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ACTIVITE : CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS
Anushka est une ménagère efficace, mais un peu gaffeuse. Alors qu’elle faisait le
ménage dans le bureau de Dimitri M., elle a fait tomber toutes les cartes qui
étaient bien rangées sur la table !
Dimitri est très pointilleux, et il semblait très fier de la façon dont il avait
agencé les cartes sur la table. Il a même expliqué longuement à Anushka la
logique de son rangement, mais comme elle n’est pas franchement passionnée par
la chimie, elle n’a pas vraiment écouté … et maintenant il faut replacer toutes les
cartes comme elles étaient avant cette maladresse !
Heureusement, vous vous adorez la chimie et vous êtes prêt à aider Anushka à trouver un classement
logique à ces cartes !
I – Un peu de ménage
1) Lisez attentivement toutes les cartes, puis essayez de trouver des critères de classement qui
soient logiques et pratiques pour le chimiste. Notez ces critères ci-dessous.
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2) Disposez les cartes en mettant en œuvre les critères que vous venez d’établir. Présentez
ensuite les caractéristiques principales de votre disposition (forme, informations
principales que l’on peut en obtenir, …).
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II – Les critères de Dimitri
Finalement, en regardant bien sur le bureau de Dimitri, Anushka a déniché une feuille de brouillon sur laquelle Dimitri a
écrit :
« - Un tableau semble être la manière la plus pratique de classer les éléments.
1/ Premier critère : remplir les cases du tableau en classant les éléments par masse atomique croissante.
2/ Deuxième critère : disposer les éléments ayant des propriétés chimiques voisines sur la même ligne.
3/ Privilégier toujours le critère numéro ## (illisible) lorsqu’il y a incompatibilité entre les critères.
- Ne pas oublier d’acheter la nourriture pour le chat. »
1) D’après vous, quel est le critère que Dimitri a choisit de privilégier ? Justifiez.
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Groupe BEC – Lycée R.Doisneau – Corbeil-essonnes (91)
2) A l’aide des cartes, retrouvez la classification telle que l’avait construite Dimitri
initialement. Dans quels cas avez-vous dû privilégier un critère sur l’autre ?
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III – La vérité historique
Vers la fin du XIX° siècle, la notion d’élément chimique est acceptée depuis longtemps, et les chimistes ont déjà
réussit à isoler plus de soixante éléments chimiques différents. Les classer de manière rationnelle devient alors
une nécessité.
Plusieurs classifications ont déjà été proposées, mais aucune ne donne vraiment
satisfaction, car elles ne permettent jamais de classer correctement tous les
éléments connus.
Le chimiste russe Dimitri Ivanovich Mendeleïev propose en 1869 une
classification audacieuse.
Il s’est aperçu que lorsqu’il rangeait les éléments par masse atomique
croissante, il apparaissait une certaine périodicité des propriétés chimiques de
ces éléments. Il en déduit des critères de classement et construit ainsi sa
classification périodique des éléments.
Cette classification correspond à celle que vous venez de faire : Il dispose les
éléments par poids atomique croissant (en utilisant donc une propriété physique)
Dimitri Mendeleïev (1834-1907)
en plaçant sur la même ligne les éléments ayant des propriétés chimiques
similaires. Ce faisant, il n’hésite pas à intervertir des éléments lorsque ses deux critères rentrent en conflit
(notamment pour le tellure et l’iode). Il pousse même son raisonnement jusqu’à laisser des cases vides dans son
tableau en prédisant les propriétés chimiques et les poids atomiques des éléments inconnus qui devraient s’y
trouver.
Sa classification connaît un grand succès lorsque, quelques années plus tard seulement, on découvre plusieurs
de ces éléments inconnus et qu’ils répondent à la description de Mendeleïev.
1) En quoi la classification de Mendeleïev vous paraît-elle audacieuse ?
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2) Qu’est-ce qui a fait que la classification de Mendeleïev s’est rapidement imposée comme
exacte et pertinente ?
