Les substances appartenant à la famille de métaux pauvres

Des éléments à pauvreté reconnue

En général, les métaux pauvres regroupent le gallium ₃₁Ga, l’indium ₄₉In, l’étain ₅₀Sn, le thallium ₈₁Tl, le plomb ₈₂Pb et le bismuth ₈₃Bi.

Même si l’aluminium ₁₃Al est considéré comme un métalloïde, il est également rangé parmi les métaux pauvres.

La chimie du polonium ₈₄Po s’apparente à celle du tellure qui est un métalloïde. Pourtant, à l’exception de sa radioactivité, ses propriétés physiques sont de plus en plus semblables à celles des métaux pauvres.

La définition des éléments de transition par l’IUPAC classe tout, ou une partie des éléments du 12^e groupe, dans les métaux pauvres. Cela concerne le zinc ₃₀Zn, le cadmium ₄₈Cd, le mercure ₈₀Hg et le copernicium ₁₁₂Cn. Toutefois, de très nombreux ouvrages incluent ces substances dans les métaux de transition. Par conséquent, ces derniers peuvent être associés aux éléments du bloc d, tout en traitant à part les lanthanides et les actinides.

Quelques classifications discutables

Si on considère la définition des métaux pauvres par l’IUPAC, le cas du copernicium et celui du mercure peuvent être discutés. Dans des conditions expérimentales très particulières, il est possible d’observer le fluorure de mercure (IV) HgF₄, un composé du mercure à l’état d’oxydation +4. Au cas où des électrons de la sous-couche 5d seraient impliqués, le mercure peut devenir un métal de transition. Ce constat n’est qu’une observation incertaine et isolée, car selon la chimie du mercure, ce dernier reste un métal pauvre.

Par contre, il serait probable que le copernicium soit un métal de transition. Dans son cas, les orbitales 7s et 6d jouent un rôle important dans la structure électronique de l’atome. Les orbitales 7s ont une énergie plus élevée que les orbitales 6d, mais en raison d’effets relativistes, leur énergie diminue. Cela a pour résultat la stabilisation des orbitales 7s par rapport aux orbitales 6d. La configuration de l’ion Cn²⁺ serait alors [Rn] 5f¹⁴ 6d⁸ 7s² et engendrerait une sous-couche 6d incomplète. Par conséquent, en solution aqueuse, le copernicium serait à l’état d’oxydation +2 et même +4.

Le flérovium a été initialement identifié comme ayant les propriétés de gaz noble. Pourtant, il est le seul élément de la 7^e période à avoir été caractérisé comme métal pauvre. Il reste ainsi le composant à nature chimique indéterminée. L’existence de métaux pauvres parmi les constituants du bloc p dans cette période est possible. Cependant, les études sur leurs propriétés chimiques ont été insuffisantes pour pouvoir les identifier.

L’existence des allotropes aux diverses propriétés rend généralement délicate la classification d’un élément dans une famille. Le cas de l’étain en est un exemple. D’une part, il présente les métalloïdes voisins d’un non-métal. En effet, d’un côté, il dispose d’une phase α grise, ayant une structure cubique, de type diamant. Celle-ci est stable à des températures basses. D’un autre côté, l’étain a une phase β blanche dont la structure est tétragonale. Cette dernière a les propriétés d’un métal pauvre. À température ambiante, elle est stable. L’étain est globalement vu comme un métal pauvre.

Propriétés physiques des métaux pauvres

D’autres métaux à masse atomique plus élevée

La masse atomique du mercure est de 200,592(3) u. Sa température de fusion et d’ébullition sont successivement −38,83 °C et 357 °C. Il a une masse volumique de 13,53 g·cm^-3. Son rayon atomique est de 151 pm. Sa configuration électronique, son énergie d’ionisation, selon l’échelle de Pauling, sont respectivement [Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰, 1 007,1 kJ·mol^-1 et 2,00.

Les propriétés physiques du polonium sont les suivantes :

• masse atomique : [209] ;
• température de fusion : 254 °C ;
• température d’ébullition : 962 °C ;
• masse volumique : 9,40 g·cm^-3  ;
• rayon atomique : 168 pm ;
• configuration électronique : [Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁴ ;
• énergie d’ionisation : 812,1 kJ·mol^-1 ;
• électronégativité, à l’échelle de Pauling : 2,0.

Toutes les données concernant le flérovium proviennent des calculs sur la base des modèles numériques existants. Sa masse atomique est de [289]. Sa température de fusion et d’ébullition sont respectivement de 67 °C et de 147 °C. Sa masse volumique est de 14 g·cm^-3 et son rayon atomique de 180 pm. Sa configuration électronique et son énergie d’ionisation sont successivement [Rn] 7s² 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7p² et 823,9 kJ·mol^-1.