Métal pauvre

En chimie, un métal pauvre, parfois appelé métal de post-transition ou métal post-transitionnel, est un élément chimique métallique situé, dans le tableau périodique, entre les métaux de transition à leur gauche et les métalloïdes à leur droite. Le terme métal pauvre est assez peu employé, et en concurrence avec diverses autres appellations, également peu employées, recouvrant des notions apparentées, par exemple métal du bloc p ; il rend compte du fait que les propriétés métalliques de ces éléments sont les moins marquées de l'ensemble des métaux. Il est employé ici à défaut d'une terminologie validée par l'IUPAC pour désigner collectivement les éléments de cette nature.

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Lu

Hf

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↓

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Métaux alcalino-terreux

Nature chimique inconnue

Il s'agit de métaux mous ou fragiles et à la résistance mécanique médiocre, avec un point de fusion inférieur à celui des métaux de transition. Leur structure cristalline présente un caractère covalent plus marqué et des structures plus complexes que les autres éléments métalliques, avec un nombre plus réduit de liaisons par atome. Leur chimie est marquée, à des degrés divers, par une tendance à former des liaisons covalentes, un caractère amphotère acide/basique, et la formation d'espèces anioniques telles que les aluminates, les stannates (en) et les bismuthates (en), respectivement par l'aluminium, l'étain et le bismuth. Ils peuvent également former des phases de Zintl (en) avec un métal vrai (métal alcalin ou métal alcalino-terreux), comme les composés intermétalliques NaTl et Na₂Tl.

Éléments appartenant à cette famille d'éléments chimiques

Parmi les métaux pauvres, on range généralement le gallium ₃₁Ga, l'indium ₄₉In, l'étain ₅₀Sn, le thallium ₈₁Tl, le plomb ₈₂Pb et le bismuth ₈₃Bi. L'aluminium ₁₃Al peut être vu comme un métalloïde, sinon il est rangé parmi les métaux pauvres. La chimie du polonium ₈₄Po est globalement semblable à celle du tellure, qui est un métalloïde, mais ses propriétés physiques — hormis sa radioactivité — peuvent l'apparenter davantage aux métaux pauvres. Sur le flanc gauche, la définition IUPAC des éléments de transition[1] conduit à inclure tout ou partie des éléments du 12^e groupe — zinc ₃₀Zn, cadmium ₄₈Cd, mercure ₈₀Hg et copernicium ₁₁₂Cn — parmi les métaux pauvres. Les manuels et de très nombreux ouvrages incluent cependant ces éléments dans les métaux de transition, ce qui permet d'assimiler ces derniers aux éléments du bloc d, lanthanides et actinides étant traités à part. D'un point de vue conceptuel, si le zinc et le cadmium sont exclus sans ambiguïté des métaux de transition par la définition de l'IUPAC, les cas du mercure et du copernicium peuvent être discutés :

Un composé du mercure — le fluorure de mercure(IV) HgF₄ — dans lequel ce dernier serait à l'état d'oxydation +4 aurait été observé dans des conditions expérimentales très particulières. Dans la mesure où il met en jeu des électrons de la sous-couche 5d, il pourrait faire de cet élément un métal de transition. Il s'agit cependant d'une observation isolée et incertaine, la chimie du mercure restant par ailleurs celle d'un métal pauvre.
Le copernicium serait en revanche probablement un métal de transition, en raison d'effets relativistes stabilisant les orbitales 7s au détriment des orbitales 6d : l'ion Cn²⁺ aurait ainsi une configuration [Rn] 5f¹⁴ 6d⁸ 7s², avec par conséquent une sous-couche 6d incomplète. En solution aqueuse, il serait à l'état d'oxydation +2, voire +4.

Sur la 7^e période, le flérovium est le seul élément à avoir été caractérisé comme métal pauvre[2]^,[3], bien qu'il ait initialement été identifié comme ayant des propriétés de gaz noble[4] ; sa nature chimique demeure par conséquent indéterminée. Il est possible que d'autres éléments du bloc p de cette période soient des métaux pauvres, mais leurs propriétés chimiques n'ont pas été suffisamment étudiées pour les identifier.

D'une manière générale, le positionnement d'un élément dans une famille est parfois rendu délicat en raison de l'existence d'allotropes aux propriétés différentes. C'est par exemple le cas de l'étain : il existe d'une part sous une phase α grise de structure cubique de type diamant, stable aux basses températures, aux propriétés métalloïdes proches d'un non-métal, et, d'autre part, une phase β blanche de structure tétragonale, dont les propriétés sont celles d'un métal pauvre ; cette phase étant stable à température ambiante, l'étain est généralement considéré comme un métal pauvre.

Aluminium ₁₃Al.
Zinc ₃₀Zn.
Gallium ₃₁Ga.
Cadmium ₄₈Cd.
Indium ₄₉In.
Étain ₅₀Sn.
Mercure ₈₀Hg.
Thallium ₈₁Tl.
Plomb ₈₂Pb.
Bismuth ₈₃Bi.