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Groupe BEC – Lycée R.Doisneau – Corbeil-essonnes (91)
IV – La forme moderne de la classification
En 1913, lorsque l’existence des atomes fut bien établie et la composition du noyau connue, il apparut plus logique de
classer les éléments non pas par masse atomique croissante, mais par numéro atomique croissant. La substitution de ces
deux critères permet de ne plus avoir à réaliser d’inversions dans le tableau et il n’y a plus d’antagonisme avec les
propriétés chimiques. On décide également de classer les éléments ayant même propriétés chimiques par colonnes et non
par ligne.
1) En utilisant le tableau en bas de page, déterminer la structure électronique des atomes de la
première, deuxième et troisième colonne.
a. Première colonne :
H : ............................................................ Li : .......................................................... Na : ......................................................
b. Deuxième colonne :
Be : ........................................................... Mg : .......................................................................................................................
c. Dernière colonne :
B : ............................................................ Al : ........................................................................................................................
2) Quelle remarque pouvez-vous
précédemment ?
faire sur
les
structures
électroniques
trouvées
..................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................
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On appelle famille chimique les éléments d’une même colonne du tableau (voir fiche de cours). La dernière colonne
correspond à la famille des gaz rares (ou gaz nobles ou gaz inertes). Les éléments qui la constituent on été découvert assez
tardivement (On ne les connaissait pas notamment à l’époque de Mendeleïev).
3) Ecrire la formule électronique des 3 gaz rares du tableau en bas de page. Quel est le point
commun de la couche externe de ces éléments ?
He :........................................................... Ne : ........................................................ Ar : .......................................................
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4) Expliquez alors pourquoi on appelle également cette famille « gaz inertes » (inerte signifie
ici qui ne réagit pas). En quoi cela peut-il expliquer que ces gaz aient été découvert
tardivement ?
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..................................................................................................................................................................................................
Ligne
Colonne
1
Ligne 3
Couche M
4
5
6
7
8
He
1
Ligne 2
Couche L
3
H
Ligne 1
Couche K
2
2
Li
3
Be
4
Na Mg
11
12
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B
5
C
6
Al
13
N
7
Si
14
O
8
P
15
S
16
F
9
Ne
10
Cl
17
Ar
18
V – Utilisation de la classification
1) Ecrire la formule électronique des éléments de la famille de l’oxygène (les chalcogènes,
colonne 6). Combien leur manque-t-il d’électrons pour satisfaire à la règle de l’octet ? En
déduire les formules des ions qu’ils forment.
O : ............................................................ S : ..........................................................................................................................
Il leur manque ..........................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................
Ils forment donc les ions .................................................... et ................................................................................................
2) Donner les formules des ions formés par les atomes de la famille du fluor (les halogènes,
colonne 7), puis par ceux de la famille du béryllium (les alcalino-terreux, colonne 2).
Pour les halogènes : .................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................
Pour les alcalino-terreux : ........................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................
Groupe BEC – Lycée R.Doisneau – Corbeil-essonnes (91)
Groupe BEC – Lycée R.Doisneau – Corbeil-essonnes (91)
40,1
Ca
87,6
10,8
Calcium
Sr
Stromtium
B
Découvert en 1808 par Humphry Davy
(1778-1829) au cours de l’électrolyse de
la chaux éteinte. Son nom provient du
grec Kylix qui signifie calx en latin,
c'est-à-dire chaux. (le mot chaux
désignait le produit de la calcination).
Le suffixe –ium signifie métal.
Forme un précipité avec la soude
Découvert en 1790 par les chimistes
irlandais Adair Crawford (1748-1795) et
écossais William Cruikshank (décédé en
1810), il a été ainsi nommé en référence
à Strontian (en Ecosse), ville de
découverte du métal.
