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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 313 — #321
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ORIGINE DE LA COHÉSION DES SOLIDES
Métal
Na
Mg
Al
K
Zn
Fe
Ni
Cu
Ag
∆H vap / kJ·mol −1
26
36
75
22
31
97
102
82
70
Θ f / ˚C
98
650
660
79
419
1535 1455 1083
961
ρ / kg·m −3
0,97 1,74 2,70 0,86 7,14
7,87
8,91
8,95
10,49
TABLE 6.2 – Enthalpie de vaporisation (grandeur thermodynamique notée ∆H vap correspondant à l’énergie à fournir pour vaporiser une mole de solide à partir du liquide), température de fusion et masse volumique de métaux courants
• optique : les métaux sont des composés opaques au rayonnement électromagnétique
visible et possèdent donc un grand pouvoir réflecteur (« éclat métallique ») ;
• électrique : les métaux présentent une grande conductivité électrique, thermique (voir
table 6.2) et sont capables d’émettre des électrons par effet photoélectrique et thermoélectrique ;
• chimique : les métaux sont des espèces possédant une énergie de première ionisation faible
(inférieure en général à 5 eV), ce sont des réducteurs, donnant aisément des cations.
Modèle structural
Les propriétés électriques, thermiques et chimiques des métaux indiquent que les électrons
de la couche externe sont assez faiblement liés aux noyaux. Cette caractéristique a conduit
à un premier modèle de la liaison métallique : le modèle de DRUDE-LORENTZ (voir figure
6.10) ou modèle du gaz d’électrons.
FIGURE 6.10 – Modèle de DRUDE-LORENTZ d’un métal
Dans ce modèle simple, les électrons de la couche externe d’un atome donné, soumis à l’action des atomes voisins, acquièrent une énergie suffisante pour échapper à l’attraction de leur
atome d’origine et ont ainsi la possibilité de se déplacer à l’intérieur du métal ; il en résulte
une structure composée d’un empilement régulier de cations au sein d’un gaz d’électrons.
La cohésion de la structure métallique se trouve assurée par des liaisons fortes qui ne présentent aucune orientation privilégiée et ne sont pas localisées. Dans un métal, les électrons
périphériques des atomes sont partagés entre tous les atomes de la structure, la liaison métallique est une liaison communautaire et le métal peut être considéré comme une molécule
gigantesque et unique.
Dans ce type de liaison, la contribution individuelle de chaque électron à l’énergie de cohésion du métal est faible, mais cette faiblesse est compensée par la multiplicité des liaisons
formées par chaque atome. Ainsi dans la molécule Li 2 , dans laquelle les atomes de lithium
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ORIGINE DE LA COHÉSION DES SOLIDES
Métal
Na
Mg
Al
K
Zn
Fe
Ni
Cu
Ag
∆H vap / kJ·mol −1
26
36
75
22
31
97
102
82
70
Θ f / ˚C
98
650
660
79
419
1535 1455 1083
961
ρ / kg·m −3
0,97 1,74 2,70 0,86 7,14
7,87
8,91
8,95
10,49
TABLE 6.2 – Enthalpie de vaporisation (grandeur thermodynamique notée ∆H vap correspondant à l’énergie à fournir pour vaporiser une mole de solide à partir du liquide), température de fusion et masse volumique de métaux courants
• optique : les métaux sont des composés opaques au rayonnement électromagnétique
visible et possèdent donc un grand pouvoir réflecteur (« éclat métallique ») ;
• électrique : les métaux présentent une grande conductivité électrique, thermique (voir
table 6.2) et sont capables d’émettre des électrons par effet photoélectrique et thermoélectrique ;
• chimique : les métaux sont des espèces possédant une énergie de première ionisation faible
(inférieure en général à 5 eV), ce sont des réducteurs, donnant aisément des cations.
Modèle structural
Les propriétés électriques, thermiques et chimiques des métaux indiquent que les électrons
de la couche externe sont assez faiblement liés aux noyaux. Cette caractéristique a conduit
à un premier modèle de la liaison métallique : le modèle de DRUDE-LORENTZ (voir figure
6.10) ou modèle du gaz d’électrons.
FIGURE 6.10 – Modèle de DRUDE-LORENTZ d’un métal
Dans ce modèle simple, les électrons de la couche externe d’un atome donné, soumis à l’action des atomes voisins, acquièrent une énergie suffisante pour échapper à l’attraction de leur
atome d’origine et ont ainsi la possibilité de se déplacer à l’intérieur du métal ; il en résulte
une structure composée d’un empilement régulier de cations au sein d’un gaz d’électrons.
La cohésion de la structure métallique se trouve assurée par des liaisons fortes qui ne présentent aucune orientation privilégiée et ne sont pas localisées. Dans un métal, les électrons
périphériques des atomes sont partagés entre tous les atomes de la structure, la liaison métallique est une liaison communautaire et le métal peut être considéré comme une molécule
gigantesque et unique.
Dans ce type de liaison, la contribution individuelle de chaque électron à l’énergie de cohésion du métal est faible, mais cette faiblesse est compensée par la multiplicité des liaisons
formées par chaque atome. Ainsi dans la molécule Li 2 , dans laquelle les atomes de lithium
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