Électronégativité, caractère métallique et familles

Dans une liaison entre deux atomes, les électrons sont-ils partagés équitablement, ou l'un des deux les tire-t-il vers lui ? La réponse dépend d'une grandeur que tu vas utiliser dans tout le reste du parcours : l'électronégativité. Dans cette leçon, tu vas apprendre ce qu'elle représente, comment elle évolue dans le tableau, et comment elle rejoint ce que tu sais déjà sur la taille et l'énergie d'ionisation. On finira par un tour des grandes familles chimiques, ces colonnes dont les éléments se ressemblent au point qu'on peut prévoir le comportement de l'un à partir de l'autre.

Imagine une partie de tir à la corde où la corde serait une paire d'électrons partagée par deux atomes. L'électronégativité dit lequel des deux tire le plus fort. En 1932, Linus Pauling remarque qu'une liaison entre deux atomes différents est souvent plus solide que la moyenne des liaisons entre atomes identiques, et il attribue cet excès d'énergie à l'inégalité du partage. Il en tire une échelle de nombres sans unité, retouchée depuis, qui va de zéro virgule soixante-dix-neuf pour le césium à trois virgule quatre-vingt-dix-huit pour le fluor. Ce nombre n'a de sens que pour un atome engagé dans une liaison. L'affinité électronique de la leçon précédente est autre chose : une énergie en kilojoules par mole, mesurée sur un atome seul. D'autres échelles existent ; elles classent les éléments presque dans le même ordre.

Voici des valeurs de l'échelle de Pauling, telles que les publie la base de données publique PubChem. Le fluor arrive en tête, avec trois virgule quatre-vingt-dix-huit, suivi de l'oxygène et du chlore. L'azote vient juste après le chlore, puis le soufre et le carbone, presque à égalité. L'hydrogène est à deux virgule vingt, l'aluminium à un virgule soixante et un, et les métaux alcalins ferment la marche : zéro virgule quatre-vingt-treize pour le sodium, zéro virgule quatre-vingt-deux pour le potassium. Beaucoup de manuels anciens arrondissent ces nombres à une décimale ; les écarts changent un peu, mais le classement reste presque le même. Dans un même exercice, garde toujours la même table. Repère surtout la tendance : l'électronégativité grandit vers la droite et vers le haut du tableau.

Le caractère métallique, c'est la facilité avec laquelle un élément abandonne ses électrons de valence pour devenir un cation. Il varie à l'opposé de l'électronégativité : il grandit quand on va vers la gauche et vers le bas du tableau. Le césium, dans le coin en bas à gauche, est parmi les plus métalliques ; le fluor, dans le coin opposé, ne l'est pas du tout. Descends le groupe quatorze pour voir la bascule : le carbone est un non-métal, le silicium et le germanium sont des métalloïdes, l'étain des soudures et le plomb sont des métaux. Une même colonne peut donc réunir des éléments de caractères très différents.

Le groupe un regroupe les métaux alcalins : lithium, sodium, potassium. Ils n'ont qu'un électron de valence, très facile à perdre, et forment des ions de charge plus un. Ils sont si réactifs qu'on ne les trouve jamais à l'état de métal dans la nature, seulement dans des sels, comme le chlorure de sodium ou le chlorure de potassium. Le groupe deux, celui des alcalino-terreux, perd deux électrons pour former des ions deux plus. Le calcium et le magnésium sont partout : dans le calcaire, dans tes os, et dans l'eau dure, celle qui laisse des dépôts blancs au fond des bouilloires, à Casablanca comme à Bruxelles.

À droite, le groupe dix-sept réunit les halogènes : fluor, chlore, brome, iode. Il leur manque un seul électron pour atteindre le cortège d'un gaz noble : ils en captent un pour devenir des ions de charge moins un, ou ils en partagent un dans une liaison. Tu les croises tous les jours : le fluorure des dentifrices, l'eau de Javel, dont le principe actif est un composé du chlore, l'iode ajouté au sel de cuisine pour prévenir le goitre. Observe aussi leur état à vingt-cinq degrés : l'iode forme des paillettes solides gris violacé, le brome est un liquide brun-rouge, le chlore et le fluor sont des gaz. Le module 6 t'expliquera pourquoi l'état change ainsi le long de la colonne.

La dernière colonne, le groupe dix-huit, contient les gaz nobles : hélium, néon, argon, krypton, xénon. Leur couche externe est pleine. Ils ont donc une énergie d'ionisation très élevée et presque aucune envie de gagner un électron : ils réagissent très peu. C'est justement ce qui les rend utiles. L'hélium, léger et inerte, gonfle les ballons sans risque d'incendie. Le néon brille dans les enseignes. L'argon protège les métaux pendant certaines soudures, en chassant l'air. Pour les autres éléments, la configuration d'un gaz noble sert souvent de cible : c'est l'idée qu'on utilisera pour la règle de l'octet au module suivant.

Retiens que l'électronégativité mesure la force avec laquelle un atome tire vers lui les électrons d'une liaison. Elle augmente vers la droite et vers le haut du tableau, et le fluor est en tête avec trois virgule quatre-vingt-dix-huit. Le caractère métallique suit la tendance inverse. Retiens aussi les grandes familles : les alcalins forment des ions plus un, les alcalino-terreux des ions deux plus, les halogènes des ions moins un, et les gaz nobles réagissent très peu. Avec ce module, tu as un outil de prévision complet. Dans le module 3, tu vas voir ce qui se passe quand deux atomes partagent leurs électrons : la liaison covalente.