Feuille I-3TP 2 LA CLASSIFICATION PERIODIQUE DES
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Feuille I-3 TP 2 LA CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS : LE GENIE DE MENDELEIEV La classification périodique est présente dans tous les livres de chimie. Que représente-t-elle? Comment s'organise-t-elle et comment a-t-elle été élaborée? I- LA DEMARCHE DE MENDELEIEV. Le XIXème siècle est riche en découvertes dans le domaine de la chimie. Les scientifiques passent en quelques années de trente éléments connus au début du siècle à soixante-trois. Les chimistes du monde entier cherchent une classification pertinente de ces éléments, mais, à cette époque, la structure de l'atome est totalement inconnue et on ne peut donc utiliser ni le nombre de protons Z ni le nombre d'électrons externes. Toutefois, on connaît déjà la masse relative des atomes. À l'hydrogène, le plus léger de tous, on a attribué arbitrairement une masse de 1 (on parlait alors de « poids atomique », sans préciser d'unité). À l'atome de carbone, qui est douze fois plus lourd que celui d'hydrogène, on a attribué une masse de 12 et de même pour les 63 atomes connus à l'époque. Dès lors, toute classification des éléments chimiques se fait par ordre croissant des masses atomiques. En 1829, Johann Döbereiner a identifié des ensembles de trois éléments de comportement chimique similaire et les nomme triades : triade des halogènes (chlore, brome, iode) et triade des métaux alcalins (lithium, sodium, potassium). En 1869, Dimitri Mendeleïev (photo ci-contre) s’inspire de la théorie des triades et classe les éléments dans un tableau où les éléments ayant des propriétés chimiques voisines sont placés sur une même colonne. Sur une ligne, les éléments sont classés par masse atomique croissante. Certaines propriétés se modifient progressivement à mesure que l'on parcourt la ligne, puis, à chaque changement de ligne, subissent une modification brusque. Mendeleïev place alors sur une nouvelle ligne, appelée période, les éléments suivants ; ceux-ci ont à nouveau des propriétés très voisines. Pour généraliser cette caractéristique, il n'hésite pas à inverser le tellure (m = 128) et l'iode (m = 127), pensant qu'il s'agit d'une erreur de détermination de la masse. Il laisse en outre des places vides : entre le potassium et le brome, Mendeleïev ne dispose que de 12 éléments connus pour 15 cases possibles. Mendeleïev a donc su prédire l'existence de trois éléments à découvrir (éka-bore de masse 44, éka-aluminium de masse 68 et éka-silicium de masse 72), ainsi que leurs masses et propriétés chimiques. Lecoq de Boisbaudran, en 1875, met en évidence le gallium, correspondant aux propriétés de l’éka-aluminium : c’est la confirmation de l'efficacité du système de Mendeleïev. Onze ans plus tard, l'Allemand Clemens Winkler découvre le germanium, correspondant aux propriétés de l'éka-silicium. Cependant, d'autres découvertes sont plus difficiles à accorder avec la classification. En 1894, après avoir étudié les propriétés de certains gaz, John Rayleigh et William Ramsay arrivent à la conclusion que 1 % de notre atmosphère est constituée d'un gaz qui n'est ni du diazote, ni du dioxygène. Ce gaz est nommé argon, mais aucune propriété chimique de ce nouvel élément n’est décelée : il ne forme de corps composés avec aucun autre élément. La méthode de classement de Mendeleïev se trouve donc impuissante pour trouver où le placer dans la classification périodique. En 1898, une étude approfondie de l'air permet à Rayleigh d'annoncer la découverte de deux autres élé ments ayant cette particularité : le krypton et le néon. Ces nouveaux éléments, ainsi que l'hélium découvert par ailleurs, sont, pour cette raison, regroupés dans une nouvelle famille : celle des gaz nobles. Texte inspiré de La classification périodique des éléments, la merveille fondamentale de l'Univers, P. Depovere Questions : 1) L’atome d’oxygène est 16 fois plus lourd que celui d’hydrogène. Quelle est sa masse atomique ? 2) Quel est le premier critère de classification des éléments chimiques ? 3) Qu’est-ce qu’une triade ? Munissez-vous des cartes lithium, sodium et potassium. En vous appuyant sur l’observation des formules des corps composés, expliquez pourquoi on peut dire que leurs propriétés chimiques sont similaires. 4) Quel est le second critère de classification proposé par Mendeleïev ? 5) Expliquez pourquoi une ligne du tableau est appelée « période » ? 6) En vous aidant des cartes des éléments chimiques, placer les éléments brome, calcium et arsenic dans le tableau périodique simplifié (au verso). Vous ferez apparaître leur numéro atomique Z et leur masse atomique m. 7) Quel a été le génie de Mendeleïev ? 