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Métaux et non-métaux : propriétés et série de réactivité

Les métaux sont en général brillants, durs, malléables, ductiles et bons conducteurs ; les non-métaux sont en général ternes, cassants et mauvais conducteurs. Les métaux donnent des oxydes basiques, réagissent avec l'eau et les acides dilués (en libérant du dihydrogène), et un métal plus réactif chasse un métal moins réactif de sa solution saline. Classer les métaux du plus réactif au moins réactif donne la série de réactivité.

🎬 L'histoire pas à pas

  1. Regarde deux blocs : le cuivre (un métal) brille, peut être aplati au marteau et conduit la chaleur et l'électricité. Le soufre (un non-métal) est terne, s'effrite en poudre et ne conduit pas.
  2. Fais brûler un ruban de magnésium à l'air. Il donne une flamme blanche éblouissante et laisse de l'oxyde de magnésium blanc. Les oxydes de métaux comme celui-ci sont basiques.
  3. Jette du sodium dans l'eau : des bulles de dihydrogène montent et l'eau devient alcaline. Beaucoup de métaux donnent aussi du dihydrogène avec les acides dilués.
  4. Range les métaux selon leur envie de réagir. Le plus réactif (le potassium) est en haut, l'or est tout en bas. Cette échelle est la série de réactivité.
  5. Plonge un clou de fer dans du sulfate de cuivre bleu. Le fer est plus haut sur l'échelle, donc il chasse le cuivre : un dépôt de cuivre brun se forme et le bleu devient vert pâle.
  6. À toi de jouer : choisis un métal et une solution saline. La scène te dit s'il y a déplacement. Teste la règle : le plus haut chasse le plus bas.

Astuce : fais glisser la scène 3D pour la tourner. Utilise deux doigts pour zoomer.

🤔 Les doutes courants, éclaircis

Si les métaux sont malléables, pourquoi le sodium est-il si mou, contrairement au fer ?

Le sodium reste un métal (brillant, conducteur), mais sa liaison métallique est faible, donc il est mou et fond à environ 98 °C seulement. La mollesse est une exception, pas une contradiction de la règle.

Pourquoi le magnésium brûle-t-il alors que le cuivre devient seulement noir ?

Le magnésium est bien plus haut dans la série de réactivité, donc il se combine vite à l'oxygène et dégage beaucoup de chaleur et de lumière. Le cuivre réagit lentement et ne forme qu'une mince couche de CuO.

Pourquoi le calcium flotte-t-il dans l'eau ?

Les bulles de dihydrogène restent collées à sa surface et le soulèvent, comme un flotteur.

Pourquoi le cuivre ne peut-il pas donner de dihydrogène avec les acides dilués ?

Le cuivre est sous l'hydrogène sur l'échelle : il a moins envie que l'hydrogène de former des ions. Il ne peut donc pas chasser l'hydrogène de l'acide.

Où passe la couleur bleue quand on plonge du fer dans du sulfate de cuivre ?

Le bleu vient des ions Cu²⁺. Le fer les transforme en cuivre métallique et prend leur place sous forme d'ions Fe²⁺, qui sont vert pâle.

Le zinc peut-il chasser le fer du sulfate de fer ?

Oui, le zinc est au-dessus du fer. Essaie dans le mode libre : choisis Zn comme métal et Fe comme sel.

Propriétés physiques des métaux et des non-métaux

Les métaux sont en général brillants (éclat métallique), durs, malléables (on peut les battre en feuilles), ductiles (on peut les étirer en fils), sonores (ils résonnent quand on les frappe) et bons conducteurs de la chaleur et de l'électricité. L'argent et le cuivre sont les meilleurs conducteurs ; le plomb et le mercure sont plutôt mauvais.

Les non-métaux sont en général ternes, cassants, non sonores et mauvais conducteurs. Beaucoup sont des gaz (oxygène, azote, chlore) ou des solides mous (soufre, phosphore) ; le brome est un liquide.

Les exceptions que l'on te demande souvent

Propriétés chimiques : réaction des métaux avec l'oxygène

La plupart des métaux se combinent à l'oxygène pour former des oxydes métalliques, qui sont basiques : par exemple 2Mg + O2 → 2MgO. Les oxydes basiques solubles (Na2O, K2O) se dissolvent dans l'eau pour former des bases alcalines.

Certains oxydes comme Al2O3 et ZnO réagissent à la fois avec les acides et avec les bases ; ce sont des oxydes amphotères. Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O et Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O.

Chaque métal réagit à sa façon : le sodium et le potassium s'enflamment à l'air libre, on les conserve donc sous du pétrole lampant ; le magnésium brûle avec éclat quand on le chauffe ; le fer ne brûle que sous forme de fine limaille ; le cuivre forme seulement une couche noire de CuO ; l'argent et l'or ne réagissent pas, même chauffés. Les non-métaux forment des oxydes acides ou neutres (SO2 et CO2 sont acides ; CO et N2O sont neutres).

