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Métalloïde

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Ne doit pas être confondu avecsemimétal.

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1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
8 Uue Ubn ⁂ Uth Uts Uto Ute Uqn Uqu Uqb
↓
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
⁂ Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp
Li Métaux alcalins Al Métaux pauvres
Be Métaux alcalino-terreux B Métalloïdes
La Lanthanides Non-métaux:
Ac Actinides H « CHNOPS » etsélénium
Sc Métaux de transition F Halogènes
Mt Nature chimique inconnue He Gaz nobles
Uue Éléments hypothétiques (dont lessuperactinides)

Unmétalloïdeest unélément chimiquedont les propriétés sont intermédiaires entre celles desmétauxet desnon-métaux[pas clair]ou sont une combinaison de ces propriétés. Dans la littérature scientifique, faute de définition standard des métalloïdes, la liste des éléments classés dans cettefamillevarie selon les auteurs.

Les six éléments généralement reconnus comme métalloïdes sont lebore5B, lesilicium14Si, legermanium32Ge, l'arsenic33As, l'antimoine51Sb et letellure52Te. Cinq autres sont moins fréquemment classés parmi les métalloïdes: lecarbone6C, l'aluminium13Al, lesélénium34Se, lepolonium84Po et l'astate85At. Ce dernier, historiquement rangé parmi leshalogènesdans le prolongement des autres éléments du17egroupe, tend cependant à être davantage considéré comme un métalloïde à mesure que ses propriétés chimiques sont mieux caractérisées. Dans untableau périodiquestandard, ils se répartissent en diagonale dans lebloc ple long de l'ancienne ligne de démarcation entre métaux et non-métaux représentée sur les tableaux périodiques de la première moitié duXXesiècle.

Les métalloïdes présentent un aspect métallique mais sont fragiles et médiocresconducteursde l'électricité.Leurs propriétés chimiques sont essentiellement celles de non-métaux. Ils peuvent former desalliagesavec les métaux. Ils présentent généralement une résistance mécanique trop faible pour pouvoir être utilisés dans des applications structurelles, et sont généralement utilisés à travers leurs alliages, commecatalyseurs,enignifugation,dans la fabrication deverres,leslecteurs de disques optiques,l'optoélectronique,lapyrotechnie,lessemiconducteurset l'électronique.Ce sont les propriétés dugermaniumet dusiliciumqui ont permis l'émergence de l'industrie des semiconducteurs dans lesannées 1950et le développement de l'électronique à l'état solideau début desannées 1960.

Histoire du mot

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Le termemétalloïdefaisait initialement référence aux non-métaux. Au milieu duXXesiècle sa signification a évolué vers son sens actuel. Les métalloïdes sont parfois aussi confondus avec lessemimétaux,qui sont cependant une classe de matériaux différente: leboreet lesiliciumsont ainsi des métalloïdes mais pas des semimétaux, tandis que l'étainet lebismuthsont des semimétaux mais pas des métalloïdes.

Propriétés

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Le tableau ci-dessous résume quelques propriétés physiques des métalloïdes. L'astaten'ayant jamais pu être observé en grandes quantités, ses données macroscopiques sont mal connues, et certaines sont déduites de simulations numériques. Samasse volumiqueà température ambiante résulte ainsi de modèles de calcul[1],et la donnée figurant dans la colonnerayon atomiqueest relative à sonrayon de covalence.

