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CHAPITRE
La Classification périodique des éléments
A / Elaboration
1 / Historique
C’est le russe Mendéleîev qui le premier a classer les éléments chimiques. Ces travaux ont été publiés en 1869. Il a rangé 63 éléments chimiques selon leurs masses atomiques et laissé des cases vides pour les éléments non encore découverts mais en pronostiquant leurs propriétés.
2 / Principe
La classification actuelle comporte 110 éléments répartis en 18 colonnes et 7 lignes ou périodes.
Le classement est établi selon les principes suivants :
. Les éléments qui ont les mêmes propriétés chimiques sont dans la même colonne.
. Les éléments qui ont les mêmes propriétés chimiques ont le même nombre d’électrons sur leurs dernières couches électroniques.
. Les éléments qui sont dans une même colonne ont le même nom de famille.
. Les éléments sont classés par numéro atomique croissant.
3 / Les trois premières périodes
La première période (ligne) est formée de l’élément hydrogène et de l’élément hélium. Elle correspond au remplissage de la couche K. Elle comprend deux éléments.
La deuxième période est constituée de huit éléments (lithium, béryllium, 10 cases vides, bore, carbone, azote, oxygène, fluor, et néon). Elle correspond au remplissage de la couche électronique L.
La troisième période commence par le sodium et le magnésium – 10 cases vides – puis continue avec l’aluminium, le silicium, le phosphore, le soufre, le chlore, et l’argon. Elle correspond au remplissage de la couche électronique M. Elle est constituée de huit éléments chimiques.
La quatrième et la cinquième périodes (lignes) comportent 18 éléments.
B / Etude de quelques familles
1 / La famille des métaux alcalins
Les éléments de la première colonne, autres que l’hydrogène, constituent la famille des métaux alcalins.
Exemple :
On constate qu’ils ont la même structure électronique externe. Il possède 1 électron sur la couche électronique externe.
On les appelle métaux car ils possèdent les caractéristiques des métaux : un éclat métallique et une grande conductibilité électrique et thermique.
Ce sont des corps mous et légers. Ils réagissent vivement avec l’eau et le dioxygène de l’air. Il faut les conserver dans le pétrole, à l’abri de l’air.
2 / La famille des halogènes
Les halogènes sont les éléments situés dans l’avant dernière colonne.
Exemple :
On constate qu’ils ont tous la même structure électronique externe : ils possèdent 7 électrons.
Les corps simples correspondants, constitués de molécules diatomiques, sont toxiques et corrosifs.
Ils réagissent facilement sur de nombreux métaux (fer, cuivre, métaux alcalins).
A pression et température ordinaire :
. difluor : F2 : gaz
. dichlore : Cl2 : gaz jaune verdâtre
. dibrome : Br2 : liquide rouge
. diiode : I2 : solide violet foncé
3 / La famille des gaz nobles
Les gaz nobles sont les éléments de la dernière colonne du tableau périodique.
Exemple :
A l’exception de l’hélium, ils ont tous la même structure électronique externe à 8 électrons appelée octet d’électrons.
L’expérience montre que ces éléments ne donnent pratiquement pas de réactions chimiques : on parle d’inertie chimique car ils possèdent une grande stabilité chimique.
Dans les conditions normales de pression et de température, tous ces corps simples sont gazeux et existent dans l’air en faibles proportions (gaz rares).
C / Intérêt de la classification périodique
1 / Place des éléments
Les propriétés chimiques d’un élément sont liées à sa structure électronique externe.
La structure électronique externe détermine à la fois les propriétés chimiques et la place dans la classification.
Il y’a une relation entre la place dans la classification et les propriétés.
Le nombre d’électrons de la couche externe donne le numéro de la colonne et le nombre de couches occupées donne le numéro de la ligne (ou période).
Exemple :
2 / Formation des ions
Les éléments de la 1ère, 2ème, 3ème colonne vont perdre respectivement 1, 2, 3 électrons pour donner des ions positifs (règle de l’octet).
Les éléments de la 5ème, 6ème, 7ème colonne vont gagner respectivement 3, 2, 1 électrons pour donner des ions négatifs (règle de l’octet).
Applications
Indiquer les ions formés par les atomes suivants : magnésium ( Mg) et soufre ( S ).
Mg : ( K )2 ( L )8 ( M )2 : 2ème colonne : perte de deux électrons : Mg2+
S : ( K )2 ( L )8 ( M )6 : 6ème colonne : gain de deux électrons : S2-
3 / Formation des molécules
Les éléments en 4ème, 5ème, 6ème, et 7ème colonne vont former respectivement 4, 3, 2, 1 liaisons covalentes pour obtenir 8 électrons sur leur couche électronique externe.
Application :
Le silane contient un atome de silicium ( Si ) et des atomes d’hydrogène. Donner la formule brute du silane.
Si : ( K )2 ( L )8 ( M )4 : 4ème colonne : forme 4 liaisons covalentes
Il s’associe donc avec 4 Hydrogène, donc formule brute : SiH4
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