Chap 2: description microscopique de la matière 2nd TP 5- configuration électronique et tableau périodique COMPETENCES EXIGIBLES OFFICIELLES Configuration électronique d’un atome à l’état fondamental et position dans le tableau périodique. Déterminer la position de l’élément dans le tableau périodique à partir de la configuration électronique de l’atome. Déterminer les électrons de valence d’un atome (Z ≤ 18) à partir de sa configuration électronique ou de sa position dans le tableau périodique. À partir du tableau périodique, identifier des éléments ayant des propriétés chimiques communes et identifier la famille des gaz nobles. Établir le lien entre stabilité chimique et configuration électronique de valence d’un gaz noble. COMPETENCES MISES EN JEU S’Approprier - Analyser – Réaliser – Valider Communiquer CONTEXTE : Le but de ce TP est de: déterminer la configuration électronique d’un atome (pour Z≦18) ainsi que ses électrons de valence. Déterminer la position d’un élément dans le tableau périodique à partir de la configuration électronique d’un atome et inversement. DOCUMENTS MIS A VOTRE DISPOSITION : En 1869, le chimiste russe D. Mendeleïev classe les 63 éléments chimiques connus à l’époque dans un tableau par masses atomiques croissantes et selon les analogies de leurs propriétés chimiques. Mais il faut attendre le XXe siècle pour établir un lien entre ces propriétés et le cortège électronique des atomes correspondants. Document n°1 : Des électrons ordonnés En 1913, le physicien danois N. Bohr propose un nouveau modèle atomique, dans lequel les électrons du cortège électronique d’un atome, dans son état le plus stable, appelé état fondamental, se répartissent dans des couches électroniques, désigné par un nombre entier n. Chacune d’entre elle est divisée en sous-couches contenant un nombre limité d’électrons (s : 2 électrons max / p : 6 électrons max). La répartition des électrons d’un atome dans son état fondamental sur ces couches et sous-couches correspond à la configuration électronique de l’atome. Pour les atomes ayant au plus 18 électrons, les couches associés au nombre n = 1, 2 et 3 comportant des sous couche s et p suffisent, comme le montre le tableau ci-contre. Document n°2 : règles de répartition des électrons Document n°3 : Electrons de valence Les électrons du cortège électronique ne sont pas tous équivalents. Ceux qui appartiennent à la dernière couche n occupé sont appelés électrons de valence. Ils sont responsables des propriétés chimiques des éléments. Si une couche contient son nombre maximal d’électron, Elle est dite saturée. (voir exemple configuration électronique doc 2 avec le soufre) Document n°4 : tableau périodique: une organisation structurée des configuration électronique Depuis les travaux du chimiste russe D. Mendeleïev, le tableau périodique n’a cessé d’évoluer grâce à la découverte progressive de la structure de l’atome et de nouveaux éléments chimiques. Actuellement, il comporte 118 éléments chimiques, répartis sur 7 périodes (= lignes) et 18 familles (= colonnes). Ils sont classés horizontalement, de haut en bas et de gauche à droite, par numéro atomique croissant, caractéristique de l’élément. Il est alors remarquable de constater que ce tableau, initialement construit à partir d’observations expérimentales, et le modèle théorique de la répartition des électrons dans l’atome, se correspondre parfaitement. Pour les éléments chimiques de numéro atomique Z ≦ 18, on utilise un tableau périodique restreint à 3 périodes. On distingue deux blocs, s et p, liés à la dernière sous-couche occupée. L’un des intérêts du tableau périodique apparaît alors : donner facilement le nombre d’électrons de valence d’un élément chimique. PREMIERE PARTIE : Configuration (structure) électronique TRAVAIL A EFFECTUER : 1. Un atome de lithium (Li) possède 3 électrons. Deux de ces électrons sont dans la couche 1, le troisième est dans la couche 2. Vérifier que cette répartition, appelée structure électronique et notée 1s2 2s1 est en accord avec les règles énoncées dans le doc 2. 2. Repérer pour l’atome de lithium les électrons de la couche interne et ceux de la couche de valence. 3. Voici la structure électronique d’un atome particulier : 1s22s22p63s23p6. Quel est le numéro atomique Z de cet atome ? Justifier. Rechercher son nom dans la classification périodique. 4. Combien d’électrons possède l’atome dont la couche 3 contient 2 électrons ? En déduire son numéro atomique Z et son nom. 5. Donner la structure électronique des atomes de He (Z = 2), Ne (Z = 10) et Ar (Z = 18). Que remarquez-vous ? (cf doc 2) DEUXIEME PARTIE : construction du tableau périodique A. B. C. D. E. F. Aligner horizontalement les cartes des 7 éléments C, Cl, Li, Na et O selon les valeurs croissantes des numéro atomiques. Disposer (tout en respectant la consigne A) les cartes suivants plusieurs lignes horizontales successives pour faire apparaître les éléments ayant des propriétés communes dans une même colonne. Montrer la classification à votre enseignant. Comparer le numéro atomique et les propriétés du fluor avec celles des éléments déjà placés. En déduire sa position, en modifiant si nécessaire la place d’autres élément (les consignes A et B doivent rester valables). Refaire le même travail pour placer ces éléments en étudiant successivement Be, puis N, Mg et enfin H. Si un élément n’a pas d’analogies avec les autres il faut créer une nouvelle colonne. Insérer les derniers éléments chimiques dans la classification que vous avez dressée, le bore en premier, puis l’aluminium et enfin Si, P, S (dans cet ordre). Terminer en plaçant (toujours selon la consigne A et B), néon (Ne), Argon (Ar). Montrer la classification à votre enseignant. 6. Compléter le tableau périodique restreints (annexe) en indiquant le symbole de l’élément, son numéro atomique (en bas à gauche de l’élément) et sa configuration électronique en dessous. 7. A la lecture du tableau en annexe, compléter : Les éléments chimiques sont classés par ………………………………………………………………………… Les éléments dont les atomes ont le même nombre d’électrons sur leur couche externe sont regroupés dans une même ……………… (autre nom : ……………………………) Famille des alcalins (Li, Na, K) : ……………… électron sur la couche externe. Famille des halogènes (F, Cl, Br, I) : ……………… électrons sur la couche externe. Famille des gaz rares (Ne, Ar, Kr) : ……………… électrons sur la couche externe sauf pour l’hélium He qui en a ……………… (les gaz rares ont leur couche externe ……………………………) ce qui leur confère une …………………. Chimique. Une nouvelle ligne (= ………………) est commencée chaque fois qu’intervient une nouvelle ……………………………, celle précédente étant……………..: 8. A la lecture du tableau périodique restreint (doc 4), préciser le point commun des éléments chimiques : a. Dans une même période (ligne) b. Dans une même famille (colonne) 9. Comment expliquer la répartition des éléments chimiques en bloc s ou p dans la tableau périodique restreint ? 10. Soit l’élément appartenant à la 3e période et à la famille IV. Sans avoir recours à la classification périodique, déterminer la structure électronique de cet atome. 11. Soit l’élément dont les atomes ont pour répartition électronique 1s 2 2s22p3. A partir de cette structure, en déduire la période et la famille auxquelles cet élément appartient. La classification périodique restreinte des éléments I Période 1 : remplissage couche … 1 II III IV V VI VII H VIII … He ……… 1s1 Période 2 : remplissage couche … Période 3 : remplissage couche … Bloc … Familles : ………… Bloc … ……… ………
