La classification périodique des éléments (chimie)
1.plan général de l'article
2.la classification périodique des éléments
2.1a: petit historique
2.1b: le tableau
3.a: les halogènes
3.b: les métaux alcalins
3.c: les gazs nobles
3.d:les métaux alcalinaux-terreux
3.e: les cristallogènes
3.f: les pnictogènes
3.g: les chalcogènes
4.:Application au quotidien
4.a:ions monoatomiques stables
4.b:Nombre de liaisons covalentes dans une molécule
4:expériences
5:Exercices
6.:sources
2.la classification périodique des éléments
1.a: historique
Au début du 19ème siècle, peu de critères permettaient de classifier les éléments. Les scientifiques eurent l'idée de classifier car ils remarquèrent une analogie entre certains éléments.
La première véritable version du tableau de classification fut crée en 1869 par Mendeleiev. Il classa les éléments en 5 colones de 18 éléments et par leur masse atomique, il laissa aussi certaines cases vides prévoyant de nouveaux éléments. En 1913, les éléments sont classés par leurs numéros atomiques et non pas par leur masse atomique.
1.b: tableau de classification
http://www.cite-sciences.fr/francais/ala_cite/expo/tempo/aluminium/science/mendeleiev/index.html
Dans ce tableau une colonne représente une famille d'éléments. Les éléments sont représentés par leur symbole chimique et leur numéro atomique.
Les métaux sont regroupés en famille d'éléments par leurs propriétés chimiques proches, mais aussi par leurs états:
-les métaux sont regroupés à gauche (du tableau) à l'exception de l'hydrogène
-les non-métaux à droite
-les métaloides entre les non-métaux et métaux
-les métaux en transition de la colonne 3 à 12
-les métaux pauvres entre les métalloïdes et métaux en transition
-les lanthanides: numéro atomique= 57 à 71
-les actinides: Z=89 à 103
3.Quelques familles d'éléments
Les éléments d'une même colonne du tableau périodique des éléments ont des propriétés chimiques voisines, ils forment une famille. Les éléments d'une même famille possède le même nombre d'électrons sur leur couche externe.
3.a:Les halogènes
La famille des hallogènes est constituée des éléments de la 17ème colonne de la classification périodique. Le fluor (F), le chlore (Cl), le brome (Br), l' iode (I) et l'astate (At)font partie des halogènes.
On les trouve sous forme de molécules diatomiques. Les halogènes possèdent 7 électrons dans leur couche électronique la plus externe. Ils se dissolvent dans le cyclohexane plus facilement que dans l'eau.
Ils ont plusieurs propriétés chimiques:
-les dialogènes réagissent avec l'aluminium Al pour former les trihalogénures d'aluminium
-les ions halogénure réagissent tous avec les ions argent Ag+ (différents hallogènes)
pour divers précipités.
- ces réagissent avec les ions permanganate MnO4- pour former les dialogènes correspondants.
Usages pratiques:
-dans l'éclairage avec les lampes à halogène
-dans la photographie, les cristaux de chlorure, bromures absorbent la lumière.
-dan l'hygiène; le chlore, le brome, l'iode servent comme désinfectant(eau de javel)et comme blanchisseurs.
-dans l'alimentaire avec les sels de table, d'iode et de chlore
-enfin dans les médicaments (somnifères, anestésiants)
3.b:les métaux alcalins
La famille des métaux alcalins est constituée des éléments de la première colonne, à l'exception de l'hydrogène.
Le lithium (Li), le sodium (Na), le potassium (K), le rubidium (Rb), le césium (Cs) et le francium (Fr) sont des éléments alcalins.
On rencontre du lithium (Li+), du sodium (Na+) ou du potassium (K+)dans l'eau de mer et dans les eaux minérales. Ils réagissent très violemment avec l'eau.
3.c:les gaz nobles (piles alcalines)
La famille des gaz nobles est constituée de la dernière colonne de la classification périodique.
L' hélium (He), le néon (Ne), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe) et le radon (Rn)font partie des gaz nobles.
Leur particularité est que leur couche électronique externe est saturée, donc ils existent que sous forme de gaz monoatomiques .
Ces gaz sont utilisés dans certaines lampes d'éclairage du fait de leur réaction à la lumière.
3.d:les métaux alcalinaux-terreux
La familles des métaux alclino-terreux est composées des éléments constituant la deuxièmes colonne de la classification périodique.
Le nom alcalino-terreux provient du terme "métaux de terre", qui est utilisé en alchimie pour décrire des métaux qui résistent aux feu.
le groupe 2 comprend le bérylium (Be), le magnésium (Mg), le calcium (Ca), le strontium (Sr), le baryum (Ba) et le radium (Ra).
Cette désignation "terreux" est due au fait que ce groupe forme un intermédiaire entre les métaux alcalin et les oxydes de terre rares.
Ce terme était déjà utilisé en Grece antique pour qualifier ses substances.
En 1789, Lavoisier nota que ses "terres" étaient des composés chimiques, il les appela "substances simples salifiables terreuses". Il suggéra par conjécture que ses substances seraient des oxydes de métaux. En 1808, Davy continua le travail de Lavoisier et obtint des échantillons de métaux.
Leurs principales caractéristiques sont leurs couleur argentées, leur faible densité, une malléabilité, leur réaction facile avec les halogènes pour former des sels ioniques et leur réaction avec l'eau pour former des hydroxydes fortement basiques.
Le sodium et potassium réagissent avec l'eau à température ambiante. Le Mg ne réagit qu'avec la vapeur d'eau et le Ca avec l'eau chaude.
Ces éléments possèdent 2 électrons sur leur couche électronique la plus extérieure.
