Chimie générale 202-SF1-RE (ancien 202-NYA) • Cégep à Montréal

Fiche de révision : Métaux, non-métaux et métalloïdes

Cette fiche de révision couvre les métaux, les non-métaux et les métalloïdes en chimie générale du cégep : l'escalier du tableau périodique, les états physiques des éléments, la liaison métallique, la charge des cations et des anions, la série d'activité et le déplacement simple, le pouvoir oxydant des halogènes, les semiconducteurs et l'extraction des métaux.

Le fil : la place d'un élément dans le tableau dit s'il donne ou s'il prend des électrons, et donc tout le reste, son état physique, sa conduction, la charge de son ion, sa force comme réducteur ou comme oxydant, et jusqu'au prix de son métal.

Le fil du chapitre

La place d'un élément dans le tableau dit s'il donne ou s'il prend des électrons, et donc tout le reste : son état physique, sa conduction, la charge de son ion et sa force comme réducteur ou comme oxydant.

Ce chapitre fait partie de Chimie générale 202-SF1-RE (ancien 202-NYA)

Avant ce chapitre

Cette fiche suppose ces notions acquises. Si une méthode ci-dessous reste opaque, c'est presque toujours l'une d'elles qui manque, pas la fiche.

Oxydoréduction, nombres d'oxydation et nomenclature Fiche

Remonter plus loin : la chaîne complète (6 chapitres) ↓

Le chemin de remédiation, du plus ancien au plus proche. Un élève qui reprend ce chapitre de zéro le reprend dans cet ordre.

L'essentiel

Lire le tableau : trois familles, un escalier

• L'escalier part entre le bore et l'aluminium et descend vers le polonium. À sa gauche les MÉTAUX, à sa droite les NON-MÉTAUX, sur ses marches les six MÉTALLOÏDES : bore, silicium, germanium, arsenic, antimoine, tellure.
• Un métal PERD ses électrons de valence pour prendre la configuration du gaz noble qui le PRÉCÈDE. Un non-métal en GAGNE pour prendre celle du gaz noble qui le SUIT.
• La charge de l'ion se lit donc sur le numéro de groupe : $+1$ , $+2$ , $+3$ pour les groupes 1, 2 et 13 ; $-3$ , $-2$ , $-1$ pour les groupes 15, 16 et 17.
• Deux éléments seulement sont LIQUIDES à $25$ °C : le mercure, métal, et le brome, non-métal. Onze sont gazeux, et ce sont tous des non-métaux : $H$ , $N$ , $O$ , $F$ , $Cl$ et les six gaz nobles.
• Aucun métal n'est gazeux à $25$ °C : un métal est un réseau collectif, un non-métal une collection de petites molécules que de simples forces de London suffisent à séparer.

La charge de l'ion se lit directement sur la colonne, sans rien mémoriser d'autre que le numéro de groupe.

La liaison métallique et ce qu'elle explique

• Un métal est un réseau de CATIONS baignant dans une mer d'électrons délocalisés, libres de circuler dans tout le cristal.
• CONDUCTION : ce qui décide n'est pas la présence de charges mais leur MOBILITÉ. Le sel solide contient des ions et ne conduit pas ; fondu ou dissous, il conduit très bien.
• La conductivité d'un métal DIMINUE quand la température monte : les électrons sont déjà libres et en nombre fixe, et les cations qui vibrent les gênent. Un semiconducteur fait l'inverse.
• MALLÉABILITÉ : la liaison métallique n'est pas directionnelle, donc un plan qui glisse retrouve le même environnement. Dans un cristal ionique, le même glissement met face à face des charges de même signe et le cristal se clive.
• FUSION : elle monte avec la charge du cation et le nombre d'électrons cédés. Sodium $98$ °C, magnésium $650$ °C, aluminium $660$ °C.

