La Classification Périodique des éléments

La Classification
Périodique des éléments
I - Notion d'élément chimique.
Atome : noyau (protons + neutrons) entouré d'électrons
Numéro atomique Z : protons (id. électrons)
Nombre de masse A : protons + neutrons
Élément chimique caractérisé par Z
Même Z mais A différents : isotopes
II – Structure de la Classification périodique.
1) Historique.
Antiquité : 10 éléments chimiques connus
„
C, Cu, étain Sn, Fe, Hg, Au, Pb, S, antimoine Sb
Moyen Age : ajout de 10 éléments chimiques dont l’arsenic (As), le phosphore (P) et le
zinc (Zn)
Siècle des Lumières :
„
„
le nombre d'éléments connus double ;
découverte de nombreuses analogies physico-chimiques entre les éléments.
1869 : Tableau périodique de Mendeleïev
II – Structure de la Classification périodique.
2) Structure actuelle.
Périodes et familles.
Dans sa forme actuelle (recommandée par l’IUCPA),
„
„
„
Elle comporte 7 lignes appelées périodes et 18 colonnes correspondant à des familles.
Les éléments chimiques sont classés de gauche à droite et de haut en bas par ordre
croissant de leur numéro atomique Z.
Elle est conçue de façon telle que deux éléments de la même famille ont des propriétés
physico-chimiques semblables.
Structure en blocs.
Elle est structurée en blocs : s, p, d et f.
Bloc s
(1) (2)
Bloc d
(3)
Bloc p
(4) (5)
(1)
Alcalins
(2)
Alcalino-terreux
(3)
Métaux de transition
(4)
Halogènes
(5)
Gaz nobles
III – Caractère métallique.
Le caractère métallique est défini par :
„
„
„
„
solide cristallin ;
bonne conduction électrique et thermique ;
propriété optique (éclat) ;
bonne malléabilité et ductilité ;
Š
Š
„
Malléable : se façonne facilement en lames ou feuilles.
Ductile : se laisse étirer en fils
oxydes : non volatils et de température de fusion élevée.
Évolution du caractère métallique des éléments au sein de la Classification.
On retiendra l’évolution suivante :
Caractère métallique croissant
Les éléments autour de la ligne en tirets
ont un comportement intermédiaire
(métalloïdes : ce sont des éléments comme
le silicium et le germanium qui sont des
semi-conducteurs)
Métaux
Non-Métaux
IV – Évolution de quelques propriétés atomiques.
1) Énergie de première ionisation (Ei).
Définition.
„
„
„
„
C’est l’énergie minimale qu’il faut fournir à l’atome gazeux dans son état fondamental pour
lui arracher un électron.
Elle correspond à l’énergie mise en jeu lors du processus : M(g) → M+(g) + eC’est une grandeur positive de l’ordre de 10 eV.
Elle est d’autant plus grande que l’électron arraché est plus fortement lié au noyau.
Évolution de l’énergie de première ionisation au sein de la Classification.
On retiendra l’évolution suivante :
Les alcalins sont les éléments qui ont l’énergie
d’ionisation la plus faible.
Les gaz nobles sont difficilement ionisables.
Énergie d’ionisation
croissante
IV – Évolution de quelques propriétés atomiques.
2) Affinité électronique (AE).
Définitions.
L ’énergie de premier attachement électronique d’un atome M est l’énergie Eatt mise en jeu
pour apporter à cet atome gazeux un électron supplémentaire selon le processus :
M(g) + e-→ M-(g)
Eatt
C’est une grandeur en général négative.
„
L’affinité électronique A.E. correspond à l’énergie mise en jeu dans le processus inverse, c’est
donc l’énergie nécessaire pour arracher un électron à l’anion M- gazeux :
M-(g) → M(g) + eA.E. = - Eatt
C’est une grandeur en général positive.
„
Évolution dans la Classification périodique.
On retiendra qu’elle est plus difficile à interpréter que celle de l’énergie de
première ionisation.
IV – Évolution de quelques propriétés atomiques.
3) Electronégativité.
Définitions.
„
„
C’est une grandeur relative qui traduit l’aptitude d’un atome B à attirer vers lui le doublet
électronique qui l’associe à un autre atome A.
C’est une grandeur positive, sans dimension et définie conventionnellement à partir de
plusieurs échelles.
Échelle de Mulliken (Chimiste américain, 1896-1986 -Nobel 1966)
χ =k
EIi + AE
2
le facteur k sert à adimensionner cette grandeur.
k = 1 eV-1 si EIi et AE sont exprimées en eV selon Mulliken.
De nos jours, k = 0,317 eV-1
Évolution dans la Classification périodique.
On retiendra l’évolution suivante :
L’élément le plus électronégatif est le fluor (4,10
dans cette échelle) et le plus électropositif est le
Césium (un alcalin).
Ces variations sont identiques dans les différents
échelles.
Électronégativité croissante
Fin du diaporama
FIN
Dimitri Mendeleïev
Chimiste russe 1834 – 1907
Il propose sa classification périodique
sous forme d’un tableau.
„
„
Retour
Il classa les éléments chimiques selon
leur nombre de masse ;
Il groupa les éléments chimiques en
fonction de leurs analogies physicochimiques.
Š
Il laissa ainsi des cases vides, figurant
des éléments encore inconnus dont les
propriétés physico-chimiques pouvaient
être prédites grâce à sa table.
Š
En 1875, il découvrit le gallium dont les
propriétés étaient bien celles prédites.
Š
Il en fut de même pour la découverte du
germanium en 1886.
II – Structure en blocs et principales familles.
Alcalino terreux
Halogènes
1
H
3
Li
11
Na
19
K
37
Rb
55
Cs
87
Fr
2
Métaux de transition
4
Be
Mg
20
Ca
38
Sr
56
Ba
88
Ra
5
12
66
Fe
Sc
39
Y
Ti
40
Zr
72
Hf
104
Rf
57
58
La
89
Ac
22
Ce
90
Th
Bloc s
Alcalins
Retour
23
24
Cr
42
Mo
74
W
106
Sg
25
Mn
43
Tc
75
Re
107
Bh
26
Fe
44
Ru
76
Os
108
Hs
Co 28Ni 29Cu 30Zn
45
Rh 46Pd 47Ag 48Cd
77
Ir 78Pt 79Au 80Hg
109
Mt Uun Uuu Uub
59
60
61
62
63
V
41
Nb
73
Ta
105
Db
Pr
91
Pa
Nd
92
U
Pm
93
Np
Sm
94
Pu
Bloc p
27
Eu
95
Am
64
Gd
96
Cm
65
Tb
97
Bk
66
Dy
98
Cf
Bloc d
67
Ho
99
Es
7
8
B
Al
31
Ga
49
In
81
Tl
C
Si
32
Ge
50
Sn
82
Pb
Uuq
N
P
33
As
51
Sb
83
Bi
O
S
34
Se
52
Te
84
Po
Uuh
68
69
70
71
13
21
6
Er
100
Fm
14
Tm
101
Md
15
Yb
102
No
16
9
F
Cl
35
Br
53
I
85
At
17
He
Ne
18
Ar
36
Kr
54
Xe
86
Rn
Uuo
10
Lu
Lr
103
Bloc f
Gaz nobles
Caractère métallique.
Retour
Énergie de première ionisation.
Retour
Énergie d’attachement électronique.
Retour
Electronégativité des éléments.
Retour