6 - villa maria
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6) Familles chimiques a) Définition Une famille chimique est un groupe d’éléments formant une colonne dans le tableau périodique, et ayant un comportement chimique semblable. Chacun des éléments d’une famille chimique possède le même nombre d’électron sur sa dernière couche. b) Nombre de familles chimiques Dans la série des éléments représentatifs (série A), il y a 8 familles chimiques, numérotées de IA à VIIIA. Ce sont les deux premières colonnes et les 6 dernières colonnes du tableau périodique. Les éléments de la série B (le centre du tableau périodique), appelés aussi éléments de transition, ne sont pas à l’étude dans le présent programme. c) Nom et caractéristiques Quatre familles d’éléments ont des caractéristiques particulières (m. pp 94-96): IA, métaux alcalins : __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ IIA, métaux alcalino-terreux : __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ VIIA, halogènes : __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ VIIIA, gaz inertes ou gaz nobles : __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ Il existe 4 autres familles chimiques dont le nom est donné à partir du premier élément de la colonne : IIIA = famille du bore, IVA = famille du carbone, VA = famille de l’azote, VIA = famille de l’oxygène. ***Vous devez apprendre les éléments de chacune des 4 familles importantes*** Exercices : manuel pp 97-98, #1, 2, 3 7) Propriétés périodiques a) Généralités Une période est une rangée horizontale du tableau périodique. La période à laquelle appartient un élément indique directement ______________ __________________________ que possède l’atome de cet élément. Ex : Pb est sur la 6eme période, il a donc _______________________________. En analysant les propriétés physiques et chimiques des éléments, les scientifiques ont constaté que ces propriétés variaient selon Z croissant, de façon ___________. De plus, ils ont observé une continuité ou _______________ dans ces propriétés : en effet, après un intervalle régulier de 2, 8, 18 ou 32 éléments, l’élément suivant retrouve un propriété caractéristique similaire. Ex : Le lithium (élément #3) réagit en présence d’eau; les ________ éléments suivants n’on pas cette propriété chimique, puis l’élément suivant, le _______________ (#11) est également réactif dans l’eau. En continuant les observations, on se rend compte que l’élément suivant à être réactif dans l’eau est le ______________________. Définition : Propriété périodique : Propriété qui varie de façon __________________ selon une tendance _________________ ou __________________ dans une période. Les propriétés périodiques permettent de prévoir le comportement d’un élément sans nécessairement connaître cet élément en particulier. La plupart des propriétés périodiques sont expliquées par le modèle atomique de chacun des éléments. Exercices : manuel p. 101, #1, 2, 3 b) Le rayon atomique Les rayons atomiques sont mesurés en Angstrom. Un A est égal à 10-8 cm. Ce qui est égal à 0.00000001 cm. C’est extrêmement petit! i) Sur le graphique ci-dessous, tracez des lignes marquant le début et la fin de chacune des périodes. ii) Observez la tendance du rayon atomique dans la deuxième période (du numéro 3 au numéro 10. __________________________________________ iii) Est-ce la même tendance pour chacune des périodes? ____________________ iv) Conclusion : Les rayons atomiques ___________________ quand les numéros atomiques _________________ dans une même période. Le rayon atomique est donc ____________________ de façon périodique. v) Explication : Il y a de plus en plus de protons dans les noyaux des éléments de chacune des période, donc le noyau tire de plus en plus fort sur les électrons. ***Le rayon atomique dans une famille : dans chacun des familles, le rayon atomique _________________________ car il y a plus de couches électroniques. Ex : Be = 2 couches électroniques et Mg = 3 couches électroniques → le rayon du Mg est donc plus grand que celui du Be. c) Le point de fusion Le graphique suivant montre l’évolution du point de fusion pour les éléments de chacune des périodes. Quelle est la tendance pour chacune des périodes? __________________________________________________________________ Écrivez les mots « augmente » ou « diminue » dans les flèches du tableau suivant pour indiquer la tendance des points de fusion dans une période. Conclusion : Le point de fusion est le plus élevé ____________________ de la période, et le plus bas aux ______________________ de la période. d) L’activité chimique i) Rappel des familles chimiques : Les familles chimiques les plus réactives sont : ___________________________ ___________________. Ces familles sont situées _________________________ _______________________________. Les familles suivantes, vers le centre du tableau, sont les ____________________ ___________________, ces familles sont moins _______________________. La famille la plus à droite du tableau, les _______________________, est composée d’élément chimiquement stables, donc pas du tout réactifs. Bilan de l’activité chimique : ii) Explication de l’activité chimique des éléments Les __________________________ sont les électrons du dernier niveau d’énergie d’un atome. Par exemple, le sodium a 1 électron de valence, ce qui peut être démontré en faisant sa structure électronique : Na Le numéro de la famille chimique à laquelle appartient un