éclat métallique doré. La conductivité électrique peut atteindre la moitié de celle du mercure, et on a mesuré que les particules chargées positivement sont à peu près trois cents fois moins mobiles dans un champ électrique que les particules chargées négativement.
La densité de ces solutions est extrêmement faible (celle de la solution d'ammoniac saturée de lithium est de 0,48) ; cela suppose une augmentation importante du volume lors de la mise en solution. Pour expliquer ces phénomènes, plusieurs théories ont été avancées, qui ne sont pas encore complètement satisfaisantes dans le détail. Dans la théorie dite de la cavité, les ions métalliques sont solvatés par des molécules d'ammoniac ; les particules positives ont donc une structure proche de [Na(NH3)n]+, ce qui représente un gros volume et explique leur faible mobilité dans un champ électrique. Les électrons seraient enfermés dans une sorte de cage constituée par plusieurs molécules d'ammoniac.
La théorie du « métal expansé » rend mieux compte de la faible densité des solutions. L'ion métallique est entouré de molécules d'ammoniac, solidement fixées comme les coordinats d'un complexe, l'atome d'azote pointé vers l'atome central, les hydrogènes à l'extérieur ; les hydrogènes des différentes molécules d'ammoniac sont tous sur une même sphère et l'électron qui assure la neutralité électrique de l'ensemble gravite sur une orbite de type s, la probabilité maximale de présence correspondant à la sphère déjà occupée par les hydrogènes.
Ces solutions ne sont pas stables ; en quelques jours, quand il s'agit d'alcalins légers, quelques heures ou même quelques minutes dans le cas des alcalins les plus lourds, la solution se décolore avec formation d'amidure MNH2.
Après évaporation du solvant, le résidu de métal ayant absorbé de l'ammoniac a un aspect spongieux. Le lithium se rapproche des alcalino-terreux, en laissant déposer dans ces conditions un ammoniacate défini Li(NH3)4. La présence de métal alcalin dans ces solutions les rend hautement réactives et très réductrices. Certains hydrocarbures échangent des hydrogènes mobiles contre des atomes métalliques : c'est en particulier le cas de l'acétylène, qui donne de l'acétylure de sodium HC ≡ CNa, réactif courant en chimie organique. L'action réductrice s'exerce aussi sur les sels métalliques : lorsque le métal appartient à une période longue de la classification périodique, et tant qu'il se situe plus de quatre places avant le gaz inerte, il précipite à l'état de métal ou d' [...]
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Écrit par :
- Jean PERROTEY : docteur ès sciences, maître assistant à l'université de Haute-Normandie
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Pour citer l’article
Jean PERROTEY, « MÉTAUX - Métaux alcalins », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/metaux-metaux-alcalins/