chap2-cpe_3e

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3ème cours chimie
chap 2 : La CLASSIFICATION PERIODIQUE des ELEMENTS
Pendant des siècles, savants, penseurs et philosophes ont considéré que la matière était constituée à partir
de quatre éléments : l’eau, la terre, l’air et le feu. Aujourd’hui, on compte en réalité 118 éléments qui
sont classés dans un tableau appelé Classification Périodique des Eléments (CPE). Quel est l’intérêt de
cette classification ? Sur quels critères repose-t-elle ? Toutes ces questions trouveront une réponse dans ce
chapitre.
1) La démarche historique de Mendeleïev pour comprendre
Mendeleïev
a) Comment classer les éléments ?
 Proposer une solution de classement des éléments avec les critères de votre choix :
Propositions
Limite de la proposition
 Afin de confronter votre point de vue avec celui du chimiste russe Dmitri Mendeleïev (qui est à l’origine de la classification
périodique), je vous propose de lire son texte ci-dessous puis de répondre aux questions.
Mendeleïev : principe de chimie
« Plusieurs groupes d’éléments semblables sont connus depuis longtemps. L’oxygène, l’azote, le carbone etc. possèdent des
analogues qui seront étudiés plus bas. Leur étude nous conduit nécessairement à la question suivante : quelle est la cause de
l’analogie et quel est le rapport des groupes d’éléments entre eux ? Sans savoir les réponses à ces questions, il n’est guère possible
de grouper des éléments analogues sans tomber dans des erreurs grossières, attendu que les notions du degré de l’analogie ne
sautent pas toujours aux yeux et ne sont pas d’une précision rigoureuse. Ainsi par exemple, le lithium ressemble, sous certains
rapports, au potassium ; par d’autres points il se rapproche du magnésium. Il est certain que ; là où nous ne pouvons pas mesurer, il
faut, bon gré mal gré, se borner à faire un rapprochement ou une comparaison, basée sur les propriétés les plus évidentes, qui sont
loin de présenter une précision absolue.
Les éléments ont cependant une propriété exactement mesurable, c’est le poids atomique. Le poids de l’atome exprime la masse
relative de l’atome ou, en d’autres termes, abstraction faite de la notion d’atome, cette grandeur montre le rapport entre les masses
constituantes des unités chimiques indépendantes, c’est-à-dire des éléments. Or, il résulte de toutes les notions précises que l’on
possède sur les phénomènes de la nature, que toutes les propriétés d’une substance dépendent justement de sa masse. Il est donc tout
naturel de chercher une relation entre les propriétés analogues des éléments d’une part et leur poids atomique d’autre part. »
Mendeleïev 1871, traduction 1897 Paris
- Que signifie la phrase soulignée ?
- Souligner dans le texte en vert, la phrase qui explique que les ressemblances entre groupes d’éléments ne sont pas toujours
évidentes et très précise.
- Quels sont les 2 critères retenus par Mendeleïev pour classer les éléments ?

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b) Construction de la CPE
b. 1) Recherche de trois familles
Une famille est un groupe d’éléments chimiques possédant des propriétés chimiques semblables.
Pour suivre une démarche identique à celle de Mendeleïev, compléter au crayon de papier le tableau suivant en vous aidant du jeu
de cartes. En cas de doute, mettre un point d’interrogation après le nom de l’élément.
Critères chimiques permettant de
trouver la famille (les critères
doivent être respectés ensemble)
Noms des éléments
concernés par ces critères
Formules des corps composés
associés aux éléments concernés
Nom des familles
(ne pas remplir)
Réagit avec tous les métaux sauf
l’or et le platine
et
 Réagit avec le phosphore (P)
et
 Réagit avec le dihydrogène (H2)
 Réagit violemment avec l’eau, avec
formation de dihydrogène
et
 Réagit avec le dichlore (Cl2)
et
 S’oxyde à l’air (air = O2 + N2)
 Brule dans le dioxygène (O2) avec un
vif éclat
b.2) Construction du tableau périodique
Vous devez construire un tableau avec les 19 éléments notés sur les cartes en respectant les deux critères de Mendeleïev. Pour cela,
je vous propose une méthode en 3 étapes.
 Classer les éléments par ordre de masse atomique croissante selon une ligne en remplissant le tableau ci-dessous :
Masse
atomique
Eléments
(symbole)
 Regrouper dans une même colonne les éléments appartenant à une même famille.
 Insérer les éléments qui n’ont pas été reconnus dans une famille de manière à respecter l’ordre de masse atomique croissante :
attention lorsqu’on change de ligne, la masse atomique doit augmenter !

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 Donner le résultat obtenu en remplissant le tableau ci-dessous : attention, certaines cases restent vides…
c) Comparaison avec la classification périodique actuelle
 Compléter le tableau ci-dessous avec la Classification Périodique des Eléments présente dans la classe.
 Noter les différences observées entre la classification actuelle (celle de la classe) et votre classification (celle de Mendeleïev).
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
Conclusion : la démarche de Mendeleïev ne conduit pas tout-à-fait à la classification actuelle. Alors quelle est donc la démarche
qui nous y conduit ?
2) La démarche moderne pour obtenir une classification périodique complète…
Pour commencer cette démarche, il est nécessaire de revenir à l’édifice atomique et plus précisément au cortège électronique.
Rappel : un atome de l’élément de numéro atomique Z est formé d’un noyau et d’un cortège électronique comportant ... électrons.
a) Les couches électroniques ou niveaux d’énergie.
L’atome est un édifice stable, les électrons sont liés au noyau. Mais on
peut arracher un ou plusieurs électrons à un atome, si on lui fournit de
l’énergie (lumière ou chaleur par exemple).
Souligner la bonne réponse :
Il faut fournir une plus grande quantité d’énergie pour arracher les
électrons les plus faiblement / fortement liés au noyau, c’est-
à-dire les plus proches / loin du noyau.
Animation :
http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric
Expérimentalement, on constate, pour l’atome de sodium qui comporte 11 électrons, que le premier e- part très facilement avec une
petite quantité d’énergie, puis les 8 e- suivant partent tous avec une quantité d’énergie un peu plus grande mais quasiment identique
pour les 8. Enfin les 2 derniers partent avec une quantité d’énergie encore plus grande et également identique pour les 2.
Nous pouvons en conclure que les électrons ne se répartissent pas au hasard dans le nuage électronique mais sur des couches
électroniques (ou niveaux d’énergie). Tous les électrons d’une même couche sont situés à la même distance du noyau et il faut
donc fournir une même quantité d’énergie pour les arracher de l’atome.