Le test le plus sûr pour classer un échantillon inconnu est de mesurer sa conductivité à deux températures : elle baisse pour un métal, elle monte pour un métalloïde, elle reste nulle pour un non-métal.

Réducteurs et oxydants : les deux séries

• Série d'activité, du plus réducteur au moins : $K$ , $Ca$ , $Na$ , $Mg$ , $Al$ , $(C)$ , $Zn$ , $Fe$ , $Pb$ , $(H)$ , $Cu$ , $Ag$ , $Au$ .
• Un métal déplace de ses composés tout métal situé SOUS lui, jamais au-dessus. Le zinc déplace le cuivre, le cuivre ne déplace pas le zinc.
• Au-dessus de l'hydrogène, le métal attaque les acides non oxydants. En dessous, il ne les attaque pas : un fil de cuivre ne fait rien dans l'acide chlorhydrique.
• Au-dessous du carbone, le métal s'extrait au haut fourneau. Au-dessus, il faut l'électricité, d'où l'écart historique entre le fer et l'aluminium.
• Halogènes, pouvoir OXYDANT décroissant : $F_{2}>Cl_{2}>Br_{2}>I_{2}$ , l'électron capté étant de plus en plus loin du noyau et de plus en plus écranté. Le pouvoir RÉDUCTEUR des ions suit l'ordre inverse.

Deux repères suffisent dans la série : l'hydrogène dit qui attaque les acides, le carbone dit qui s'extrait au haut fourneau.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Inverser le sens du déplacement simple

toute la question, et une réaction annoncée qui n'a pas lieu

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le cuivre est un métal, donc il déplacera bien le zinc de son sulfate. »

Ce qu'il faut écrire

« Le cuivre est SOUS le zinc dans la série : il ne le déplace pas. C'est l'inverse qui se produit, le zinc déplace le cuivre. »

Pourquoi : Le sens se retrouve par le sens physique : le métal le plus haut dans la série est celui qui tient le moins à ses électrons, c'est donc lui qui les cède à l'autre. On ne mémorise pas une flèche, on mémorise que le plus réducteur donne.

2. Conclure qu'un jeu d'ions isoélectroniques a le même rayon

2 points, et un classement entièrement inversé

Ce qu'il ne faut pas écrire

« $N^{3-}$ , $O^{2-}$ , $F^{-}$ , $Na^{+}$ et $Mg^{2+}$ ont tous dix électrons, donc tous le même rayon. »

Ce qu'il faut écrire

« Ils ont le même nombre d'ÉLECTRONS mais pas de PROTONS : $7$ pour l'azote, $12$ pour le magnésium. Le rayon décroît quand $Z$ croît, de $1{,}46$ à $0{,}65$ ångström. »

Six ions, un seul cortège de dix électrons, et un rapport de près de trois entre le plus gros et le plus petit.

Pourquoi : C'est le seul cas où l'on compare des rayons sans se soucier de la période ni du groupe, et c'est justement pour cela qu'il tombe. Plus le noyau est chargé, plus il resserre le même nuage : un anion est toujours plus gros que son atome, un cation toujours plus petit.

3. Croire qu'un semiconducteur se comporte comme un métal à chaud

2 points, et la distinction métal contre métalloïde est perdue

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le silicium conduit, donc comme tout conducteur il conduira moins bien quand il chauffe. »

Ce qu'il faut écrire

« C'est l'inverse : ses électrons sont engagés dans des liaisons et doivent franchir une bande interdite. Chauffer en LIBÈRE de nouveaux, donc la conductivité MONTE. »

Trois familles, trois comportements. La mesure à deux températures suffit à classer un échantillon inconnu.

Pourquoi : Les deux solides n'ont pas le même problème. Dans un métal les porteurs existent déjà en nombre fixe, et l'agitation ne fait que les gêner. Dans un semiconducteur il faut d'abord en créer, et l'agitation s'en charge. C'est exactement ce contraste qui définit un métalloïde.