3.e: les cristallogènes
La famille des cristallogènes correspond à la 14ème colonne du tableau périodique des éléments.
Le carbone(C), le silicium (Si), le germanium (Ge), l'étain (Sn) et le plomb(Pb) font partie des cristallogènes.
Ces éléments ont une forme cristaline, d'où cristalogène. Le carbone forme le diamant, mais on le retrouve plus facilement sous la forme de graphite.
3.f: les pnictogènes
La famille des pnictogènes correspond aux éléments de la 15ème colonne de la classification. Le mot pnictogène provient du grec pnigein qui signifie asphyxier ou étouffer.
Les pnictogènes sont:
-l'azote(N)
-le phosphore(P)
-l'arsenic(As)
-l'antimoine(Sb)
-le bismuth (Bi)
-L'ununpentium (Uup) (nom provisoire)
Certains de ces éléments entrent dans la composition de matériaux semi-conducteurs et opto-électronique.
Ces éléments possèdent 1 ou plusieurs oxydes toxiques. L'oxyde d'arsenic est utilisé comme un poison violent.
3.g: les chalcogènes
Le mot chalcogène provient du grec chalcos (minerai) et gena (naissance).
Elle est formée par la 16ème colonne du tableau périodique des éléments.
Elle comprend:
-l'oxygène(O)
-le soufre(S)
-le sélénium (Se)
-le tellure (Te)
-le polonium(Po) radioactif
-l'ununhexenium (Uuh) un élément de synthèse.
3: Application au quotidien
La classification périodique des éléments permet de différencier les différentes familles d"éléments. Il n'y a pas vraiment d'applications au quotidien si ce n'est de généraliser les spécificités des familles d'éléments (ions monoatomiques stables, liaisons covalentes dans les molécules.
3.1:ions monoatomiques stables
L'application de la règle de l'octet pour les trois 1ères périodes permet de déterminer les ions stables par gains ou perte d'électron de la couche externe. La classification, permet de généraliser ce résultat:
Les éléments d'une même colonne conduisent à la formation d'ions monoatomiques stables ayant la même charge.
3.2: Nombre de liaisons covalentes dans les molécules
l'application de la règle de l'octet pour les trois 1ères périodes permet de prévoir les partages d'électrons entre les atomes d'une molécule.
La classification périodique permet de généraliser se résultat:
Les atomes des éléments d'une même colonne forment, dans une molécule, le même nombre de liaisons covalentes.
4.Exercices:
1.classification périodique des éléments:
Exercice 1:Nom et symbole des éléments
Chercher dans la classification périodique le symbole des éléments mendélévium, antimoine, ununbium, cérium et lawrencium. Donner leur numéro atomique.
2.Les familles d'éléments
Exercice2: La famille des métaux alcalinaux-terreux
En utilisant la classification périodique, donner le nom, le symbole et le numéro atomique des métaux alcalinaux-terreux
Exercice 3: La famille des chalcogènes
Même consignes que pour l'ex 2
Exercice 4: Honneur à Mendeleiev
Le mendelevium tient son nom du chimiste Mendeleiev. Le numéro atomique du mendelevium est Z=101
a.Donner le symbole du mendelevium, grâce à la classification périodique.
b.A Quelle colonne le mendelevium appartient-il?
En déduire le nbre d'électrons sur sa couche externe.
5.TP: différences et similitudes du dibrome, dichlore et diiode:
On sait extraire de l’eau de mer des espèces chimiques contenant les éléments chlore, brome et iode. Les différents ions et molécules contenant ces éléments contiennent des similitudes et différences.
Observation
-Noter l’état physique sans lequel se trouvent ces différentes espèces chimiques, ainsi que leur couleur (doc.1)
1. Ces flacons contiennent de la droite vers la droite du dichlore (Cl2), du dibrome (Br2) et du diiode (I2)
Exploitation
1. Quelle similitude présente la formule brute des trois espèces chimiques présentées ?
Ces trois espèces chimiques sont des molécules composées de deux espèces similaires
2. Quelles différences physiques observe-t-on entre les contenus des trois flacons ?
Le dichlore est à l’état gazeux,
Le dibrome est à l’état liquide,
Le diiode est à l’état solide.
Manipulation 1 :
Matériel :
-trois tubes à essais et leurs bouchons ; supports ;
-eau de dichlore, eau de dibrome, eau de diiode ;
-cyclohexane
-Verser environ 1mL :
-d’eau de dichlore dans le tube 1,
-d’eau de bibrome dans le tube 2,
-d’eau de diiode dans le tube 3.
-noter la couleur de chacune de ses solutions.
Dans chacun des tubes, verser environ 1mL de cyclohexane. Boucher les tubes, et agiter vigoureusement quelques secondes. Observer.
http://www.intellego.fr/uploads/1/5/15435/media/halo%20cyclohexane.jpg
Exploitation :
3. Chaque tube contient deux liquides séparés. Pour chaque tube, dans quel solvant la couleur est-elle la plus intense ? Noter différentes couleurs dans chaque tube.
Avec le cyclohexane la couleur est la plus intense.
Voir image 2
4. Quelle analogie peut-on relever entre ces trois expériences ?
Ces espèces chimiques réagissent de la même façon avec le cyclohexane.
Ils sont de la même famille.
6: Sources
-http://fr.wikipedia.org/wiki/Classification_p%C3%A9riodique_des_%C3%A9l%C3%A9ments
-image pnictogènes: http://fr.wikipedia.org/wiki/Pnictog%C3%A8ne
-le tableau de la classification périodique des éléments a été publié par sience.gouv.fr
-livre de 2nde de physiques-chimie (Nathan)