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A retenir :
Les électrons d’un atome se répartissent dans des ……………………..…électroniques ou ……………………… d’énergie.
Chaque couche électronique est représentée par une lettre K, L, M, N…
Rem : la dernière couche occupée contient les électrons les moins liés au noyau ;
elle porte le nom de couche périphérique (ou couche externe). Le niveau
d’énergie correspondant est le dernier niveau. Les électrons situés sur cette couche
sont les électrons périphériques.
Exo 1 : combien d’électrons périphériques comportent les atomes de sodium et
d’oxygène ?
b) Les règles de remplissages des niveaux d’énergie
Définition :
La …………………………….…..……………… d’un atome est la façon dont ses e- sont répartis sur les couches.
Règle pour les 20 premiers éléments :
Les électrons remplissent d’abord le niveau K, puis, quand celui-ci est
saturé à 2 électrons, le niveau L. Quand le niveau L est saturé à 8
électrons, le niveau M se remplit jusqu’à 8 électrons, puis le niveau N
pour les 2 derniers électrons.
Exo 2 : l’atome de sodium comporte …… e- sur sa couche K, …… e- sur sa
couche L et ……. e- sur sa couche M.
La structure électronique de l’atome de sodium s’écrit alors : K2 L8 M1.
Donner la structure électronique de l’atome d’oxygène : ………………..
Animations :
Construisez vos propres atomes et ions et voyez s’ils s’ont stables :
http://www.ostralo.net/3_animations/swf/entite_monoatomique.swf
idem avec http://www.ostralo.net/3_animations/swf/structure_atome.swf
Structure électronique : http://www.ostralo.net/3_animations/swf/structure_electronique.swf
c) Retour à la classification périodique des éléments.
Voici une liste des 20 premiers éléments avec leur symbole, leur numéro atomique Z et leur étymologie :
Aluminium Al 13 du latin alumen = astringent (amer)
Argon Ar 18 du grec argos = inerte (inactif, paresseux)
Azote N 7 du grec a (privatif) et zôê (vie), donc = sans vie
Béryllium Be 4 du grec berullos = vert émeraude
Bore B 5 de l'arabe buraq = brillant
Calcium Ca 20 du latin calx = chaux
Carbone C 6 du latin carbo = charbon
Chlore Cl 17 du grec khloros = jaune verdâtre
Fluor F 9 du latin fluere = couler
Hélium He 2 du grec helios = soleil
Hydrogène H 1 du grec hydros (eau) et genes (générateur) donc = qui donne de l’eau
Lithium Li 3 du grec lithos = pierre
Magnésium Mg 12 du grec Magnésia = région de la Thessalie, Grèce
Néon Ne 10 du grec neos = nouveau
Oxygène O 8 grec oxys (acide) et genes (générateur) donc = qui donne des acides
Phosphore P 15 du grec phos (lumière) et phoros (porteur) donc = porteur de lumière
Potassium K 19 du latin kalium et de l'arabe kali = alcalin ou de l'allemand pottash = cendres en pot
Silicium Si 14 du latin silicis = silex
Sodium Na 11 du latin sodanum = remède contre les maux de tête ou de l'allemand et du latin natrium, dérivé de natron = soude
Soufre S 16 du latin sulphurium = pierre qui brûle

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 Classer les éléments par ordre de numéro atomique croissant et remplir le tableau :
Z
Symbole
Structure électronique
Nombre d’électrons
périphériques
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
 Regrouper dans une même colonne
les éléments qui possèdent le même
nombre d’électrons périphériques.
 Donner le résultat obtenu en
remplissant le tableau ci-dessous :
attention, certaines cases restent
vides et lorsqu’on change de ligne,
le numéro atomique doit augmenter.
Nombre d’électrons périphériques
1
2
3
4
5
6
7
8
 Comparer votre classification à la classification actuelle (celle de la classe). Que constatez-vous ?
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3) Comparaison des deux démarches
Voici pour résumer une comparaison des deux démarches effectuées : celle de Mendeleïev (1871) basée sur l’expérience et la
démarche moderne basée sur la théorie de l’atome. Compléter les traits.
 Mendeleïev et les faits expérimentaux :
Mendeleïev classe les éléments connus à son époque par ……………..……………………..….. croissantes et rassemble dans une
même colonne appelée ………………..…… les éléments qui ont des ………………..………………..……………………
 La classification actuelle et la théorie de l’atome :
Aujourd’hui on classe les éléments par ………………………………………………………. croissants et on rassemble dans une
même colonne appelée ………………..…… les éléments qui ont le ………………..………………..……………………
A votre avis, que pouvez-vous conclure concernant les propriétés chimiques des éléments et leurs électrons ?
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