4. Confondre dopage de type n et de type p

1 à 2 points, et la jonction se décrit à l'envers

Ce qu'il ne faut pas écrire

« On dope le silicium au bore, qui est du groupe 13 : il manque un électron, donc le porteur est négatif. »

Ce qu'il faut écrire

« Un électron MANQUANT laisse un TROU, qui se déplace comme une charge POSITIVE : c'est le type $p$ . Le type $n$ s'obtient avec le phosphore, du groupe 15, qui apporte un électron en trop. »

Pourquoi : Le moyen de ne jamais se tromper est de compter les électrons de valence par rapport aux quatre du silicium. Cinq, donc un en trop, porteur négatif, type $n$ comme négatif. Trois, donc un manquant, trou positif, type $p$ comme positif.

5. Croire qu'un métal abondant est un métal facile à obtenir

la question de raisonnement, souvent notée 3 ou 4 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« L'aluminium est le métal le plus abondant de la croûte terrestre, il a donc toujours été facile à produire. »

Ce qu'il faut écrire

« Il est tout en haut de la série d'activité : aucun réducteur chimique ordinaire ne l'arrache à son oxyde. Il n'a été isolé qu'en 1825 et est resté plus cher que l'or jusqu'en 1886. »

Pourquoi : Abondance et accessibilité sont deux questions sans rapport. Le carbone du haut fourneau réduit le fer parce que le fer est SOUS lui dans la série ; il ne peut rien contre l'aluminium, qui est au-dessus. Il a fallu attendre un réducteur plus puissant que tout réactif chimique, le courant électrique.

6. Prendre la tolérance d'un métal pour un état physique universel

1 point sur une question de cours, davantage si la conclusion s'appuie dessus

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Tous les métaux sont solides à température ambiante, c'est ce qui les définit. »

Ce qu'il faut écrire

« Le mercure est liquide à $25$ °C, et le gallium comme le césium fondent à peine au-dessus, $29{,}8$ et $28{,}5$ °C. Ce qui définit un métal est la liaison métallique, pas l'état physique. »

Pourquoi : Une définition par une propriété observable est toujours fragile. Le mercure conduit, il est malléable à l'état solide, ses ions sont des cations : il est métal par sa liaison, et il se trouve qu'il fond à $-39$ °C. À l'inverse le brome, seul non-métal liquide, ne conduit pas.

7. Chercher le pouvoir oxydant du côté du plus gros halogène

2 points, et le classement complet de la colonne est inversé

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le diiode est le plus gros des halogènes, donc il attire le mieux un électron et c'est le meilleur oxydant. »

Ce qu'il faut écrire

« C'est l'inverse : plus l'atome est gros, plus l'électron capté se place loin du noyau et plus il est écranté. Le difluor, le plus petit, est le meilleur oxydant, au point d'oxyder l'oxygène de l'eau. »

Pourquoi : Une seule cause explique trois tendances de la colonne 17 : le rayon qui augmente fait baisser l'affinité électronique, l'électronégativité et le pouvoir oxydant, toutes ensemble. Et l'ordre des ions s'en déduit par symétrie : l'oxydant le plus fort a le réducteur conjugué le plus faible.

8. Oublier la simplification après avoir croisé les charges

1 point par formule, et toutes les masses molaires qui en découlent

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Magnésium et azote : $Mg^{2+}$ et $N^{3-}$ , je croise, donc $Mg_{3}N_{2}$ ... ou $Mg_{2}N_{3}$ ? »

Ce qu'il faut écrire

« On croise les VALEURS des charges et on les échange : la charge $3$ de l'azote devient l'indice du magnésium, et la charge $2$ du magnésium l'indice de l'azote. D'où $Mg_{3}N_{2}$ , et $3(+2)+2(-3)=0$ . »

Pourquoi : Le croisement est un moyen mnémotechnique, pas une règle : la vraie règle est la neutralité. Le contrôle coûte trois secondes et ne trompe jamais : on multiplie chaque indice par la charge correspondante et la somme doit être nulle.

