Métal

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Martelage du métal à incandescence.

En chimie, les métaux sont des matériaux ( corps simples, alliages ou composés) généralement durs, opaques, brillants, et bons conducteurs de la chaleur et de l'électricité. Ils sont généralement malléables, c'est-à-dire qu'ils peuvent être martelés ou pressés pour leur faire changer de forme sans les fissurer ni les briser. Ils sont également fusibles et ductiles. De nombreuses substances qui ne sont pas classées comme métalliques à pression atmosphérique peuvent acquérir des propriétés métalliques lorsqu'elles sont soumises à des pressions élevées. Les métaux possèdent de nombreuses applications courantes, dans la construction (charpentes métalliques, menuiserie en aluminium), la plomberie (tuyaux, robinets), véhicules (du vélo à l'avion), machines industrielles, armement, etc.. Ils interviennent également dans la plupart des techniques de pointe : accumulateurs électriques, cartes électroniques, écrans plats LCD, capteurs solaires photovoltaïques, lampes fluo-compactes, diodes électroluminescentesetc.. La consommation des métaux s'est ainsi très fortement accrue depuis les années 1980, au point que certains métaux rares sont devenus des matières premières minérales critiques.

En astrophysique, et notamment en physique stellaire, on appelle métal tout élément chimique autre que l' hydrogène et l' hélium. Ces éléments sont produits par nucléosynthèse stellaire à partir d'hydrogène et d'hélium par fusion nucléaire, processus à l'origine de l'énergie libérée par les étoiles. De ce point de vue, la métallicité d'une étoile est la proportion d'éléments autres que l'hydrogène et l'hélium qui la constituent.

(en) Diagramme représentant la distribution des électrons dans les bandes de différents types de matériaux à l' équilibre. De gauche à droite : métal ; semimétal  (en) ; semiconducteur ( dopé p, intrinsèque, dopé n) ; isolant. L'énergie est représentée par l'axe vertical tandis que l'épaisseur horizontale des bandes représente la densité d'états.
La densité électronique par niveau d'énergie suit la statistique de Fermi-Dirac et est représentée par un gradient de noir. Le niveau de Fermi EF des métaux et des semimétaux se trouve dans au moins l'une des bandes, tandis qu'il se trouve loin de toute bande dans les isolants, et suffisant proche d'une bande dans les semiconducteurs pour peupler la bande de conduction ou bande de valence d'électrons ou de trous.

Structure et liaisons

Les atomes des substances métalliques forment généralement des matériaux cristallins de structure cubique centrée (cc), cubique à faces centrées (cfc) ou hexagonale compacte (hc). Dans la structure cubique centrée, chaque atome est situé au centre d'un cube formé par ses huit atomes voisins. Dans les structure cubique à faces centrées et hexagonale compacte, chaque atome est entouré par douze autre atomes, mais l'empilement de ces atomes diffère. Certains métaux adoptent des structures cristallines différentes selon la température et de la pression.

Les atomes des métaux perdent facilement des électrons de leurs sous-couches externes, ce qui donne lieu à un nuage d'électrons circulant librement entre les atomes, qui conservent quant à eux leur disposition cristalline tridimensionnelle. Les propriétés mécaniques des métaux sont assurées par les interactions électrostatiques entre les atomes et les électrons libres. C'est ce qu'on appelle une liaison métallique. Ce type de liaison explique pourquoi les métaux transportent facilement l' électricité et la chaleur : l'électricité est véhiculée par les électrons et les trous, tandis que la chaleur est propagée à travers le réseau cristallin par les phonons, qui font intervenir les atomes et leurs électrons.