Métal de transition - Définition et Explications

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Introduction

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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 * Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra * Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
   
  * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb  
  * Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No  

On appelle métal de transition un élément chimique du bloc d du tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) périodique qui n'est ni un lanthanide (L’UICPA définit comme lanthanide tout élément chimique parmi les quinze de numéros atomiques compris entre 57 (lanthane) et 71 (lutécium). Ce...) ni un actinide (La série chimique des actinides comprend les éléments chimiques du tableau périodique se situant entre l'actinium et le lawrencium,...). Il s'agit des 38 éléments des périodes 4 à 7 et des groupes 3 à 12 hormis le lutécium (Le lutécium (ou lutétium) est un élément chimique du tableau périodique de symbole Lu et de numéro atomique 71. Le lutécium...) 71Lu (un lanthanide) et le lawrencium (Le lawrencium est un élément chimique, de symbole Lr (anciennement Lw jusqu'en août 1997) et de numéro atomique 103. Produit artificiellement en 1961 par Albert Ghiorso,...) 103Lr (un actinide).

Il existe en fait plusieurs définitions possibles des métaux de transition qui conduisent à délimiter de façon différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace, dans l'anneau des entiers...) l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude...) des éléments concernés :

  • on confond parfois les métaux de transition avec les éléments du bloc d, ce qui conduit à inclure le lutécium et le lawrencium ; cette définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) est assez logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la...) mais l'UICPA définit expressément ces éléments respectivement comme un lanthanide et un actinide, ce qui les exclut du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) des métaux de transition.
  • L'UICPA définit les métaux de transition comme les éléments qui ont une sous-couche d incomplète ou qui peuvent donner un cation ayant une sous-couche d incomplète. Cette définition revient à exclure les éléments du groupe 12 (zinc, cadmium (Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48.), mercure et copernicium), qui ont une sous-couche d complète, et pose un problème pour le lutécium et le lawrencium, qui se retrouvent ainsi affectés à deux séries chacun.

La liste la plus large des métaux de transition peut donc être résumée par le tableau suivant :

Groupe 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Période 4 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn
Période 5 39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 44Ru 45Rh 46Pd 47Ag 48Cd
Période 6 71Lu 72Hf 73Ta 74W 75Re 76Os 77Ir 78Pt 79Au 80Hg
Période 7 103Lr 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108Hs 109Mt 110Ds 111Rg 112Cn

Configuration électronique

Les métaux de transition sont des éléments du bloc d, qui remplissent progressivement une sous-couche électronique d en dessous d'une sous-couche s saturée, conformément à la règle de Klechkowski. Cette règle permet d'expliquer la configuration électronique d'un peu plus de 80 % des éléments chimiques ; les quelque 20 % restants se trouvent précisément parmi les métaux de transition, les lanthanides, et les actinides : c'est le cas des deux premiers éléments du groupe 6 et de tous ceux du groupe 11, pour lesquels une configuration de type s1 d5 ou s1 d10 est énergétiquement plus favorable que la configuration de type s2 d4 ou s2 d9 qu'on attendrait en appliquant la règle de Klechkowski ; cette configuration particulière est également observée pour certains éléments adjacents aux groupes 6 et 11 ; la configuration électronique exacte à l'état fondamental (En physique quantique, les états fondamentaux d'un système sont les états quantiques de plus basse énergie. Tout état d'énergie supérieure à celle des états...) des métaux de transition de la septième période (transactinides) reste trop mal connue pour y caractériser de telles exceptions :