Réaction des métaux avec l'eau

Métal + eau → hydroxyde (ou oxyde) du métal + dihydrogène.

Réaction des métaux avec les acides dilués

Métal + acide dilué → sel + dihydrogène, par exemple Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2. L'effervescence est la plus rapide pour Mg, puis Al, Zn, Fe. Le cuivre ne donne pas de dihydrogène avec HCl dilué.

Avec l'acide nitrique, le dihydrogène ne se dégage généralement pas, car HNO3 est un oxydant puissant qui transforme l'hydrogène en eau. Seuls le magnésium et le manganèse donnent H2 avec de l'acide nitrique très dilué. L'eau régale (3 volumes de HCl concentré pour 1 volume de HNO3 concentré) peut dissoudre l'or et le platine.

Réaction des métaux avec les solutions de sels (déplacement)

Un métal plus réactif chasse un métal moins réactif de sa solution saline : Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu. La solution bleue devient vert pâle et une couche de cuivre brun se forme sur le clou. Le cuivre ne peut pas chasser le fer de FeSO4, donc il ne se passe rien dans l'autre sens.

La série de réactivité

Ranger les métaux par ordre décroissant de réactivité donne la série de réactivité : K > Na > Ca > Mg > Al > Zn > Fe > Pb > [H] > Cu > Hg > Ag > Au.

Aux examens, on te demande souvent de prévoir un déplacement, de classer des métaux d'après des observations, ou d'expliquer pourquoi le cuivre ne réagit pas avec HCl dilué (en général 2 à 3 points).

Formules et définitions clés

Exemples résolus

1. Pourquoi conserve-t-on le sodium sous du pétrole lampant ?

Le sodium réagit très vite avec l'oxygène et l'humidité de l'air et peut s'enflammer. Le pétrole lampant ne réagit pas avec le sodium et le protège de l'air et de l'eau.

2. Écris l'équation équilibrée du zinc avec l'acide sulfurique dilué et nomme le gaz.

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂. Le gaz est le dihydrogène ; il brûle avec un petit claquement quand on approche une allumette enflammée.

3. Montre que l'oxyde d'aluminium est amphotère.

Avec un acide : Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O (il se comporte comme une base). Avec une base : Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O (il se comporte comme un acide). Comme il réagit avec les deux, il est amphotère.

4. Le métal X chasse le cuivre de CuSO₄ mais pas le zinc de ZnSO₄. Place X dans la série de réactivité.

X est au-dessus de Cu (il chasse Cu) mais en dessous de Zn (il ne peut pas chasser Zn). Donc Zn > X > Cu ; X pourrait être le fer ou le plomb.

5. On plonge une lame de cuivre dans du nitrate d'argent. Que vois-tu et pourquoi ?

Le cuivre est au-dessus de l'argent, donc Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag. Des cristaux d'argent gris brillant se forment sur le cuivre et la solution devient lentement bleue.

Erreurs fréquentes

Quiz d'entraînement

1. Quel métal est liquide à température ambiante ?
2. Quel oxyde est amphotère ?
3. Quel métal ne donne PAS de dihydrogène avec HCl dilué ?
4. Un clou de fer dans une solution de sulfate de cuivre : la solution devient
5. Quel métal est tout en haut de la série de réactivité ?

Entraînement : réponds toi-même

Écris ou choisis ta réponse, puis appuie sur Vérifier. Prends un indice si tu bloques ; la solution complète s'affiche après ta réponse.

Questions fréquentes

Quelle est la principale différence entre métaux et non-métaux ?

Les métaux perdent facilement des électrons pour former des ions positifs et des oxydes basiques ; ils sont brillants, malléables et conducteurs. Les non-métaux gagnent des électrons, forment des oxydes acides ou neutres et sont en général ternes et cassants.

Pourquoi l'hydrogène figure-t-il dans la série de réactivité ?

C'est un point de repère : les métaux au-dessus de l'hydrogène peuvent le chasser des acides dilués et libérer du gaz H₂ ; ceux en dessous ne le peuvent pas.

Le chapitre sur les métaux et non-métaux est-il important pour les examens ?

Oui. C'est un chapitre de base de chimie au collège et au lycée. Les équations, la série de réactivité et les réactions de déplacement reviennent presque chaque année.

Où c'est enseigné

PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIMetals, non-metals and their compounds
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIMetals, non-metals and their compounds
RomaniaClasa a VIII-aChemical changes of substances
Ukraine11 класInorganic substances and their properties
CBSE (India)Class 10Chemical Substances – Nature and Behaviour
England (GCSE, A level)Year 9Chemistry
England (GCSE, A level)Year 104.4 Chemical changes
England (GCSE, A level)Year 105.4 Chemical changes
Russia9 классMetals and their compounds
Russia9 классMetals and their compounds
Russia11 классMetals
Russia11 классInorganic chemistry
China九年级(初三)U8 Metals and metal materials

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