Élément Masse
atomique 		Température
de fusion 		Température
d'ébullition 		Masse
volumique 		Rayon
atomique 		Configuration
électronique[2] 		Énergie
d'ionisation 		Électronégativité
(Pauling)
Bore 10,813 5u 2 076°C 3 927°C 2,08g·cm-3 90pm [He] 2s22p1 800,6kJ·mol-1 2,04
Silicium 28,085(1)u 1 414°C 3 265°C 2,329g·cm-3 111pm [Ne] 3s23p2 786,5kJ·mol-1 1,90
Germanium 72,630(8)u 938°C 2 833°C 5,323g·cm-3 122pm [Ar] 4s23d104p2 762kJ·mol-1 2,01
Arsenic 74,921 595u 615°C 5,727g·cm-3 119pm [Ar] 4s23d104p3 947,0kJ·mol-1 2.18
Antimoine 121,760(1)u 630,63°C 1 635°C 6,697g·cm-3 140pm [Kr] 5s24d105p3 834kJ·mol-1 2,05
Tellure 127,60(3)u 449,51°C 988°C 6,24g·cm-3 140pm [Kr] 5s24d105p4 869,3kJ·mol-1 2,1
Astate [210] 302°C 337°C 6,35g·cm-3 150pm [Xe] 6s24f145d106p5 899kJ·mol-1 2,2

Historique

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Dès les débuts de la chimie et jusqu'en 1964, les corps simples sont classés en métaux et métalloïdes. Le terme demétalloïdesdésignait à cette époque ce que nous appelons aujourd'hui lesnon-métaux[3],[4],[5].Les métaux se reconnaissaient alors à des critères physiques (dureté, éclat métallique, conduction de l'électricité...) et des critères chimiques (production d'au moins un oxyde basique...). Les éléments qui n'ont pas ces caractéristiques étaient les métalloïdes[5],[6].

Cette classification était cependant discutée: leplombqui n'a pourtant pas d'éclat métallique est bien un métal, tandis que l'étainqui le possède est aussi un métal. D'autres cas étaient ambigus, tel lecarbone:sa variétégraphiten'est pas dure mais conduit l'électricité; sa variétédiamantest dure mais ne conduit pas l'électricité.

À partir desannées 1960,le critère retenu devint celui de la nature desliaisonsmises en jeu:métalliquespour les métaux,covalentespour les métalloïdes. On nommait alors, à cette époque,métauxles éléments chimiques dont le nombre d'électrons dans labande de valence(électrons les plus externes) est compris entre 1 et 3, etmétalloïdesceux dont ce nombre est compris entre 4 et 7 électrons. Les métaux occupaient ainsi la partie gauche du tableau de Mendeleïev, et les métalloïdes la partie droite à partir de la13ecolonne. Il s'agissait des groupes dufluor(colonneVIIB), de l'oxygène (colonneVIB), de l'azote (colonneVB), du carbone (IVB) et du bore (colonneIIIB)[7].L'hydrogène est un cas à part: considéré dès sa découverte comme un métalloïde (comme tous les éléments gazeux dans lesconditions normales), il présente à l'état solide toutes les caractéristiques d'un métal. C'est l'hydrogène métallique.

Jusqu'en1964,les programmes d'enseignement de la chimie en France se limitaient à l'étude des métalloïdes[3],[8],[5],[9].Pour les classes préparatoires aux grandes écoles, les éléments étudiés étaient: l'hydrogène, l'oxygène, l'azote, les halogènes, le soufre, le phosphore, l'arsenic, le carbone, le silicium et le bore. Les manuels de chimie se déclinaient alors en chimie générale et chimie des métalloïdes[8],[9],[10],[5].

Il fallut attendre 1965, pour que ces programmes introduisent l'étude des métaux (principalement le fer) et quelques produits organiques[11].À cette époque le terme de « métalloïde » tomba en désuétude et fut remplacé par « non-métaux »[7].Parallèlement les livres de chimie se déclinent en chimie générale,chimie minéraleet chimie organique[12].

Concept actuel

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Le concept de métalloïde se rapporte à unélément chimiquequi ne peut être classé ni dans lesmétauxni parmi lesnon-métaux[13],c'est-à-dire dont les propriétés physiques et chimiques sont intermédiaires entre celles d'unmétalet d'unnon-métal.

Il convient de remarquer qu'il n'existe aucune définition standard précise de « métalloïde » et qu'il n'y a pas de consensus sur les éléments qu'il convient de classer dans cette famille. Il n'est pas mentionné dans leGold Bookde l'IUPACqui reconnaît en revanche les termesmétaletnon-métal.Par ailleurs, certains livres de chimie inorganique, actuels[14],voire un peu anciens[15],n'utilisent pas ce terme, alors que d'autres en font usage[16].

