Karamö, le prof virtuelLeçon 10 sur 22
Notions pratiques sur les métaux
Je sais reconnaître un métal, dire d'où il vient (minerai ou état natif), décrire les grandes étapes pour l'obtenir, et classer les métaux usuels.
- 50 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir un métal et citer les métaux usuels
- Distinguer un métal natif et un minerai, et associer les principaux minerais à leur métal
- Décrire les grandes étapes de la métallurgie, en lien avec les ressources de la Guinée
- Classer les métaux (ferreux ou non ferreux, légers ou lourds, précieux) et les reconnaître par des tests simples
Avant de commencer : Le tableau périodique (métaux à gauche, non-métaux à droite) ; les formules chimiques ; la masse volumique (8e).
1Je découvre
Dans la cour d'un ferrailleur de Kankan, Alpha et Hawa regardent les tas de métaux triés : vieilles tôles, fils électriques, marmites cabossées, pièces de moto, boîtes de conserve. Le ferrailleur passe un gros aimant au-dessus d'un tas : certaines pièces sautent vers l'aimant, d'autres restent sur place.
« Pourquoi tu fais ça ? » demande Hawa. « Pour séparer le fer du reste. L'aluminium et le cuivre se vendent plus cher ; il ne faut pas les mélanger », répond-il.
Alpha sait que la Guinée est un grand pays minier : la bauxite de Boké, le fer du Simandou, l'or de Siguiri. Mais il se demande : un métal, comment le reconnaît-on ? Où se trouve-t-il dans la nature ? Et comment passe-t-on d'un caillou rouge de bauxite à une marmite brillante ?
Qu'est-ce qu'un métal, d'où vient-il, et comment le reconnaître et le classer ?
2Je comprends
1. Qu'est-ce qu'un métal ?
Un métal est un corps simple qui présente, en général :
- un éclat métallique : il brille quand sa surface est propre (on dit qu'il est « brillant » après polissage) ;
- une bonne conduction du courant électrique et de la chaleur ;
- la possibilité d'être déformé sans se casser (on peut le marteler, l'étirer en fil).
Presque tous les métaux sont solides à la température ordinaire. Exception : le mercure, liquide.
Métaux usuels : fer (Fe), aluminium (Al), cuivre (Cu), zinc (Zn), plomb (Pb), étain (Sn), or (Au), argent (Ag), nickel (Ni), chrome (Cr), magnésium (Mg).
Dans le tableau périodique, les métaux sont placés à gauche. Leurs atomes ont peu d'électrons périphériques (1 à 3) et ont tendance à les perdre pour former des ions positifs : Al3+, Fe2+, Cu2+…
2. Où trouve-t-on les métaux dans la nature ?
Quelques métaux peu réactifs existent à l'état natif, c'est-à-dire purs, sous forme de métal : c'est le cas de l'or, de l'argent, du platine, parfois du cuivre. Les orpailleurs de Haute-Guinée cherchent ainsi des paillettes et des pépites d'or dans la terre et le sable des rivières.
La plupart des métaux, eux, sont combinés à d'autres éléments (oxygène, soufre…) dans des roches appelées minerais. Un minerai est une roche qui contient un métal en quantité suffisante pour qu'on puisse l'extraire avec profit.
| Minerai | Composé principal | Métal extrait |
|---|---|---|
| Bauxite | alumine (oxyde d'aluminium hydraté), Al2O3 | aluminium |
| Hématite | oxyde de fer Fe2O3 | fer |
| Magnétite | oxyde de fer Fe3O4 | fer |
| Blende | sulfure de zinc ZnS | zinc |
| Galène | sulfure de plomb PbS | plomb |
| Cassitérite | oxyde d'étain SnO2 | étain |
| Chalcopyrite | sulfure de cuivre et de fer CuFeS2 | cuivre |
La Guinée possède d'importants gisements : bauxite (régions de Boké, Fria, Kindia), minerai de fer (Simandou, monts Nimba), or (région de Siguiri). Ses réserves de bauxite comptent parmi les plus grandes du monde.
3. Du minerai au métal : la métallurgie
La métallurgie est l'ensemble des techniques qui permettent d'obtenir un métal à partir de son minerai, puis de le mettre en forme.
- 1Extraction : on creuse la mine (souvent à ciel ouvert) et on sort le minerai.
- 2Enrichissement : on concasse, on lave, on trie pour éliminer la terre et les roches inutiles (la gangue).
- 3Transformation chimique : on sépare le métal des autres éléments (réduction d'un oxyde, électrolyse).
- 4Affinage : on purifie le métal obtenu.
- 5Mise en forme : on coule, on lamine, on étire le métal en tôles, barres, fils.