Quelle méthode choisir

Cette réaction de déplacement a-t-elle lieu

Les positions relatives des deux espèces dans la série d'activité

Si le métal libre est AU-DESSUS de l'ion métallique → la réaction a lieu, et le métal libre se dissout en cédant ses électrons

Exemple : $Zn+CuSO_{4}\rightarrow ZnSO_{4}+Cu$
Si le métal libre est AU-DESSOUS de l'ion métallique → rien ne se passe, et on écrit qu'il n'y a pas de réaction

Exemple : $Cu+ZnSO_{4}$ ne donne rien
Si le métal libre est au-dessus de l'hydrogène et l'espèce est un acide → il y a dégagement de dihydrogène

Exemple : $Mg+2\,HCl\rightarrow MgCl_{2}+H_{2}$
Si un halogène libre face à l'ion d'un halogène situé sous lui → le déplacement a lieu, et on le reconnaît à la couleur

Exemple : $Cl_{2}+2\,KBr\rightarrow 2\,KCl+Br_{2}$

Les deux séries fonctionnent exactement de la même façon, l'une pour les réducteurs, l'autre pour les oxydants. Dans les deux cas on lit la position, on ne devine pas.

Classer un échantillon inconnu

Sa conductivité électrique, mesurée à deux températures

Si il conduit bien, et MOINS bien quand on chauffe → c'est un métal : les porteurs sont déjà libres, l'agitation les gêne

Exemple : le cuivre, le fer, l'aluminium
Si il conduit mal à froid et MIEUX quand on chauffe → c'est un semiconducteur, donc un métalloïde de l'escalier

Exemple : le silicium, le germanium
Si il ne conduit pas, quelle que soit la température → c'est un non-métal : sa bande interdite est trop large

Exemple : le soufre, le diamant
Si il ne conduit pas à l'état solide mais conduit une fois fondu → c'est un solide IONIQUE, et non un élément : ses ions étaient bloqués

Exemple : le chlorure de sodium

La dernière branche est celle qu'on oublie, et elle sépare une question sur les éléments d'une question sur les composés. Un sel n'est ni métal ni non-métal, c'est un assemblage des deux.

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Prévoir la formule d'un composé ionique

Quand l'utiliser : L'énoncé donne deux éléments et demande la formule du composé qu'ils forment.

1 Situer chaque élément : à gauche de l'escalier il perd, à droite il gagne.
2 Lire la charge de chaque ion sur le numéro de groupe, et l'écrire.
3 Échanger les valeurs des charges pour obtenir les indices.
4 Simplifier si les deux indices ont un diviseur commun.
5 Vérifier la neutralité en multipliant chaque indice par sa charge : la somme doit être nulle.

Phrase de conclusion

« Le magnésium du groupe 2 donne $Mg^{2+}$ , l'azote du groupe 15 donne $N^{3-}$ . En échangeant les charges on obtient $Mg_{3}N_{2}$ , et $3(+2)+2(-3)=0$ : le composé est neutre. »

Le piège : Oublier de simplifier. Calcium et oxygène donnent $Ca_{2}O_{2}$ par croisement, mais la formule d'un réseau ionique est toujours EMPIRIQUE : on écrit $CaO$ .

Barème : 1 point par charge correctement identifiée, 1 point pour les indices, 1 point pour la simplification quand elle est nécessaire, 1 point pour la vérification de neutralité, qui est presque toujours comptée à part.

Justifier qu'un métal ne s'extrait pas au carbone

Quand l'utiliser : L'énoncé oppose deux métaux, typiquement le fer et l'aluminium, et demande pourquoi l'un est connu depuis l'Antiquité et l'autre depuis 1886.

