Propriétés des métaux
Le fait que l’élément chimique a un niveau de valence plus ou moins rempli a des conséquences sur plusieurs propriétés chimiques et physiques de ses composés. Quand on a un élément plutôt métallique (niveau de valence très faiblement rempli) en contact avec des atomes plus électronégatifs (O, F, Cl, et parfois même H !), l’élément métallique va avoir tendance à agir comme un donneur d’électrons. Cette propriété va se retrouver à l’échelle de la matière constituée simplement de ces éléments : le métal. On attend des matériaux métalliques une forte réactivité chimique avec un comportement de réducteurs (l’aluminothermie en est un bon exemple).
La conséquence d’un tel comportement est que les surfaces des métaux ne sont presque jamais composés de métaux à proprement parler ! Ils sont couvert d’une très fine couche d’oxydes et/ou d’ hydroxydes ! Ils vont former des oxydes voire des peroxydes très facilement.
Quelques exceptions comme l’or ou le platine existent : ces métaux « nobles » ont des structures électroniques de transition qui peuvent adopter la configuration d’une couche externe complète par des transitions « internes » sans réaction chimique : le fait d’avoir une configuration du type 4d10 6s0 au lieu de 4d8 6s2 (malgré le fait que le niveau 6s a une énergie plus basse et devrait donc se remplir avant le 4d) permet d’avoir les orbitales de valence complètement remplies et donc former les espèces très inertes chimiquement comme dans le cas d’un gaz noble.
D’où une règle générale – sauf rares exceptions – la surface d’un métal en contact avec n’importe quel environnement même faiblement oxydant est toujours oxydée et donc toute la réactivité d’un métal est en réalité contrôlée par les propriétés des oxydes formés à la surface. La dégradation d’un matériau métallique sous l’effet de son environnement chimique s’appelle la corrosion et la protection contre la corrosion est un domaine aussi vieux qu’actuel et le restera tant que les matériaux métalliques seront utilisés.
Parlant des propriétés physiques des matériaux métalliques, il faut savoir qu’entre plusieurs atomes de ce type les liaisons ne sont pas polaires et donc les électrons n’ont pas de préférence pour se fixer vers un atome ou un autre. La grande extension d’orbitales de valence par ailleurs peu occupées résulte dans le fait que les électrons peuvent se déplacer librement entre les noyaux des atomes présents dans tout le solide en passant par le recouvrement des orbitales. On parle donc de gaz électronique. Ce gaz électronique est responsable des propriétés très spécifiques des métaux : les électrons peuvent transporter la charge (conductivité électrique) et l’énergie (conductivité thermique) et la lumière (propriétés optiques). La grande extension des orbitales de conduction cristallines (les orbitales formées par la déformation des orbitales atomiques de valence qui forment un réseau dans le cristal) explique la conservation des liaisons lors des déplacements des noyaux donnant une bonne formabilité et maniabilité des métaux et donc en partie leurs propriétés mécaniques.