Exemples :
- Aluminium : la bauxite est d'abord transformée en alumine Al2O3, une poudre blanche (c'est ce que fait l'usine de Fria). L'alumine est ensuite décomposée par électrolyse pour obtenir l'aluminium.
- Fer : l'oxyde de fer est réduit par le carbone (le coke) dans un haut fourneau, à très haute température. On obtient la fonte, puis l'acier. Tu étudieras le haut fourneau en 10e.
Exemple
Quelle masse de fer contient 1 tonne d'hématite pure Fe₂O₃ ? (Fe = 56 g/mol ; O = 16 g/mol)
- Masse molaire : M(Fe₂O₃) = 2 × 56 + 3 × 16 = 112 + 48 = 160 g/mol.
- Dans 160 g de Fe₂O₃, il y a 112 g de fer.
- Proportion de fer : 112 ÷ 160 = 0,7, soit 70 %.
- Dans 1 t = 1 000 kg d'hématite pure : 1 000 × 0,7 = 700 kg de fer.
4. Classer les métaux
On peut classer les métaux de plusieurs façons :
| Critère | Catégorie | Exemples |
|---|---|---|
| Présence de fer | métaux ferreux (fer, fonte, acier) | clous, fer à béton, tôles d'acier |
| métaux non ferreux | aluminium, cuivre, zinc, plomb, or | |
| Masse volumique | métaux légers (moins de 5 g/cm³ environ) | aluminium (2,7), magnésium (1,7) |
| métaux lourds | fer (7,9), cuivre (8,9), plomb (11,3), or (19,3) | |
| Valeur et résistance à la corrosion | métaux précieux | or, argent, platine |
| métaux usuels | fer, aluminium, zinc, cuivre |
- Fer, fonte, acier
- Attirés par un aimant
- Rouillent à l'air humide
- Aluminium, cuivre, zinc, plomb, étain, or
- Non attirés par un aimant (sauf nickel et cobalt)
- Ne rouillent pas (mais certains s'oxydent autrement)
5. Reconnaître un métal par des tests simples
| Test | Ce qu'on observe |
|---|---|
| Couleur | cuivre : rouge orangé ; or : jaune ; la plupart des autres : gris ou blanc argenté |
| Aimant | le fer et l'acier (ainsi que le nickel et le cobalt) sont attirés ; l'aluminium, le cuivre, le zinc ne le sont pas |
| Masse en main | à volume égal, l'aluminium paraît très léger, le plomb très lourd |
| Rayure et dureté | le plomb se raye à l'ongle ; l'acier est dur |
| Aspect après un long séjour à l'air humide | le fer se couvre de rouille brun-rouge ; le cuivre verdit ; l'aluminium ternit un peu mais ne rouille pas |
Méthode
Pour identifier un métal inconnu :
- J'observe sa couleur et son éclat (rouge : cuivre ; jaune : or ou laiton).
- J'approche un aimant : s'il est attiré, c'est presque sûrement du fer ou de l'acier.
- Je compare sa masse à son volume (léger : aluminium ; très lourd : plomb ou or).
- Si besoin, je mesure sa masse volumique (leçon suivante) pour confirmer.
Exemple
Le ferrailleur trie trois objets gris : une boîte de conserve, une canette de boisson et un tuyau de plomberie ancien, lourd et mou.
- La boîte de conserve est attirée par l'aimant : elle est en acier (métal ferreux).
- La canette n'est pas attirée et elle est très légère : elle est en aluminium.
- Le tuyau n'est pas attiré, il est très lourd et se raye facilement : il est en plomb.
6. Métaux, santé et environnement
- Certains métaux sont toxiques : le plomb et le mercure. Le mercure utilisé par certains orpailleurs pour récupérer l'or est dangereux : ses vapeurs empoisonnent, et il pollue les rivières et les poissons. Il ne faut jamais le chauffer ni le manipuler à mains nues.
- Les métaux se recyclent très bien : refondre de l'aluminium usagé demande beaucoup moins d'énergie que d'en produire à partir de la bauxite. Les ferrailleurs et les forgerons participent ainsi à la protection de l'environnement.
3Je retiens
Je retiens
Un métal a un éclat métallique, conduit bien le courant et la chaleur, et se déforme sans se casser. Tous sont solides à 20 °C sauf le mercure.
Certains métaux sont natifs (or, argent, platine) ; la plupart sont dans des minerais (bauxite → aluminium ; hématite → fer ; blende → zinc ; galène → plomb).
La métallurgie : extraction, enrichissement, transformation chimique, affinage, mise en forme.
Métaux ferreux (fer, fonte, acier) : attirés par l'aimant, rouillent. Métaux non ferreux : aluminium, cuivre, zinc, plomb, or…
Métaux légers (Al, Mg) et lourds (Fe, Cu, Pb, Au) ; métaux précieux (or, argent, platine).