Forme un précipité avec la soude
Il a été isolé en 1808 indépendamment
par les français Joseph Louis GayLussac (1778-1850) et Louis Jacques
Thenard (1777-1857) d'une part et par
l’anglais Humphry Davy d'autre part.
Son nom dérive du persan bourak qui
signifie brillant.
Peut se lier à trois autres atomes
f = 842°C
eb = 1484°C
f = 777°C
Bore
eb = 1382°C
27,0
f = 2075°C
eb = 4000°C
114,8
28,1
Al
In
Indium
Si
L’aluminium n’a été isolé qu’en 1825
par le danois Hans Christian Oersted
(1777-1851). Son nom est dérivé du
latin Alumen ou alum, le nom d’un
sulfate d’aluminium et de potassium qui
était utilisé par les romains et les grecs
comme astringent.
Peut se lier à trois autres atomes
Découvert grâce à la spectroscopie en
1863 par l’allemand Reich (1799-1882)
et Richter (1824-1898). Le nom de cet
élément découle du latin Indicum qui
signifie indigo. L’indium a une raie bleu
indigo dans son spectre d’émission.
Peut se lier à trois autres atomes
Découvert en 1824 par Jöns Jacob
Berzelius (1779-1848), son nom
provient du latin Silex qui signifie pierre
très dure, à l’aide de laquelle l’homme a
créé le feu pour la première fois.
Réagit avec le dioxygène pour former
un oxyde de silicium
f = 156,60°C
f = 1414°C
Aluminium
f = 660,32°C
eb = 2519°C
Silicium
eb = 2072°C
12,0
eb = 3265°C
118,7
1,0
C
Sn
Etain
Hydrogène
Du grec Carbonis, du latin carbon.
Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794)
l’a appelé carbone pour le différencier
du charbon.
Réagit avec le dioxygène pour former
un oxyde de carbone
D’origine incertaine, probablement de
l’allemand tina qui signifie petit bâton
brillant. Son symbole chimique vient du
nom Stannum, lié à stagnum et stag (de
l'indo-européen) qui signifie couler,
parce que l’étain fond et coule
"facilement". Réagit avec le dioxygène
pour former un oxyde d’étain.
Il est isolé en 1766 par Henry
Cavendish (1731-1810) . Constatant
qu'il génère l'eau quand il brûle, Antoine
Laurent Lavoisier (1743-1794) lui a
attribué ce nom qu'il dérive du grec
Hydros, qui signifie eau, et de –gen qui
signifie générateur. Réagit avec
l’oxygène pour former de l’eau
Carbone
f = 3527°C
eb = 4027°C
f = 231,93°C
eb = 2602°C
H
f = -259,34°C
eb = - 252,87°C
19,0
35,5
79,9
F
Cl
Chlore
Br
Isolé pour la première fois par
électrolyse par Henri Moissan en
1886. Son nom vient du latin fluere
signifiant fondre, couler.
Le fluor est l’élément le plus réactif
chimiquement. Il forme un précipité
blanc avec l’ion argent.
f = -220°C
eb = -188°C
Découvert par Carl William Scheele
en 1774. Son nom vient du grec
khloros signifiant vert pâle. Utilisé
entre autre comme agent de
blanchiment. Il forme un précipité
blanc avec l’ion argent.
Découvert par Antoine-Jérôme
Balard en 1826. Son nom vient du
grec bromos signifiant mauvaise
odeur. Elément très réactif
chimiquement. Il forme un précipité
blanc avec l’ion argent.
f = -101°C
f = -7,2°C
Fluor
Brome
eb = -34°C
126,9
eb = 59°C
16,0
32,1
I
O
S
Iode
Oxygène
Soufre
Découvert en 1811 par Bernard
Courtois dans la liqueur-mère des
cendres d'algues marines. Son nom
vient du grec iodès signifiant violet
(couleur de l'iode à l'état gazeux). Il
forme un précipité blanc avec l’ion
argent.
f = 114°C
eb = 184°C
Découvert par Carl William Scheele
en 1772. Son nom vient du grec oxys
(acide) et genes (engendre).
