Par Kevin Beck, mis à jour le 30 août 2022

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Que sont les éléments ?

En chimie, un élément est une substance composée d’atomes contenant tous le même nombre de protons. Un élément ne peut pas être décomposé en substances plus simples à l’aide de méthodes chimiques conventionnelles. En 2018, les scientifiques ont confirmé la présence de 92 éléments naturels, ainsi que de 11 isotopes synthétiques qui n'apparaissent que dans des conditions de laboratoire. Chaque élément existe dans l'un des trois états physiques suivants :solide, liquide ou gazeux, dans des conditions standard.

Les atomes sont de minuscules amas de protons, de neutrons et d'électrons. L’hydrogène, le plus simple, contient un proton et un électron, tandis que l’isotope le plus courant de l’uranium contient 92 protons, 92 électrons et 146 neutrons. Les protons portent une charge positive; les électrons portent une charge négative égale; les neutrons sont neutres. L'équilibre des protons et des électrons détermine l'identité d'un élément, tandis que les variations du nombre de neutrons produisent des isotopes.

Le tableau périodique des éléments

Le tableau périodique est la pierre angulaire de la chimie moderne, classant tous les éléments connus par numéro atomique croissant – le nombre de protons dans le noyau. Cet ordre révèle des modèles répétitifs de comportement chimique, d’où le nom de « périodique ». Bien que le tableau comporte 113 entrées (118 en 2023), les éléments sont regroupés en familles qui reflètent les propriétés partagées.

Lorsque vous examinez le tableau, vous remarquerez que les lignes supérieures contiennent des lacunes :ce sont des éléments qui n’ont pas encore été découverts ou synthétisés. La mise en page intègre des colonnes (groupes) et des lignes (points) qui reflètent la configuration et la réactivité des électrons.

Groupes de tableaux périodiques

Historiquement, les éléments sont divisés en trois grandes catégories :les métaux, les non-métaux et les métalloïdes. Les non-métaux sont limités à sept éléments centraux :l'hydrogène (H), le carbone (C), l'azote (N), l'oxygène (O), le phosphore (P), le soufre (S) et le sélénium (Se). D'autres familles de non-métaux comprennent les halogènes (F, Cl, Br, I, At) et les gaz rares (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Ra). Les métalloïdes, tels que le silicium et l'arsenic, présentent des caractéristiques intermédiaires.

Caractéristiques des métaux

Sur les 113 éléments, 88 sont classés comme métaux. Malgré leur diversité, les métaux partagent plusieurs traits distinctifs :

• Solide à température ambiante (sauf le mercure, un métal liquide utilisé historiquement dans les thermomètres).
• Lustre —une surface brillante qui reflète la lumière, contribuant à leur valeur esthétique et économique.
• Malléabilité —la capacité d'être martelé ou roulé en feuilles minces sans se fissurer.
• Ductilité —la capacité à être tiré dans des fils, une propriété clé pour les conducteurs électriques et thermiques.
• Haute densité — la plupart des métaux ont une masse par unité de volume élevée.
• Points de fusion et d'ébullition élevés Par exemple, le point de fusion du tungstène est de 3 422 °C, ce qui le rend indispensable pour les filaments des ampoules à incandescence.

Types de métaux

Les métaux sont ensuite classés en cinq groupes principaux :

• Métaux alcalins (six éléments du groupeIA :Li, Na, K, Rb, Cs, Fr).
• Métaux alcalino-terreux (six éléments du groupe IIA :Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra).
• Métaux de transition (quarante éléments répartis dans les groupes IIIB à XII, rangées 3 à 6).
• Lanthanides (éléments 58 à 71, également appelés métaux des terres rares).
• Actinides (éléments 90 à 103, un sous-ensemble de la famille des terres rares).
• Métaux non spécifiés (huit éléments qui ne rentrent pas parfaitement dans les catégories ci-dessus).

L'addition de ces groupes donne un total de 88 métaux :6 alcalins + 6 alcalino-terreux + 40 de transition + 28 terres rares + 8 non spécifiés.

Métalloïdes et non-métaux

Les métalloïdes occupent une niche entre les métaux et les non-métaux, combinant propriétés conductrices et comportement semi-conducteur. Les sept métalloïdes courants sont :

• Bore (B)
• Silicium (Si)
• Germainium (Ge)
• Arsenic (As)
• Antimoine (Sb)
• Tellure (Te)
• Polonium (Po)

Ces éléments sont solides à température ambiante et jouent un rôle crucial dans l'électronique moderne, formant souvent des alliages avec des éléments métalliques pour adapter les caractéristiques électriques et thermiques.

Pour une exploration interactive du tableau périodique, visitez notre page de ressources .

Principaux points à retenir

• Les métaux constituent la majorité des éléments, avec 88 sur 113 dans le tableau périodique.
• Ils se caractérisent par leur éclat, leur malléabilité, leur ductilité, leur densité et leurs points de fusion élevés.
• Les familles de métaux primaires (alcalins, alcalino-terreux, de transition, lanthanides, actinides) ont chacune des comportements chimiques distincts.
• Les métalloïdes comblent le fossé entre les métaux et les non-métaux, sous-tendant la technologie des semi-conducteurs.