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Liaison métallique et alliages – mer d’électrons, conductivité, malléabilité et triangle des liaisons

ChimieLiaisons chimiques17–18 ans

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Une couche d’ions métalliques positifs dans une mer d’électrons délocalisés : appliquez une tension pour voir les électrons dériver et former un courant, frappez le métal pour faire glisser les couches sans qu’il se brise, et chauffez Li, Na, K, Mg et Al pour comparer leurs températures de fusion à la charge et au rayon de l’ion. L’écran des alliages ajoute des atomes de substitution (laiton, bronze, or 18 carats, brasure, duralumin, acier inoxydable) ou du carbone d’insertion (acier) qui déforment les couches, avec dureté, masse volumique et usages ; un triangle de van Arkel–Ketelaar place les substances selon l’écart et la moyenne d’électronégativité.

Leçon : Liaison métallique, propriétés des métaux et alliages

Ce qu’elle montre

Les métaux sont des réseaux d’ions positifs maintenus par leur attraction pour une mer d’électrons délocalisés. Comme les électrons peuvent se déplacer, les métaux conduisent l’électricité ; comme la liaison n’a pas de direction, les couches d’ions peuvent glisser les unes sur les autres, d’où la malléabilité et la ductilité des métaux. Une charge ionique plus grande et un rayon ionique plus petit donnent une attraction plus forte et, en général, une température de fusion plus élevée. Dans un alliage, des atomes de taille différente déforment les couches, qui glissent plus difficilement : l’alliage est plus dur. Le triangle des liaisons classe la liaison selon la moyenne et l’écart des électronégativités.

Mode d’emploi

Choisissez un onglet. Dans Liaison métallique, choisissez un Métal, déplacez le curseur Tension U pour lancer un courant et augmentez la Température pour faire fondre le métal ; cliquez sur Marteau ou touchez le réseau pour faire glisser les couches. Dans Alliages, choisissez un Alliage, déplacez le curseur de composition et cliquez sur Marteau pour comparer le glissement des couches. Dans Triangle des liaisons, choisissez Élément A et Élément B, un Exemple, ou touchez le triangle.

Paramètres modifiables

  • Mode Liaison métallique, Alliages, Triangle des liaisons
  • Métal Lithium (Li), Sodium (Na), Potassium (K), Magnésium (Mg), Aluminium (Al)
  • Tension U 0–0,1 V
  • Température 20–750 °C
  • Alliage Acier au carbone (Fe + C), Acier inoxydable (Fe + Cr), Laiton (Cu + Zn), Bronze (Cu + Sn), Alliage d’or (Au + Cu + Ag), Brasure étain-plomb (Sn + Pb), Duralumin (Al + Cu)
  • Élément A Cs, K, Ba, Na, Li, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Cu, Si, Ag, Sn, B, P, H, C, S, I, Br, N, Cl, O, F
  • Élément B Cs, K, Ba, Na, Li, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Cu, Si, Ag, Sn, B, P, H, C, S, I, Br, N, Cl, O, F

Questions à explorer

  1. Pourquoi un métal se déforme-t-il sous le marteau alors qu’un cristal de chlorure de sodium se brise ?
  2. Pourquoi la température de fusion de l’aluminium est-elle plus élevée que celle du sodium ?
  3. Pourquoi un peu de carbone ajouté au fer rend-il l’acier beaucoup plus dur mais aussi plus fragile ?

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