Structure 2.3 · Le modèle métallique

Cette fiche couvre des sujets HL sélectionnés pour le cours évalué pour la première fois en 2025 ; elle ne représente pas l'intégralité du programme.

Prérequis : lire les quantités et unités indiquées, puis utiliser l'arithmétique et les conditions du modèle ci-dessous.

Les exemples sont originaux et fictifs : ils ne correspondent ni à de vraies mesures ni à de véritables enquêtes d'étudiants.

Qu'est-ce qui expliquerait cette observation ?

• Un fil de cuivre conduit l'électricité et se plie sans se briser. Le modèle métallique explique ces deux phénomènes avec une seule image : des cations maintenus par des électrons mobiles.

Construire le modèle

• Les atomes métalliques perdent leurs électrons externes, laissant des cations positifs dans un réseau cristallin.
• Les électrons perdus deviennent des électrons délocalisés : libres de se déplacer à travers toute la structure.
• La liaison métallique est l'attraction entre le réseau de cations et les électrons délocalisés.
• Les électrons mobiles transportent la charge dans le métal solide et dans le métal fondu.
• cation : Ion chargé positivement formé par perte d'électron.
• électrons délocalisés : Électrons libres de se déplacer à travers toute la structure métallique.
• liaison métallique : Attraction entre un réseau de cations et des électrons délocalisés.

Choisir des preuves capables de le tester

• Pour expliquer une propriété macroscopique, nommez la structure, les particules, les forces et les porteurs de charge mobiles.
• Les métaux conduisent à l'état solide ET fondu : les porteurs de charge sont les électrons délocalisés, mobiles dans les deux états.
• Malléabilité : la liaison n'est pas directionnelle, donc les couches peuvent glisser et la liaison se reforme ; les réseaux ioniques se brisent car le glissement rapproche des charges identiques.

En laboratoire : La conduction dans les états solide et fondu distingue un métal d'une substance ionique (qui ne conduit que lorsqu'il est fondu ou dissous) : une observation, deux modèles distincts.

Travailler à partir de quantités connues

• Connu : la substance Z fond à 1538 degrés Celsius et conduit à l'état solide comme fondu.
• Porteurs de charge : électrons délocalisés, mobiles dans les deux états.
• Le modèle métallique prédit les deux observations avec une seule structure.
• Un modèle ionique échouerait ici : des ions fixes dans le solide ne peuvent pas conduire.

À vous : Un solide ionique et un solide métallique ressemblent visuellement. Donnez une mesure qui les différencie et expliquez-la.

Vérifier la conclusion et ses limites

• Les points de fusion varient considérablement entre les métaux ; le modèle explique la conduction et la malléabilité, pas une température de fusion fixe.
• Les alliages et les impuretés modifient les propriétés : le modèle pur en délimite les limites.

Pas vrai : Les métaux conduisent car les électrons peuvent quitter le métal. Les électrons sont délocalisés À L'INTÉRIEUR de la structure : la conduction nécessite un mouvement à travers le métal, pas sa fuite hors du métal.

Clé :

• Cations dans un réseau, électrons délocalisés se déplaçant à travers lui.
• La conduction à l'état solide et liquide marque le modèle métallique.
• Surveillez : les électrons n'ont pas besoin de quitter le métal pour conduire.

Rédigez à partir d'un test de conduction

• Un échantillon conduit à l'état solide ET à l'état liquide.
• Métallique : des électrons délocalisés transportent la charge dans les deux états — la signature du modèle, sans ions à libérer.

Rédigez à partir d'une explication de malléabilité

• Le cuivre se plie ; le chlorure de sodium se brise.
• Les couches de cations glissent tandis que la colle électronique maintient l'adhésion — la liaison métallique explique la malléabilité ; un réseau rigide explique la fragilité.

Rédigez à partir du contraste des porteurs de charge

• Le NaCl fondu conduit ; le NaCl solide ne conduit pas ; le cuivre conduit toujours.
• Le contraste est le porteur de charge : des ions libérés par la fusion contre des électrons déjà libres — une expérience sépare l'ionique du métallique.