élément correspond à son nombre d’électron de valence. Ainsi, il n’est pas nécessaire de dessiner toute la structure électronique d’un atome pour connaître ses électrons de valence. Combien d’e- de valence l’oxygène possède-t-il? ____________ Tous les éléments de la famille de l’oxygène en possèdent autant. L’analyse de la structure électronique des gaz inertes montre qu’ils ont tous 8 esur leur dernière couche électronique. De plus, on sait que ces éléments on une absence d’activité chimique; ils sont chimiquement stables. Au contraire, les éléments des familles I et VII, ont respectivement 1 et 7 e- de valence, tout en ayant une très grande activité chimique. On peut donc conclure : o Un élément est chimiquement stable s’il possède 8 e- de valence o Tous les éléments du tableau périodique ayant moins de 8 e- de valence cherchent à gagner ou a perdre des électrons afin d’acquérir 8 e- sur leur dernière couche, et ainsi être chimiquement stable. Comme 8 électrons représentent le maximum possible d’électrons sur la dernière couche, on dit que les gaz inertes ont leur dernière couche électronique saturée, et que les éléments des autres familles cherchent à obtenir la saturation électronique. La recherche de cette saturation s’appelle règle de l’octet. On constate que les éléments halogènes, avec _______ e- de valence, ont _____ equi les sépare de la structure électronique du gaz inerte. Le fait que les halogènes soient très actifs chimiquement laisse croire que ces éléments cherchent à compléter leur structure électronique afin de ressembler à la structure stable d’un gaz noble. Ces éléments cherchent donc à saturer leur dernière couche électronique. Leur tendance à gagner un seul électron explique leur grande réactivité chimique. Questions : Comment expliquer la grande réactivité chimique des alcalins? _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ Quelle serait l’activité chimique de la famille de l’azote? Pourquoi? _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ Lecture manuel pp106-107 e) L’indice d’électronégativité Définition : L’indice d’électronégativité est une échelle de mesure de la tendance d’un élément à accepter des électrons, ou de la tendance de l’élément à retenir ses électrons. Les valeurs d’électronégativité varient en fonction d’une échelle de 0 à 4. Une valeur près de 4 signifie que l’élément a une forte tendance à accepter les électrons. Quel élément possède l’indice d’électronégativité le plus grand? Autrement dit, quel élément accepte les électrons le plus facilement? __________________________ Pourquoi? ____________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ Le graphique ci-dessous démontre l’évolution de l’indice d’électronégativité en fonction du numéro atomique. Dans une même période, au fur et à mesure qu’augmente le numéro atomique, l’électronégativité _____________________. La famille VIII n’a pas d’électronégativité car aucun des élément de cette famille n’accepte des électrons *** Dans une famille, l’électronégativité diminue avec l’augmentation du numéro atomique. Explication : Dans une famille, plus le numéro est élevé, plus il y a de couches électroniques, donc les électrons sont de plus en plus éloignés du noyau, la force d’attraction est donc plus faible.*** f) Potentiel d’ionisation (436) Définition : Le potentiel d’ionisation exprime l’énergie minimum nécessaire pour arracher un électron à un atome. Observez le graphique suivant : Dans une même période, au fur et à mesure qu’augmente le numéro atomique, le potentiel d’ionisation ______________________. Explication : Les premiers éléments d’une période veulent _______________ des électrons, il est donc facile de les arrache, ce qui implique un potentiel d’ionisation faible. Les derniers éléments de la période veulent ______________ des électrons et non pas les perdre, il sera donc difficile d’en arracher, cela implique un __________________________________. C’est le dernier élément de chacune des périodes qui a le plus grand potentiel d’ionisation. g) Synthèse des propriétés périodiques Nous avons étudié plusieurs propriétés périodiques des éléments. Résumez des propriétés périodiques en écrivant sur les flèches le mot « augmente » ou « diminue » : Quand le numéro atomique croît dans une période… L’activité chimique : Le point de fusion : Le rayon atomique : L’électronégativité : Le potentiel d’ionisation : Application : Comme mentionné plus haut, les propriétés périodiques nous permettent de savoir comment se comportera une substance sans avoir à connaître la substance elle-même. Il suffit de savoir sa position dans le tableau périodique. Exemple : Estime les propriétés du zirconium en utilisant la tendance des propriétés des éléments qui le précèdent dans la période : 37 38 39 Masse volumique 1.53 2.6 4.5 Point de fusion 312.6 1041 1799 Rayon atomique 2.98 2.45 2.27 Électronégativité 0.82 0.95 1.22 Potentiel d’ionisation 4.18 5.7 6.38 Propriétés Rb Sr Y 40 Zr 8) Résumé o Les atomes cherchent à avoir la plus grande stabilité possible o Pour être stable, un atome doit avoir une configuration électronique stable, c’està-dire avec 8 électrons sur son dernier niveau d’énergie (ce que possèdent les gaz inertes). o Les éléments chercheront à ressembler au gaz inerte le plus proche, en perdant ou en gagnant des électrons. o Les gaz inertes : o Les halogènes : o Les alcalins : o Les alcalino-terreux : o Les métaux : o Les non-métaux : o Les métalloïdes :