1 Situer le carbone dans la série d'activité, entre l'aluminium et le zinc.
2 Situer les deux métaux par rapport à lui.
3 Écrire la réduction qui marche, avec ses nombres d'oxydation, et vérifier le bilan d'électrons.
4 Expliquer que la réaction symétrique n'a pas lieu, et nommer le réducteur qui a dû la remplacer.

Phrase de conclusion

« Le fer est sous le carbone, donc le monoxyde de carbone le réduit : $Fe_{2}O_{3}+3\,CO\rightarrow 2\,Fe+3\,CO_{2}$ , avec $2\times 3=6$ électrons gagnés et $3\times 2=6$ cédés. L'aluminium est au-dessus du carbone : la réaction irait dans l'autre sens, et il a fallu l'électrolyse de 1886. »

Le piège : Invoquer l'abondance ou le point de fusion. Ni l'un ni l'autre n'explique quoi que ce soit ici, et la seule réponse acceptée est la position dans la série d'activité.

Barème : 1 point pour la position du carbone, 2 pour l'équation du haut fourneau équilibrée, 1 pour le bilan d'électrons, 2 pour l'explication du cas de l'aluminium.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

La neutralité du composé formé

Multiplier chaque indice par la charge de son ion et additionner : la somme doit valoir zéro. Le contrôle prend trois secondes et attrape toute erreur de croisement.

$Mg_{3}N_{2}$ : $3(+2)+2(-3)=0$ , la formule tient.
Le sens de la série, relu sur un cas connu

Avant de conclure sur un couple inconnu, vérifier le raisonnement sur un couple évident. Si la règle appliquée donne que le cuivre déplace le zinc, c'est qu'elle est inversée.

Le zinc déplace le cuivre, et le clou de fer se couvre d'argent dans le nitrate d'argent.
La cohérence du nombre d'électrons de l'ion

L'ion formé doit avoir le nombre d'électrons du gaz noble le plus proche. Si le compte ne tombe pas, la charge est fausse.

$Mg^{2+}$ a $12-2=10$ électrons, soit ceux du néon.
Le nombre d'oxydation maximal d'un élément de groupe principal

Il ne dépasse jamais le nombre d'électrons de valence. Un résultat au-delà signale une erreur de charge ou de somme.

Le chlore du groupe 17 monte au plus à $+7$ , dans le perchlorate.
L'ordre de grandeur d'un rendement d'extraction

Comparer la masse de minerai à celle du métal obtenu. Un facteur inférieur à un est impossible, et un facteur très supérieur à dix doit être justifié par la teneur du minerai.

Près de quatre tonnes de bauxite à $50\,\%$ d'alumine pour une tonne d'aluminium.

L'exercice type décortiqué

Quatre éléments de la troisième période, identifiés par leurs seules propriétés

$A$ est un solide mou, coupable au couteau, qui réagit violemment avec l'eau en dégageant un gaz inflammable, et dont l'oxyde donne une solution basique.

$B$ ne conduit le courant qu'une fois chauffé et sert à fabriquer des puces. $C$ est un gaz jaune-vert décolorant. $D$ est un solide jaune qui brûle avec une flamme bleue.

Électronégativités disponibles : 0,93 ; 1,90 ; 2,58 ; 3,16. Masses atomiques : $Na$ 22,99 ; $S$ 32,07 ; $Cl$ 35,45.

Étape 1

$A$ est le SODIUM : mou, réagissant avec l'eau en dégageant du dihydrogène, oxyde basique, ce sont les quatre marques d'un métal alcalin.

Pourquoi

Un seul alcalin appartient à la troisième période. Les quatre indices se recoupent, aucun n'est décisif à lui seul.

Étape 2

$B$ est le SILICIUM : une conduction qui n'apparaît qu'à chaud est la signature d'un semiconducteur, donc d'un métalloïde de l'escalier.

Pourquoi

C'est le critère de classement le plus fiable, et il ne demande aucune connaissance chimique, seulement une mesure à deux températures.