Propriétés

Le tableau ci-dessous résume quelques propriétés physiques des métaux pauvres ; les données relatives au flérovium figurent à titre indicatif et proviennent toutes de calculs sur la base des modèles numériques existants[5]^,[6] :

Élément	Masse atomique	Température de fusion	Température d'ébullition	Masse volumique	Rayon atomique	Configuration électronique[7]	Énergie d'ionisation	Électronégativité (Pauling)
Aluminium	26,9815385 u	660,32 °C	2 519 °C	2,70 g·cm^-3	143 pm	[Ne] 3s² 3p¹	577,5 kJ·mol^-1	1,61
Zinc	65,38(2) u	419,53 °C	907 °C	7,14 g·cm^-3	134 pm	[Ar] 4s² 3d¹⁰	906,4 kJ·mol^-1	1,65
Gallium	69,723(1) u	29,771 °C	2 204 °C	5,91 g·cm^-3	135 pm	[Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p¹	578,8 kJ·mol^-1	1,81
Cadmium	112,414(4) u	321,07 °C	767 °C	8,65 g·cm^-3	151 pm	[Kr] 5s² 4d¹⁰	867,8 kJ·mol^-1	1,69
Indium	114,818(1) u	156,60 °C	2 072 °C	7,31 g·cm^-3	167 pm	[Kr] 5s² 4d¹⁰ 5p¹	558,3 kJ·mol^-1	1,78
Étain	118,710(7) u	231,93 °C	2 602 °C	7,27 g·cm^-3	140 pm	[Kr] 5s² 4d¹⁰ 5p²	708,6 kJ·mol^-1	1,96
Mercure	200,592(3) u	−38,83 °C	357 °C	13,53 g·cm^-3	151 pm	[Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰	1 007,1 kJ·mol^-1	2,00
Thallium	204,3835 u	304 °C	1 473 °C	11,85 g·cm^-3	170 pm	[Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p¹	589,4 kJ·mol^-1	1,62
Plomb	207,2(1) u	327,46 °C	1 749 °C	11,34 g·cm^-3	175 pm	[Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p²	715,6 kJ·mol^-1	1,87
Bismuth	208,98040 u	271,40 °C	1 564 °C	9,78 g·cm^-3	156 pm	[Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p³	703 kJ·mol^-1	2,02
Polonium	[209]	254 °C	962 °C	9,40 g·cm^-3	168 pm	[Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁴	812,1 kJ·mol^-1	2,0
Flérovium	[289]	67 °C	147 °C	14 g·cm^-3	180 pm	[Rn] 7s² 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7p²	823,9 kJ·mol^-1	—

Notes et références

(en) « transition element », Compendium of Chemical Terminology [« Gold Book »], IUPAC, 1997, version corrigée en ligne : (2006-), 2^e éd. :
« Transition element: an element whose atom has an incomplete d sub-shell, or which can give rise to cations with an incomplete d sub-shell. »
(en) Robert Eichler, N. V. Aksenov, Yu. V. Albin, A. V. Belozerov, G. A. Bozhikov, V. I. Chepigin, S. N. Dmitriev, R. Dressler, H. W. Gäggeler, V. A. Gorshkov, G.S. Henderson et al., « Indication for a volatile element 114 », Radiochimica Acta, vol. 98, n^o 3,‎ mars 2010, p. 133-139 (DOI 10.1524/ract.2010.1705, lire en ligne)
(en) J. V. Kratz, « The impact of the properties of the heaviest elements on the chemical and physical sciences », Radiochimica Acta, vol. 100, n^os 8-9,‎ août 2012, p. 569-578 (DOI 10.1524/ract.2012.1963, lire en ligne)
(en) Heinz W. Gäggeler et Andreas Türler, Gas-Phase Chemistry of Superheavy Elements, décembre 2013 (ISBN 978-3-642-37465-4, DOI 10.1007/978-3-642-37466-1_8, lire en ligne), « The Chemistry of Superheavy Elements », p. 415-483
(en) Darleane C. Hoffman, Diana M. Lee et Valeria Pershina, « Transactinide Elements and Future Elements », The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements,‎ 2011, p. 1652-1752 (ISBN 978-94-007-0210-3, DOI 10.1007/978-94-007-0211-0_14, Bibcode 2011tcot.book.1652H, lire en ligne)
(en) Burkhard Fricke, « Superheavy elements a prediction of their chemical and physical properties », Structure and Bonding, vol. 21,‎ 3 décembre 2007, p. 89-144 (DOI 10.1007/BFb0116498, lire en ligne)
(en) CRC Handbook of Chemistry and Physics, section 1 : Basic Constants, Units, and Conversion Factors, sous-section : Electron Configuration of Neutral Atoms in the Ground State, 84^e édition en ligne, CRC Press, Boca Raton, Floride, 2003.

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Métaux Alcalins	Alcalino- terreux	Lanthanides	Métaux de transition	Métaux pauvres	Métal- loïdes	Non- métaux	Halo- gènes	Gaz nobles	Éléments non classés
		Actinides
		Superactinides

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[IUPAC_Gold_Book_Transition_Element-1] (en) « transition element », Compendium of Chemical Terminology [« Gold Book »], IUPAC, 1997, version corrigée en ligne : (2006-), 2^e éd. :
« Transition element: an element whose atom has an incomplete d sub-shell, or which can give rise to cations with an incomplete d sub-shell. »

[10.1524/ract.2010.1705-2] (en) Robert Eichler, N. V. Aksenov, Yu. V. Albin, A. V. Belozerov, G. A. Bozhikov, V. I. Chepigin, S. N. Dmitriev, R. Dressler, H. W. Gäggeler, V. A. Gorshkov, G.S. Henderson et al., « Indication for a volatile element 114 », Radiochimica Acta, vol. 98, n^o 3,‎ mars 2010, p. 133-139 (DOI 10.1524/ract.2010.1705, lire en ligne)

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[10.1007/BFb0116498-6] (en) Burkhard Fricke, « Superheavy elements a prediction of their chemical and physical properties », Structure and Bonding, vol. 21,‎ 3 décembre 2007, p. 89-144 (DOI 10.1007/BFb0116498, lire en ligne)

[CRC_Handbook-7] (en) CRC Handbook of Chemistry and Physics, section 1 : Basic Constants, Units, and Conversion Factors, sous-section : Electron Configuration of Neutral Atoms in the Ground State, 84^e édition en ligne, CRC Press, Boca Raton, Floride, 2003.