8) Quelle est la propriété chimique commune aux gaz nobles ? Où sont-ils placés dans la classification actuelle ? II- LA CLASSIFICATION PERIODIQUE ACTUELLE. 1) Le premier critère de la classification actuelle est l’ordre croissant des numéros atomiques. Pourquoi le numéro atomique Z n’apparaissait-il pas dans les critères de classification de l’époque de Mendeleïev ? 2) Sur la classification simplifiée au verso, complétez les cases H, Li et Na avec la structure électronique de l’atome. 3) Quel point commun possèdent les structures électroniques des atomes d’une même période ? 4) Quel point commun possèdent les structures électroniques des atomes d’une même colonne ? 5) Expliquez comment la simple donnée de l’emplacement (ligne, colonne) d’un élément permet d’accéder à sa structure électronique sans connaître son numéro atomique. Feuille I-3 TP 2 LA CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS : LE GENIE DE MENDELEIEV La classification périodique est présente dans tous les livres de chimie. Que représente-t-elle? Comment s'organise-t-elle et comment a-t-elle été élaborée? I- LA DEMARCHE DE MENDELEIEV. Le XIXème siècle est riche en découvertes dans le domaine de la chimie. Les scientifiques passent en quelques années de trente éléments connus au début du siècle à soixante-trois. Les chimistes du monde entier cherchent une classification pertinente de ces éléments, mais, à cette époque, la structure de l'atome est totalement inconnue et on ne peut donc utiliser ni le nombre de protons Z ni le nombre d'électrons externes. Toutefois, on connaît déjà la masse relative des atomes. Dès lors, toute classification des éléments chimiques se fait par ordre croissant des masses atomiques. En 1829, Johann Döbereiner a identifié des ensembles de trois éléments de comportement chimique similaire et les nomme triades : triade des halogènes (chlore, brome, iode) et triade des métaux alcalins (lithium, sodium, potassium). En 1869, Dimitri Mendeleïev (photo ci-contre) s’inspire de la théorie des triades et classe les éléments dans un tableau où les éléments ayant des propriétés chimiques voisines sont placés sur une même colonne. Sur une ligne, les éléments sont classés par masse atomique croissante. Certaines propriétés se modifient progressivement à mesure que l'on parcourt la ligne, puis, à chaque changement de ligne, subissent une modification brusque. Mendeleïev place alors sur une nouvelle ligne, appelée période, les éléments suivants ; ceux-ci ont à nouveau des propriétés très voisines. Pour généraliser cette caractéristique, il n'hésite pas à inverser le tellure (m = 128) et l'iode (m = 127), pensant qu'il s'agit d'une erreur de détermination de la masse. Il laisse en outre des places vides : entre le potassium et le brome, Mendeleïev ne dispose que de 12 éléments connus pour 15 cases possibles. Mendeleïev a donc su prédire l'existence de trois éléments à découvrir (éka-bore de masse 44, éka-aluminium de masse 68 et éka-silicium de masse 72), ainsi que leurs masses et propriétés chimiques. Lecoq de Boisbaudran, en 1875, met en évidence le gallium, correspondant aux propriétés de l’éka-aluminium : c’est la confirmation de l'efficacité du système de Mendeleïev. Onze ans plus tard, l'Allemand Clemens Winkler découvre le germanium, correspondant aux propriétés de l'éka-silicium. Texte inspiré de La classification périodique des éléments, la merveille fondamentale de l'Univers, P. Depovere Questions : 1) Quel est le premier critère de classification des éléments chimiques ? 2) Qu’est-ce qu’une triade ? Munissez-vous des cartes lithium, sodium et potassium. En vous appuyant sur l’observation des formules des corps composés, expliquez pourquoi on peut dire que leurs propriétés chimiques sont similaires. 3) Quel est le second critère de classification proposé par Mendeleïev ? 4) Expliquez pourquoi une ligne du tableau est appelée « période » ? 5) En vous aidant des cartes des éléments chimiques, placer les éléments brome, calcium et arsenic dans le tableau périodique simplifié (au verso). Vous ferez apparaître leur numéro atomique Z et leur masse atomique m. 6) Quel a été le génie de Mendeleïev ? II- LA CLASSIFICATION PERIODIQUE ACTUELLE. 1) Le premier critère de la classification actuelle est l’ordre croissant des numéros atomiques. Pourquoi le numéro atomique Z n’apparaissait-il pas dans les critères de classification de l’époque de Mendeleïev ? 2) Sur la classification simplifiée au verso, complétez les cases H, Li et Na avec la structure électronique de l’atome. 3) Quel point commun possèdent les structures électroniques des atomes d’une même période ? 4) Quel point commun possèdent les structures électroniques des atomes d’une même colonne ?