Élément chimique Configuration électronique
no 21 Sc Scandium (Le scandium est un élément chimique, de symbole Sc et de numéro atomique 21.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
no 22 Ti Titane (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2
no 23 V Vanadium (Le vanadium est un élément chimique, de symbole V et de numéro atomique 23.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3
no 24 Cr Chrome (Le chrome est un élément chimique de symbole Cr et de numéro atomique 24.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 ( * )
no 25 Mn Manganèse (Le manganèse est un élément chimique, de symbole Mn et de numéro atomique 25.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5
no 26 Fe Fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
no 27 Co Cobalt (Le Cobalt est un élément chimique, de symbole Co et de numéro atomique 27 et de masse atomique 59.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7
no 28 Ni Nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8
no 29 Cu Cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses surfaces fraîches une...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 ( * )
no 30 Zn Zinc (Le zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément chimique, de symbole Zn et de numéro atomique 30.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10
no 39 Y Yttrium (L’yttrium est un élément chimique, de symbole Y et de numéro atomique 39. L'yttrium est un élément de transition d'apparence métallique, qui...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d1
no 40 Zr Zirconium (Le zirconium est un élément chimique, de symbole Zr et de numéro atomique 40.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d2
no 41 Nb Niobium (Le niobium est un élément chimique, de symbole Nb et de numéro atomique 41. C'est un métal de transition gris, rare, mou, et ductile.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d4 ( * )
no 42 Mo Molybdène (Le molybdène est un élément chimique, de symbole Mo et de numéro atomique 42.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5 ( * )
no 43 Tc Technétium (Le technétium est l'élément chimique de symbole Tc et de numéro atomique 43. Il est l'élément le plus léger ne...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d5
no 44 Ru Ruthénium (Le ruthénium est un élément chimique, de symbole Ru et de numéro atomique 44, qui fait partie des métaux du groupe du platine (dits métaux de transition)) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d7 ( * )
no 45 Rh Rhodium (Le rhodium est un élément chimique, de symbole Rh et de numéro atomique 45. Avec le ruthénium, le palladium, l'osmium, l'iridium, et...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d8 ( * )
no 46 Pd Palladium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 4d10 ( * )
no 47 Ag Argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du latin Argentum — et de numéro atomique 47.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10 ( * )
no 48 Cd Cadmium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10
no 72 Hf Hafnium (Le hafnium est un élément chimique du tableau périodique de symbole Hf et de numéro atomique 72. C'est un métal de transition tétravalent d'un aspect gris argenté. Le hafnium ressemble chimiquement au zirconium et...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d2
no 73 Ta Tantale 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d3
no 74 W Tungstène (Le tungstène est un élément chimique du tableau périodique de symbole W (de l'allemand Wolfram) et de numéro atomique 74.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d4
no 75 Re Rhénium (Le rhénium est un élément chimique du tableau périodique, de symbole Re et de numéro atomique 75.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d5
no 76 Os Osmium (L’osmium est l'élément chimique du tableau périodique dont le symbole est Os et le numéro atomique 76. Il se présente sous la forme d'un métal gris bleuté et brillant. C'est un métal de transition...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d6
no 77 Ir Iridium (L'iridium est un élément chimique de symbole Ir et de numéro atomique 77.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d7
no 78 Pt Platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 4f14 5d9 ( * )
no 79 Au Or 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 4f14 5d10 ( * )
no 80 Hg Mercure 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10
no 104 Rf Rutherfordium (Le rutherfordium est un élément chimique, de symbole Rf et de numéro atomique 104.) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d2 ?
no 105 Db Dubnium (Le dubnium est un élément chimique transactinide, de symbole Db et de numéro atomique 105. C'est un élément synthétique dont la période radioactive est inférieure à 40 secondes. Tous les...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d3 ?
no 106 Sg Seaborgium (Le seaborgium est un élément chimique, de symbole Sg et de numéro atomique 106. C'est un élément synthétique dont la demi-vie de son...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d4 ?
no 107 Bh Bohrium (Le bohrium est un élément chimique, de symbole Bh et de numéro atomique 107. C'est un élément synthétique dont la demi-vie de l'isotope le plus stable 262Bh est...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d5 ?
no 108 Hs Hassium (Le hassium est un élément chimique, de symbole Hs et de numéro atomique 108. C'est un élément synthétique dont la période...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d6 ?
no 109 Mt Meitnerium 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d7 ?
no 110 Ds Darmstadtium (Le darmstadtium (précédemment ununnilium) est un élément chimique, de symbole Ds et de numéro atomique 110. C'est un élément...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d8 ?
no 111 Rg Roentgenium (Le roentgenium est l'élément chimique de symbole Rg et de numéro atomique 111. Il est rangé dans la série chimique des métaux de transition. C'est un élément synthétique dont la période...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d9 ?
no 112 Cn Copernicium (Le copernicium est un élément chimique, de symbole Cn et de numéro atomique 112. Sa dénomination systématique était ununbium jusqu'à ce que son nom définitif (en l'honneur...) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 ?
( * ) Exceptions à la règle de Klechkowski :
  • Période no 4 : chrome 24Cr, cuivre 29Cu,
  • Période no 5 : niobium 41Nb, molybdène 42Mo, ruthénium 44Ru, rhodium 45Rh, palladium 46Pd, argent 47Ag,
  • Période no 6 : platine 78Pt, or 79Au.
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