la classification périodique des éléments chimiques
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TP n°4 de chimie LA CLASSIFICATION PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS CHIMIQUES I) Le génie de Mendeleïev: Dix-septième enfant de la famille Mendeleïev, Dimitri vient au monde en Sibérie, en 1834. Très jeune, il se passionne pour la chimie. Il assiste au premier congrès international de la chimie en 1860 où des idées nouvelles sur les propriétés des éléments sont présentées. Intéressé, ce professeur de chimie de l’université de SaintPétersbourg se met au travail et prépare des fiches pour chaque élément sur lesquelles il indique la masse atomique molaire et les propriétés physiques et chimiques connues. Mendeleïev (1834-1907) Mendeleïev constate qu’en rangeant les 63 éléments chimiques, alors connus, par masse atomique croissante, il retrouve, à intervalles réguliers, des éléments dont les propriétés chimiques sont proches. D'où l'idée de construire un tableau dans lequel il classe les éléments par masse atomique croissante sur une même colonne et par propriétés physiques et chimiques similaires sur une même ligne. Extrait du tableau de Mendeleïev. Les chiffres indiqués entre les parenthèses sont les masses atomiques molaires. Pour respecter les propriétés chimiques, il est obligé de faire quelques inversions dans les masses. (Exemple:l’iode I et le tellure Te) Il laisse également deux cases vides, supposant qu’elles correspondent à deux éléments inconnus, dont il va prévoir les principales propriétés. Il leur donne un nom, prévoit une valeur de masse atomique et décrit quelques-unes unes de leurs propriétés physiques et chimiques : il prédit ainsi l’existence et les propriétés des deux éléments situés en dessous de l’aluminium et du silicium, qu’il nomma ékaaluminium et ékasilicium. Il présente en 1869 la première classification des éléments basée sur une loi de périodicité : son travail reçoit peu d’écho lors de sa présentation. Quelques années plus tard, les deux éléments présupposés par Mendeleïev sont découverts : en 1875 le Français P. Le Coq de Boisbaudran découvre l’ékaaluminium, qu’il nomme gallium puis en 1886, l’Allemand C. Winkler isole l’ékasilicium qu’il appelle germanium. On constate alors que le gallium et le germanium présentent les propriétés annoncées par Mendeleïev ! Le travail et le génie de Mendeleïev sont alors reconnus par l’ensemble de la communauté scientifique ! I.1. Combien d’éléments Mendeleïev avait-il à classer ? ……………………………………………………………………………………………………… I.2. Quels sont les deux critères qui ont permis à Mendeleïev d’effectuer sa classification ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… I.3. Comment Mendeleïev a-t-il disposé les éléments chimiques dans son tableau : I.3.a. Sur une même ligne horizontale ? ……………………………………………………………………………………………………… I.3.b. Sur une même colonne ? …………………………………………………………………………………………………… II) Construire la classification : Vous disposez d’un jeu de 18 cartes correspondant aux fiches de renseignement de chaque élément établies par Mendeleïev avec les connaissances de l’époque. II.1. Classer les 18 éléments par masse atomique croissante sur une même ligne et par propriétés physiques et chimiques similaires dans une même colonne (les critères sont inversés par rapport à la classification faite par Mendeleïev). II.2. Compléter alors le tableau polycopié en indiquant, pour chaque élément, le nom, le symbole, la masse molaire atomique et les formules des corps composés (en suivant l’exemple de l’hydrogène). II.3. Quelle famille chimique était absente du tableau de Mendeleïev ? ……………………………………………………………………………… Comment expliquer cette absence ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………. III) La classification actuelle : Au début du XXe siècle, la révolution de la physique et les découvertes dans le domaine de la structure de la matière ont induit pour le classement des éléments, la recherche d’une variable indépendante, autre que les propriétés chimiques. On sait aujourd’hui que, pour chaque élément chimique, le numéro d’ordre dans le classement se confond avec le nombre de charges positives du noyau. Ce changement de critère est capital car plutôt que de considérer les propriétés chimiques des atomes (grandeurs macroscopiques) on s’intéresse à leur structure intime. La forme actuelle du tableau a été retenue en 1988. Elle prend en compte la structure du cortège électronique. III.1. Relever dans le texte ci-dessus les deux critères utilisés actuellement pour classer les éléments chimiques. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… III.2. Compléter le tableau polycopié en indiquant pour chaque élément chimique : son numéro atomique et la structure électronique d’un atome de cet élément (la structure électronique des atomes de potassium, calcium et brome n’est pas demandée). Liste des 18 éléments étudiés dans la partie II ainsi que leur numéro atomique Z : aluminium brome lithium Z(Al) = 13 Z(Br) = 35 Z(Li) = 3 azote carbone oxygène Z(N) = 7 Z(C) = 6 Z(O) = 8 béryllium chlore phosphore Z(Be) = 4 Z(Cl) = 17 Z(P) = 15 bore fluor silicium Z(B) = 5 Z(F) = 9 Z(Si) = 14 sodium soufre hydrogène Z(Na) = 11 Z(S) = 16 Z(H) = 1 magnésium potassium calcium Z(Mg) = 12 Z(K) = 19 Z(Ca) = 20 III.3. Que peut-on dire de la structure électronique des atomes des éléments chimiques d’une même ligne (une ligne est appelée période) ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… III.4. Que peut-on dire de la structure électronique des atomes des éléments chimiques d’une même colonne (une colonne est appelée famille ou groupe) ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… IV) Utilisation de la classification actuelle : IV.1. Quel est le numéro atomique de l’élément situé dans la deuxième période et dans la cinquième colonne ? Identifier cet élément (donner le nom et le symbole). L’antimoine est dans la même colonne que cet élément, en déduire le nombre d’électrons sur la couche externe d’un atome d’antimoine. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… IV.2. La dernière couche électronique d’un atome est (M)8 : dans quelle ligne et dans quelle colonne de la classification l’élément chimique correspondant à cet atome se trouve-t-il ? Quel est son numéro atomique ? Identifier cet atome (donner le nom et le symbole). ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… IV.3. Classer par familles (alcalins, halogènes ou gaz nobles) les atomes dont les caractéristiques sont les suivantes : Z = 11 …………….. (K)2(L)7 …………….. Z = 17 …………….. (K)2(L)8 …………….. 4 2 7 3 X …………….. X …………….. IV.4. L’atome recherché se trouve dans la troisième ligne et deuxième colonne : de quel élément s’agit-il ? Quel est son numéro atomique ? Quel ion stable monoatomique peut-il former ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… LA CLASSIFICATION PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS CHIMIQUES I Symbole : Hydrogène H Masse molaire Corps composés Numéro atomique Structure électronique 1g.mol-1 Z=1 P é r i o d e s II Nom : HCl H2O (K)1 III groupes ou familles IV V VI VII VIII