Étape 3

$C$ est le CHLORE, gaz jaune-vert du groupe 17, et $D$ le SOUFRE, solide jaune dont la combustion donne du dioxyde de soufre à odeur piquante.

Pourquoi

La couleur et l'état physique suffisent ici : le chlore est l'un des onze éléments gazeux à $25$ °C, le soufre est un solide moléculaire.

Étape 4

L'électronégativité croît de gauche à droite, donc $Na$ $0{,}93$ , $Si$ $1{,}90$ , $S$ $2{,}58$ , $Cl$ $3{,}16$ .

Pourquoi

On ne se fie pas à l'ordre de l'énoncé, qui donne les éléments en désordre : on les remet dans l'ordre de la période et on attribue.

Étape 5

Composé de $A$ et $C$ : $Na^{+}$ et $Cl^{-}$ , donc $NaCl$ . Composé de $A$ et $D$ : $Na^{+}$ et $S^{2-}$ , donc $Na_{2}S$ .

Pourquoi

Les charges se lisent sur les colonnes 1, 16 et 17. Aucune simplification n'est nécessaire ici.

Étape 6

Écarts d'électronégativité : $3{,}16-0{,}93=2{,}23$ et $2{,}58-0{,}93=1{,}65$ , tous deux au-dessus ou près du seuil de $1{,}7$ .

Pourquoi

Le contrôle confirme le caractère ionique des deux composés, le sulfure étant déjà à la limite du covalent polaire.

Étape 7

$M(NaCl)=22{,}99+35{,}45=58{,}44$ g/mol, donc $\dfrac{22{,}99}{58{,}44}\times 100=39{,}34\,\%$ de sodium.

Pourquoi

Le pourcentage massique est la façon la plus directe de vérifier une formule proposée contre une analyse élémentaire.

Étape 8

$M(Na_{2}S)=45{,}98+32{,}07=78{,}05$ g/mol, donc $\dfrac{45{,}98}{78{,}05}\times 100=58{,}91\,\%$ .

Pourquoi

Le sulfure est plus riche en sodium : il en contient deux par formule, et le soufre est plus léger que le chlore.

Étape 9

$2\,Na+2\,H_{2}O\rightarrow 2\,NaOH+H_{2}$ : le sodium passe de $0$ à $+1$ , l'hydrogène de $+1$ à $0$ , soit $2$ électrons échangés.

Pourquoi

L'oxygène reste à $-2$ des deux côtés : il ne participe pas. La soude formée explique la basicité, le dihydrogène l'inflammation.

Conclusion rédigée

« Les quatre éléments sont le sodium, le silicium, le chlore et le soufre, dans cet ordre d'électronégativité croissante, $0{,}93$ , $1{,}90$ , $2{,}58$ et $3{,}16$ . Le sodium forme $NaCl$ à $39{,}34\,\%$ de sodium et $Na_{2}S$ à $58{,}91\,\%$ , et sa réaction avec l'eau est une oxydoréduction à deux électrons. »

L'erreur classique sur cet exercice : Identifier $B$ comme un métal parce qu'il conduit. Un conducteur dont la conductivité AUGMENTE avec la température n'est pas un métal : c'est exactement le comportement inverse, et c'est la définition d'un semiconducteur.

À savoir par cœur

• L'escalier sépare métaux et non-métaux ; ses six marches sont les métalloïdes.
• La charge de l'ion se lit sur le groupe : $+1$ , $+2$ , $+3$ à gauche, $-3$ , $-2$ , $-1$ à droite.
• Deux liquides à $25$ °C : le mercure et le brome. Onze gaz, tous non-métaux.
• Ce qui décide de la conduction est la MOBILITÉ des charges, pas leur présence.
• Métal : la conductivité baisse à chaud. Semiconducteur : elle monte. Isolant : elle reste nulle.
• Série isoélectronique : à électrons égaux, le rayon décroît quand $Z$ croît.
• Un métal déplace ceux qui sont SOUS lui, jamais au-dessus.
• Au-dessus de l'hydrogène : il attaque les acides. Au-dessous du carbone : il s'extrait au haut fourneau.
• $F_{2}>Cl_{2}>Br_{2}>I_{2}$ en pouvoir oxydant ; les ions suivent l'ordre inverse.
• Type $n$ : phosphore, un électron en trop. Type $p$ : bore, un trou.
• Recycler ne coûte que la fusion : le métal est déjà au nombre d'oxydation $0$ .