Les métalloïdes sont caractérisés par les propriétés suivantes:

Les métalloïdes forment donc une bande oblique dans letableau périodiqueentre lesmétauxet lesnon-métaux:

Il convient de distinguer les termesmétalloïde,semi-métaletsemiconducteur,car un métalloïde désigne un groupe d'éléments chimiques tandis que les termessemi-métaletsemiconducteurcaractérisent desmatériaux,y compris desalliagesmétalliques ou desmatériaux organiques.

Certains éléments adjacents à lafamilledes métalloïdes peuvent avoir des variétésallotropiquesqui présentent des comportements métalloïdes: c'est le cas ducarbonegraphite(alors que lediamantest clairement non-métallique), ainsi que duphosphore,de l'étainet dubismuth.

Il existe un nombre pair d'électrons par cellule unité, de sorte que lesbandes de valencedevraient être occupées, et lesbandes de conductionvacantes, ce qui conduirait à un semi-conducteur. Cependant, dans un semi-métal, la bande de valence et la bande de conduction se recouvrent partiellement. Il en résulte que certains états les plus hauts de la bande de valence sont vacants, et certains états les plus bas de la bande de conduction sont partiellement occupés. Un semi-métal est donc un conducteur dans lequel les porteurs de charge sont soit des trous dans la bande de valence soit des électrons dans la bande de conduction. Il est possible en appliquant une pression de modifier la structure de bande d'un matériau pour produire une transition semi-conducteur → semi-métal.

Toxicologie

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Certains comme l'arsenic sont hautement toxiques, mais tout en étant aussioligoélémentsà très faible dose.
Seuls ou en combinaisons plus ou moins synergiques – les métalloïdes en tant que contaminants de l'eau, de l'air et des sols sont soupçonnés de causer desmortsetfausses-couches,et à plus faible dose desprématurités,malformations congénitales,diminutions du poids dunouveau-néà la naissance; d’être source detroubles du développementet de lasantéfuture de l’enfant et du futuradulte(troubles de lafertilitéet de lasanté reproductive,problèmes psychomoteurs,intellectuelset dumétabolismeainsi que d’augmenter le risque de développer certainscancers…ce qui en fait un sujet desanté publiqueet de recherche, car certains liens de cause à effet sont encore à préciser ou à confirmer[17].

Enfants et femmes enceintes y sont a priori plus vulnérables.
En France leprogramme national debiosurveillancecontient un «Voletpérinatal» qui comprend notamment un travail de collecte des données et d’études de l’imprégnation desfemmes enceintesen2011(à partir du suivi de 4 145 femmes enceintes de la «CohorteElfe», ayant accouché en France en2011(horsCorseetTOM)) par 13 métaux et métalloïdes jugés prioritaires que sont l’antimoine,l’arsenic,lecadmium,lecésium,lechrome,lecobalt,l’étain,lemercure,lenickel,leplomb,l’uranium,levanadium)[17].L’aluminium est aussi source d’interrogations toxicologiques mais en raison de son caractère ubiquitaire, il a été jugé source trop fréquente de contamination des échantillons et donc retiré du cadre du volet périnatal du programme national de surveillance[17]. Ce travail sur la contamination des femmes enceintes est basé sur l’étude desangdecordon,urines,cheveuxetsérum). Il complète un autre volet du programme ayant précédemment (2016) porté sur lespolluants organique(bisphénol A,phtalates,pesticidesetpolluants organiques persistantstels quedioxines,furanes,PCB,retardateurs de flammeetcomposés perfluorés)[18],lesquels peuvent parfois agirsynergiquementpour développer d’autres formes detoxicitéavec les métaux et métalloïdes[17].
C’est la première étude de ce type faite en France. Elle apporte (pour la France continentale uniquement) des indicateurs (nationaux) d’imprégnation des femmes enceintes par les métaux et métalloïdes. Elles permettent des comparaisons avec d’autres études (antérieures ou postérieures) dans le monde, qui montrent les tendances en termes d’imprégnation aux métaux et métalloïde de la mère, du fœtus ou bébé (via l’allaitement notamment) en période périnatale[17].D’autres études ont porté sur leméconium.Ces études contribuent aussi à identifier les déterminants qui amènent certains niveaux d’imprégnation[17].