La Guinée est riche en bauxite, en fer et en or.
Le plomb et le mercure sont toxiques ; les métaux se recyclent.
4Erreurs fréquentes
- Croire que tous les métaux sont attirés par un aimant : l'aluminium, le cuivre, le zinc, l'or ne le sont pas.
- Confondre minerai et métal : la bauxite est un minerai (une roche), l'aluminium est le métal qu'on en tire.
- Dire que tous les métaux sont solides : le mercure est liquide à la température ordinaire.
- Confondre alumine (Al₂O₃, un oxyde, poudre blanche) et aluminium (Al, le métal).
5Je m’exerce
1Exercice 1
Recopie et complète le tableau.
| Minerai | Métal extrait |
|---|---|
| Bauxite | |
| Hématite | |
| Blende | |
| Galène |
Voir le corrigéCacher le corrigé
Bauxite : aluminium. Hématite : fer. Blende : zinc. Galène : plomb.
2Exercice 2
Classe les métaux suivants en métaux ferreux et non ferreux, puis en légers et lourds : acier, aluminium, cuivre, fonte, plomb, magnésium, or.
Voir le corrigéCacher le corrigé
- Ferreux : acier, fonte. Non ferreux : aluminium, cuivre, plomb, magnésium, or.
- Légers : aluminium (2,7 g/cm³), magnésium (1,7 g/cm³). Lourds : acier et fonte (environ 7 à 8 g/cm³), cuivre (8,9), plomb (11,3), or (19,3).
3Exercice 3
Sékou a trois objets : une casserole grise très légère, un fil électrique rouge orangé, une barre grise attirée par un aimant. Identifie le métal de chaque objet et justifie.
Voir le corrigéCacher le corrigé
- Casserole grise très légère : aluminium (métal léger, non attiré par l'aimant).
- Fil électrique rouge orangé : cuivre (seul métal usuel de cette couleur, excellent conducteur).
- Barre grise attirée par l'aimant : fer ou acier (métal ferreux).
4Exercice 4
(Calcul) On donne : Al = 27 g/mol ; O = 16 g/mol.
a) Calcule la masse molaire de l'alumine Al2O3.
b) Calcule le pourcentage en masse d'aluminium dans l'alumine.
c) Quelle masse d'aluminium peut-on obtenir, au maximum, à partir de 204 kg d'alumine pure ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) M(Al2O3) = 2 × 27 + 3 × 16 = 54 + 48 = 102 g/mol.
b) Pourcentage d'aluminium : 54102 × 100 ≈ 52,9 %.
c) Méthode 1 : 204 × 54102 = 204 × 2751 = 108 kg.
Méthode 2 (moles) : n(Al2O3) = 204 000102 = 2 000 mol ; chaque mole contient 2 mol d'Al, donc n(Al) = 4 000 mol ; m = 4 000 × 27 = 108 000 g = 108 kg.
5Exercice 5
(Type examen) La Guinée exporte de grandes quantités de bauxite.
a) Qu'est-ce qu'un minerai ? La bauxite est-elle un métal ? Justifie.
b) Nomme, dans l'ordre, les grandes étapes pour passer de la bauxite à une marmite en aluminium.
c) Pourquoi dit-on que l'or peut se trouver à l'état natif ? Cite un autre métal qui peut être natif.
d) Donne un danger lié à l'utilisation du mercure dans l'orpaillage et une précaution à prendre.
e) Donne un avantage du recyclage des métaux.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Un minerai est une roche qui contient un métal combiné à d'autres éléments, en quantité suffisante pour qu'on puisse l'extraire avec profit. La bauxite n'est pas un métal : c'est une roche qui contient de l'alumine (oxyde d'aluminium), dont on tire le métal aluminium.
b) Extraction de la bauxite dans la mine ; enrichissement (lavage, tri) ; transformation de la bauxite en alumine ; électrolyse de l'alumine qui donne l'aluminium ; mise en forme (coulée, laminage) pour fabriquer la marmite.
c) L'or est peu réactif : il ne se combine presque pas avec l'oxygène ou le soufre, on le trouve donc pur (pépites, paillettes). Autre métal natif : l'argent (ou le platine).
d) Le mercure est toxique : ses vapeurs, quand on le chauffe, empoisonnent les personnes, et il pollue l'eau et les poissons. Précaution : ne pas le chauffer à l'air libre ni le manipuler à mains nues, ne pas le rejeter dans les rivières.
e) Le recyclage économise l'énergie et les minerais, et diminue les déchets dans l'environnement.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
Crée ton compte élève gratuit pour cocher les leçons terminées, suivre ta progression et gagner des points au QCM.