Questions fréquentes

Comment savoir si un élément est un métal, un non-métal ou un métalloïde ?

On repère l'escalier qui part entre le bore et l'aluminium et descend vers le polonium. À sa gauche se trouvent les métaux, à sa droite les non-métaux, et sur ses marches les six métalloïdes que sont le bore, le silicium, le germanium, l'arsenic, l'antimoine et le tellure. Le critère expérimental le plus sûr reste la conductivité mesurée à deux températures : elle baisse pour un métal, elle monte pour un métalloïde, elle reste nulle pour un non-métal.

Pourquoi le rayon des ions isoélectroniques n'est-il pas le même ?

Parce que le nombre de protons change alors que le nombre d'électrons reste identique. L'ion nitrure a sept protons pour dix électrons, le noyau retient mal un nuage trop grand pour lui, qui gonfle. L'ion aluminium a treize protons pour les mêmes dix électrons, il tire beaucoup plus fort et resserre le nuage. Le rayon décroît donc régulièrement quand le numéro atomique croît, dans un rapport de près de trois entre les deux extrêmes.

Comment savoir si un métal réagit avec un acide ?

On regarde sa position par rapport à l'hydrogène dans la série d'activité. S'il est au-dessus, il est plus réducteur que l'hydrogène et il attaque les acides non oxydants en dégageant du dihydrogène : c'est le cas du magnésium, du zinc et du fer. S'il est en dessous, comme le cuivre, l'argent et l'or, il ne se passe rien, et c'est pourquoi un fil de cuivre reste intact dans l'acide chlorhydrique alors qu'un clou de fer y bouillonne.

Pourquoi l'aluminium a-t-il été plus cher que l'or au dix-neuvième siècle ?

Parce qu'il se situe tout en haut de la série d'activité, au-dessus du carbone. Le carbone du haut fourneau réduit le fer parce que le fer est situé sous lui, mais il ne peut rien contre l'oxyde d'aluminium. Il a fallu attendre un réducteur plus puissant que tout réactif chimique, le courant électrique, avec le procédé d'électrolyse mis au point en 1886. C'est cette date qui fait s'effondrer le prix du métal, et non la découverte de nouveaux gisements.

Quelle différence entre un dopage de type n et de type p ?

Elle tient au nombre d'électrons de valence de l'impureté ajoutée, comparé aux quatre du silicium. Le phosphore, du groupe 15, en apporte cinq : le cinquième reste libre et devient un porteur de charge négatif, d'où le nom de type n. Le bore, du groupe 13, n'en apporte que trois : il manque un électron, et ce manque, appelé trou, se déplace dans le cristal comme le ferait une charge positive, d'où le type p. La jonction entre les deux zones est le composant élémentaire de toute l'électronique.

Pourquoi recycler un métal consomme-t-il si peu d'énergie ?

Parce que le métal usagé est déjà au nombre d'oxydation zéro. Toute la dépense de la production primaire sert à rendre des électrons à un métal qui se trouve à l'état d'oxyde dans son minerai, et seule l'électricité sait le faire en grande quantité pour les métaux les plus réducteurs. Le métal à recycler n'a plus d'électrons à recevoir : il suffit de le fondre, ce qui ne demande qu'une chaleur latente ordinaire. Pour l'aluminium, le rapport est d'environ un à vingt.

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Exercices corrigés : Métaux, non-métaux et métalloïdes

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

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