Ecotoxicologie

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Notes et références

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  1. ↑ (en)D. Bonchev et Verginia Kamenska,«Predicting the properties of the 113-120 transactinide elements»,Journal of Physical Chemistry,vol.85,no9,‎,p.1177-1186(DOI10.1021/j150609a021,lire en ligne)
  2. ↑(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,84eédition en ligne, CRC Press, Boca Raton, Floride, 2003.
  3. ↑aetbA. Joly,Robert Lespieau,Cours élémentaire de chimieParis, 1908. Hachette. Tome I:Chimie Générale.Tome II:Métalloïdes.
  4. ↑K. Fournel, Guillaume Rumeau,Chimie générale,Paris, 1938. Librairie Delagrave
  5. ↑abcetdK. Fournel et Quevron,Cours de chimie industrielle,Paris, 1931, Librairie Delagrave. Chapitre 1:Métalloïdes et Métaux
  6. ↑Robert Lespieau,Chimie générale, métalloïdes: cours élémentaire de chimie,Paris, 1919, Hachette
  7. ↑aetbBrunold, Delarue,Chimie,Paris, 1965, Masson. Paragraphe 119:Métaux et non métaux
  8. ↑aetbGuillaume Rumeau,Cours de chimie: à l'usage de la classe de mathématiques spéciales et des candidats aux grandes écoles,Paris, 1928, Librairie Delagrave. Tome I: Chimie Générale. Tome II: Métalloïdes
  9. ↑aetbP. Fournel, L. Quevron, G. Rumeau,Cours de chimie, notions de chimie générale et métalloïdes à l'usage des candidats aux écoles nationales d'Arts et Métiers,Paris, 1948.
  10. ↑Chimie métalloïdes, à l'usage des candidats aux grandes écoles - Guillaume Rumeau et Emile Masdupuy - Paris, 1959. Librairie Delagrave.
  11. ↑Brunold, Delarue,Chimie,Paris, 1965, Masson.Programmes
  12. ↑Brunold, Delarue,Chimie,Paris, 1965, Masson.Avant propos
  13. ↑Le termemétalloïdedésignait initialement tout élément chimique non métallique, comprenant donc lesnon-métaux,leshalogènes,lesgaz rares.Les éléments chimiques intermédiaires entre les métaux et les non-métaux sont aussi désignés paréléments semi-métalliques,ousemi-métaux.
  14. ↑Greenwood N.N. & Eanrshaw A (2003) Chemistry of the elements. 2nd Ed. Elsevier.
  15. ↑Cotton F. A. & Wilkinson G. (1962) Advanced Inorganic Chemistry. 3rd Ed. Wiley-Interscience.
  16. ↑Porterfield W.W. (1993) Inorganic Chemistry. 2nd Ed. Academic Press.
  17. ↑abcdeetf:métaux et métalloïdedes recherches de la cohorte Elfe; Décembre 2016; SANTÉ PUBLIQUE France / Imprégnation des femmes enceintes par les polluants de l’environnement en France en 2011. Volet périnatal du programme national de biosurveillance|PDF, 224p|Aussi disponible à partir de l’URL: www.santepubliquefrance.fr
  18. ↑tome 1des recherches de la cohorte Elfe; Décembre 2016; SANTÉ PUBLIQUE France / Imprégnation des femmes enceintes par les polluants de l’environnement en France en 2011. Volet périnatal du programme national de biosurveillance

Bibliographie

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Liens externes

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6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
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