Elément très abondant (il représente
presque la moitié de la masse de la
Terre) qui possède 2 électrons de
valence.
f = -219°C
eb = -183°C
Connu depuis la préhistoire, son
nom vient du latin Sulphur. Element
essentiel pour les êtres vivant que
l’on retrouve dans de nombreuses
protéines. Il possède 2 électrons de
valence.
79
127,6
f = 115°C
eb = 445°C
14,0
Se
Sélénium
Te
Tellure
N
Découvert par Jöns Jacob Berzelius
en 1817. Son nom vient du grec
selene signifiant lune. Utilisé dans la
fabrication de cellules
photovoltaïques, il possède 2
électrons de valence.
Découvert par Franz Joseph Muller
von Reichstein en 1782. Son nom
vient du latin tellus signifiant terre.
Utilisé dans la fabrication de cellules
photovoltaïques, il possède 2
électrons de valence.
Découvert par Daniel Rutherford en
1772. Son symbole vient du terme
nitrogène, du latin nitre (nitrate de
potassium) et du grec genes
(engendre). Utilisé dans les engrais
et les pesticides.
f = 221°C
f = 450°C
f = -210°C
eb = 685°C
eb = 988°C
Azote
eb = -196°C
31,0
74,9
121,8
P
Phosphore
As
Arsenic
Sb
Découvert par Hennig Brandt en
1669. Son nom vient du grec
phosphoros, porteur de lumière.
Est utilisé dans le dopage des semiconducteurs.
Découvert par Albertus Magnus en
1250. Vient du grec arsenikon
signifiant pigment jaune. Est utilisé
dans le dopage des semiconducteurs.
Connu depuis l’antiquité. Son
symbole vient du latin stibium,
désignant le minerai Sb2O3. Est
utilisé dans le dopage des semiconducteurs.
f = °C
eb = °C
f = °C
Antimoine
eb = °C
6,9
f = °C
eb = °C
23,0
39,1
Li
Na
Sodium
Potassium
Du grec lithos (pierre) .Découvert en
1817 par le suédois Johan August
Arfvedson (1792-1841) dans un minerai
qui s'appelle pétalite.
Réagit de façon vive avec l’eau pour
former du dihydrogène
Découvert par électrolyse en 1807 par
Humphry Davy (1778-1829), Son
symbole Na provient de Natron qui
provient de l'arabe et qui désigne le
carbonates de sodium.
Réagit de façon vive avec l’eau pour
former du dihydrogène
Le symbole K du potassium provient du
nom allemand Kalium de cet élément
qui découle d’un nom arabe Al-Kali
(substance basique).
Réagit de façon vive avec l’eau pour
former du dihydrogène
Lithium
f = 180,5°C
eb = 1342°C
f = 97,8°C
K
eb = 883°C
85,5
f = 63,7°C
eb = 760°C
9,0
24,3
Rb
Be
Mg
Découvert en 1861 par les allemands
Bunsen et Kirchhoff par
spectroscopique. Ils lui donnent ce nom
dérivé du latin Rubidus qui signifie
rouge foncé, en référence aux deux raies
rouges dans son spectre d’émission.
Réagit de façon vive avec l’eau pour
former du dihydrogène
Découvert en 1798, par le chimiste
français Louis Nicolas Vauquelin
(1763-1829) en analysant le béryl dont
découle ce nom (silicate naturel
d'aluminium et de béryllium).
Forme un précipité avec la soude
Isolé en 1828 par le français Antoine
Alexandre Brutus Bussy (1794-1882), il
a été nommé en référence à la ville de
Magnésia en Tessalie (Grèce).
Forme un précipité avec la soude
Rubidium
f = 39°C
eb = 688°C
Béryllium
f = 1287°C
eb = 2471°C
Magnésium
f = 650°C
eb = 1090°C