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C'est lorsque nous croyons savoir quelque chose qu'il faut justement réfléchir un peu plus profondément. F. Herbert

Metaux, alcalins et alcalino-terreux

Vous le savez peut-être déjà, mais la classification périodique des éléments est… moche? Tout est relatif. Cela dit, lorsqu'on s'y intéresse un peu plus, il est clair qu'elle est aussi géniale. C'est quoi cette classification au juste? Vous savez, le tableau (dit périodique justement), avec les symboles des éléments dans pleins de cases, que tous les chimistes adorent. “Ces gens-là sont bizarres aussi”. Mais ils ont entièrement raison concernant la génialitude(*1) de ce tableau.

Bon, en gros, tout ce qu'on a besoin de savoir ici, c'est :

Les métaux

Ici on parlera très rapidement des éléments de la classification périodique considérés comme métaux, pour les distinguer des “métaux alcalins”.

Quelques propriétés :

Les métaux alcalins - ou alcalins tout court.

Certains éléments sont appelés alcalins, parfois “métaux alcalins” du fait de leur apparence brillante. Ce sont ceux qui se trouvent dans la première colonne du tableau périodique.

Ils portent tous ce nom car ont des réactivités similaires. Ce sont le Lithium (Li), le sodium (Na), le potassium (K), le rubidium (Rb), le césium (Cs) et le francium (Fr). Vous devez en reconnaître quelques uns, surtout les trois premiers.

Pourquoi ces noms et ces symboles?

Regardons l'origine de ces noms et symboles pour certains alcalins:

Pourquoi sont-ils des alcalins?

Les alcalins ont tous un point en commun : ils rêvent tous de se débarrasser d'un électron.

Pour comprendre ce point, faisons un petit retour sur la composition d'un atome. Contrairement à l'origine du mot, (atomos désigne “insécable” ou “que l'on ne peut pas couper”), ces petites briques sont en fait constituées d'un noyau entouré d'un ou plusieurs électrons. Les électrons étant négatifs, ils sont attirés par le noyau électriquement positif.

Imaginez le noyau comme l'ampoule d'un lampadaire en pleine nuit et les électrons comme les moustiques qui gigotent autour de cette lumière.

Cependant, les électrons ne sont pas rangés n'importe comment autour du noyau. Bien qu'ils se déplacent autour à une très grand vitesse, il existe une façon pour eux de se ranger afin d'être le plus à l'aise possible. Les physiciens appellent ça un “minimum d'énergie”. Et après tout, ça se comprend : au cinéma, vous ne regardez pas un film en faisant le poirier; en train, vous avez horreur de devoir rester debout pendant 1 heure de trajet; et messieurs, ne parlons pas de la douleur dans vos jambes lorsque vous accompagnez votre chère et tendre faire des essayages vestimentaires. Dans tous les cas, vous êtes bien mieux assis confortablement dans un canapé moelleux.

Eh bien les électrons n'ont bien sûr pas de fauteuils, mais des … “couches”. Rien à voir avec Pampers, c'est en fait de zones autour du noyau où les électrons ont des niveaux d'énergies plus faibles qu'ailleurs. Et comme dans un canapé, le nombre de place dans ces couches électroniques est limité.

On imagine facilement que tout près du noyau, il faut très peu d'électrons pour l'entourer : il y a donc peu de place. Mais plus vous allez vous éloigner du noyau, plus il faudra d'électrons pour former une plus grande sphère autour du noyau. C'est exactement comme lorsque vous vous habillez : plus vous rajoutez des couches, plus votre volume augmente ☺ .

Allez, un petit exemple, avec le symbole # pour représenter le noyau, et des traits pour représenter les couches sur lesquelles peuvent se poser les électrons :

+-------------------------------+
|                               |
| +---------------------------+ |
| |                           | |
| | +-----------------------+ | |
| | |      3s, 3p, 3d       | | |
| | |                       | | |
| | |                       | | |
| | |   +---------------+   | | |
| | |   |               |   | | |
| | |   | +-----------+ |   | | |
| | |   | |   2s, 2p  | |   | | |
| | |   | |           | |   | | |
| | |   | |           | |   | | |
| | |   | |   +---+   | |   | | |
| | |   | |   |1s |   | |   | | |
| | |   | |   | # |   | |   | | |
| | |   | |   |   |   | |   | | |
| | |   | |   +---+   | |   | | |
| | |   | |           | |   | | |
| | |   | |           | |   | | |
| | |   | |           | |   | | |
| | |   | +-----------+ |   | | |
| | |   |               |   | | |
| | |   +---------------+   | | |
| | |                       | | |
| | |                       | | |
| | |                       | | |
| | +-----------------------+ | |
| |                           | |
| +---------------------------+ |
|                               |
+-------------------------------+

Évolution de la place disponible dans les couches :

1s         [ x x ]            | Première couche : 2 places

2s         [ x x ]            | 2e couche, 1e sous-couche : 2 places
2p      [ x x x x x x ]       | 2e couche, 2e sous-couche : 6 places
                              |      8 places en tout

3s         [ x x ]            | 3e couche, 1e sous-couche : 2 places
3p      [ x x x x x x ]       | 3e couche, 2e sous-couche : 6 places
3d [ x x x x x x x x x x ]    | 3e couche, 3e sous-couche : 10 places
                              |      18 places en tout

Pourquoi est-ce que tu nous parles de tout ça? C'est quoi le rapport avec les alcalins? Vous allez tout de suite comprendre. Voyez-vous, les alcalins ont tous un électron célibataire. Que ce soit pour le lithium ou le potassium, sur la couche électronique la plus éloignée du noyau, il y a un électron tout seul. TOUT SEUL! Alors qu'il a pourtant une place à côté de lui.

Alors vous pensez bien, cet électron n'aime pas du tout être tout seul, et très facilement, il s'en ira sur une autre espèce chimique : c'est la principale façon qu'ont les alcalins de réagir.

Que devient l'atome dans ce cas? Comme il lui manque alors un électron, il est un peu moins négatif → c'est alors ce qu'on appelle un ion.

Avant d'aller plus loin, sachez qu'il existe aussi les alcalino-terreux (qui ont 2 électrons “en trop”), ou encore les halogènes à qui il manque seulement un électron pour former une couche complète.

Réactions des alcalins

Ces matériaux sont extrêmement réactifs. En particulier, avec l'eau, l'effet est des plus… explosif.

Par exemple, coupez du sodium avec la lame d'un couteau, puis laissez le trainer en cuisine… Lorsque votre chère et tendre viendra préparer le diner, elle verra la lame du couteau s'enflammer au contact de l'eau du légume qu'elle vient de couper. Ce sera en fait le sodium qui réagit violemment avec l'eau.

Bien entendu, elle sait faire des farces elle aussi. Puisque vous vous prélassez tranquillement dans votre bain pendant qu'elle, elle vous fait la cuisine, elle risque de jeter une petite pastille de potassium (ou Cesium si madame est de mauvaise humeur). Attention, le bain va devenir très chaud.

Quelques exemples en vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=HvVUtpdK7xw

Bien entendu, la chimie, c'est sérieux, et contrairement à ce que la majorité pense, ça ne sert pas qu'aux explosions.

Quelques utilisations utiles

(Res)Sources

Notes

[Ceci est une licence poétique ]