Les propriétés périodiques Dans cette section nous allons étudier trois propriétés physiques périodiques de même que trois propriétés chimiques périodiques. Propriétés physiques périodiques Les principales propriétés physiques périodiques sont : - le volume atomique la température de fusion la température d’ébullition Le volume atomique Les volumes atomiques des différents éléments vous sont fournis dans le tableau suivant. La valeur qui apparaît sous chaque symbole correspond au volume occupé par une mole de chaque élément à l’état solide et à sa température de fusion. Ce tableau révèle que les volumes atomiques des éléments d’un même groupe sont croissants de gauche à droite : l’addition d’une couche électronique supplémentaire accroît la dimension des atomes. Cependant, il n’en va pas toujours ainsi pour les éléments d’une même période : l’additon d’un autre proton et d’un autre électron rend plus grande la force d’attraction entre le noyau et les électrons, ce qui a pour effet de réduire la dimension des atomes. On peut d’ailleurs observer ce phénomène chez les éléments placés à gauche dans une période. Quant aux volumes atomiques des autres éléments d’une même période, ils sont constants pour les éléments placés au centre et croissants pour les éléments placés à droite. En général, dans une même rangée la taille des atomes diminue de gauche à droite, puisque la force nucléaire augmente. La température de fusion et la température d’ébullition Le tableau suivant fournit la température de fusion et la température d’ébullition des éléments de la période 2. Éléments de la période 2 Éléments Lithium, Li Béryllium, Be Bore, B Carbone, C Azote, N Oxygène, O Fluor, F Néon, Ne Température de fusion (0C) 180,5 1278 2300 3550 -209,9 -218,4 -219,6 -248,7 Température d’ébullition (0C) 1347 2970 2550 4827 -195,8 -183,0 -188,1 -246,0 Ce tableau révèle que les éléments solides de la période possèdent des températures de fusion et de températures d’ébullition croissantes d’un élément à l’autre. Par contre, les températures de fusion et les températures d’ébullition des éléments gazeux de cette même période sont décroissantes d’un élément à l’autre. Les températures de fusion et les températures d’ébullition des éléments d’un même groupe sont habituellement croissantes. Le tableau suivant démontre cette variation chez les éléments du groupe 1. Éléments du groupe 1 Éléments Lithium, Li Sodium, Na Potassium, K Rubidium, Rb Césium, Cs Francium, Fr Température de fusion (0C) 180,5 97,82 63,65 38,89 28,40 27,00 Température d’ébullition (0C) 1347 882,9 774 688 678,4 677 Propriétés chimiques périodiques Les principales propriétés chimiques périodiques sont : - l’énergie d’ionisation l’affinité électronique l’électronégativité L’énergie d’ionisation L’énergie d’ionisation désigne la quantité d’énergie nécessaire pour enlever un ou plusieurs électrons à l’atome d’un élément. Elle nous fournit une idée de l’importance et de la grandeur de la force d’attraction qu’un atome exerce sur les électrons de sa couche périphérique. Les énergies d’ionisation des éléments d’un même groupe diminuent d’un élément à l’autre. Le tableau suivant fournit les énergies d’ionisation nécessaires pour enlever le premier électron à chacun des éléments de la famille des halogènes. Élément Fluor, F Chlore, Cl Brome, Br Iode, I Z 9 17 35 53 Énergie d’ionisation (kJ/mol) 1680 1255 1142 1008 À l’intérieur d’une période, les énergies d’ionisation sont la plupart du temps croissantes d’un élément à l’autre. Les exceptions se trouvent entre les groupes 2 et 13 et entre les groupes 15 et 16. Le tableau suivant fournit un indice de la croissance des énergies d’ionisation des éléments de la période 2. Élément Lithium, Li Béryllium, Be Bore, B Carbone, C Azote, N Oxygène, O Fluor, F Néon, Ne Z 3 4 5 6 7 8 9 10 Énergie d’ionisation (kJ/mol) 520 899 800 1085 1401 1313 1680 2079 Exemple : L’ionisation de l’atome de sodium peut se représenter par l’équation : Na( g ) Ei Na(g ) e En absorbant la quantité d’énergie appropriée, Ei, l’atome de sodium perd un électron et se transforme en ion Na+. L’affinité électronique L’affinité électronique désigne la quantité d’énergie libérée lorsqu’un atome neutre capte un électron pour se transformer en ion négatif. Par exemple, lorsqu’un atome de fluor capte un électron supplémentaire, il libère une énergie de 5,53 10 22 kJ. Cette réaction se représente à l’aide de l’équation : F e F 5,53 10 22 kJ Les affinités électroniques des éléments sont difficiles à déterminer. Cependant, les mesures qui ont pu être effectuées permettent de constater que les non-métaux ont une affinité électronique plus grande que les métaux. Le tableau suivant fournit les affinités électroniques de quelques éléments. Une valeur positive implique que l’atome doit libérer de l’énergie pour capter un électron alors qu’une énergie négative implique qu’on doit fournir une certaine quantité d’énergie à l’atome pour capter un électron. Le tableau révèle que les halogènes ont la plus grande affinité électronique. Les atomes de ces éléments possèdent sept électrons sur leur couche extérieure et l’addition d’un seul électron leur permettrait de présenter une configuration électronique stable semblable à celle des gaz parfaits. Au contraire, l’affinité électronique des métaux se révèle très faible. Les atomes de ces éléments possèdent sur leur dernière couche un ou deux électrons et sont plutôt portés à céder ces électrons pour représenter la configuration électronique stable des gaz parfaits. L’électronégativité L’électronégativité d’un atome désigne la mesure de la force d’attraction que cet atome exerce sur les électrons qui le lient à un autre atome. Cette propriété a été définie en fonction de l’énergie d’ionisation et de l’affinité électronique des éléments. Le chimiste américain Linus Carl Pauling a conçu une échelle arbitraire pour exprimer l’électronégativité des éléments. Les valeurs numériques ou indices d’électronégativité données aux éléments varient entre 0,7 pour le francium et 4,0 pour le fluor. Le tableau suivant fournit les indices d’électronégativité de la plupart des éléments de Tableau périodique. Dans ce tableau, nous pouvons remarquer qu’en général les indices d’électronégativité augmente graduellement de gauche à droite le long d’une période. Les éléments les plus électronégatifs sont les non-métaux tels les halogènes du 17; les éléments les moins électronégatifs, appelés éléments électropositifs, sont les métaux tels les alcalins du groupe 1. Les indices d’électronégativité reflètent bien la tendance des métaux à perdre facilement un électron pour se transformer en ions positifs et celle des non-métaux à capter un électron pour se transformer en ions négatifs. On peut représenter la périodicité de ces trois propriétés chimiques sous la forme d’un diagramme. Dans ce diagramme, les trois flèches indiquent dans quel sens ces propriétés croissent à l’intérieur d’un groupe ou d’une période.