Les Metaux de Transition
Groupes 3 a 12 - Fe, Cu, Zn, Au, Ag, Pt...
Definition et position
Les metaux de transition occupent les groupes 3 a 12 du tableau periodique, dans le bloc d. Un metal de transition est defini comme un element dont l'atome ou un de ses ions possede une sous-couche d partiellement remplie.
On distingue trois series de transition : la premiere serie (Sc a Zn, periode 4), la deuxieme serie (Y a Cd, periode 5) et la troisieme serie (La, Hf a Hg, periode 6). La premiere serie est la plus couramment etudiee au lycee.
Note : Le zinc (Zn) et le cadmium (Cd) sont parfois exclus des "vrais" metaux de transition car leur sous-couche d est toujours pleine (d¹⁰). Cependant, ils sont generalement classes dans le bloc d.
Orbitales d et configuration electronique
La particularite des metaux de transition est le remplissage progressif des orbitales (n-1)d. Ces orbitales, au nombre de 5, peuvent accueillir jusqu'a 10 electrons.
| Element | Z | Configuration | Ions courants |
|---|---|---|---|
| Fer (Fe) | 26 | [Ar] 3d⁶ 4s² | Fe²⁺, Fe³⁺ |
| Cuivre (Cu) | 29 | [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ | Cu⁺, Cu²⁺ |
| Zinc (Zn) | 30 | [Ar] 3d¹⁰ 4s² | Zn²⁺ |
| Argent (Ag) | 47 | [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ | Ag⁺ |
| Or (Au) | 79 | [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹ | Au⁺, Au³⁺ |
Le cuivre et le chrome presentent des anomalies de configuration : Cu est [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ (et non 3d⁹ 4s²) car la sous-couche d¹⁰ completement remplie est plus stable.
Ions colores
L'une des proprietes les plus remarquables des metaux de transition est la coloration de leurs ions en solution aqueuse. Cette couleur provient de transitions electroniques au sein des orbitales d partiellement remplies.
Proprietes caracteristiques
Plusieurs degres d'oxydation
Contrairement aux alcalins (+1 uniquement), les metaux de transition peuvent former des ions de charges variees : Fe²⁺/Fe³⁺, Cu⁺/Cu²⁺, Mn²⁺/Mn⁴⁺/Mn⁷⁺.
Excellents catalyseurs
Le fer catalyse la synthese de l'ammoniac (procede Haber), le platine et le palladium sont dans les pots catalytiques, le nickel sert a l'hydrogenation des graisses.
Durete et densite elevees
Les metaux de transition sont generalement durs, denses et ont des points de fusion eleves (tungstene : 3422 °C, record des metaux). Ils sont de bons conducteurs.
Formation de complexes
Ils forment facilement des complexes avec des ligands (NH₃, H₂O, CN⁻...) grace a leurs orbitales d vacantes. Exemple : [Cu(NH₃)₄]²⁺ (bleu intense).
Applications dans la vie quotidienne
Acier (Fe + C)
Le fer est la base de l'acier, l'alliage le plus utilise au monde. L'acier inoxydable contient du chrome et du nickel pour resister a la corrosion.
Cables electriques (Cu)
Le cuivre est le meilleur conducteur apres l'argent. Il est utilise massivement dans les cables electriques, les circuits imprimes et la plomberie.
Bijouterie (Au, Ag, Pt)
L'or, l'argent et le platine sont des metaux precieux recherches pour leur eclat, leur resistance a la corrosion et leur rarete.
Pot catalytique (Pt, Pd, Rh)
Le platine, le palladium et le rhodium catalysent la conversion des gaz toxiques (CO, NOx, hydrocarbures) en gaz moins nocifs (CO₂, N₂, H₂O).
Ce qu'il faut retenir
- 1. Les metaux de transition (groupes 3-12) remplissent progressivement les orbitales (n-1)d.
- 2. Ils presentent plusieurs degres d'oxydation et forment des ions colores.
- 3. Ce sont d'excellents catalyseurs (Fe, Pt, Pd, Ni...).
- 4. Ils sont durs, denses et ont des points de fusion eleves.
- 5. Applications : acier (Fe), cables (Cu), bijoux (Au/Ag), pots catalytiques (Pt/Pd/Rh).
