Chap7 TP CLASSIFICATION

Chimie 2nde 2005/2006
TP 7 : La classification périodique des éléments
1) La naissance de la classification périodique
 Lisez le document et dégagez les deux critères qui ont permis à Mendeleïev de
classer les éléments chimiques connus à son époque et d'établir une périodicité.
2) La notion de famille chimique : propriétés des ions halogénures
En photographie, l'émulsion présente sur la pellicule se fait en versant du nitrate
d'argent sur de la gélatine renfermant du chlorure de potassium, du bromure de
potassium et un peu d'iodure de potassium.
a) Expérience
 Préparez 3 tubes contenant 2 mL d’une des solutions suivantes : chlorure de
potassium (K++Cl-), bromure de potassium (K++Br-), iodure de potassium (K++I-).
 Ajoutez, dans chaque tube, quelques gouttes d’une solution de nitrate d’argent
(Ag++NO3-). Qu’observez vous ?
 Exposez les 3 tubes à la lumière pendant quelques instants. Qu’observez vous ?
b) Exploitation
 Faites l’inventaire des ions mis en présence dans chaque tube.
 Pourquoi a-t-on choisi 3 halogénures de potassium ?
 Les ions K+ ne réagissent pas avec le nitrate d’argent. Pouvez vous le vérifier ?
 Trouvez la formule et le nom des précipités observés.
 Pourquoi dit-on que les éléments Cl, Br et I appartiennent à une même famille. ?
3) Elaboration de la classification périodique
a) Classement des éléments suivants : Br, C, Cl, I, K, Li, Na, O, Ca
 1er critère : alignez les cartes dans l’ordre croissant des masses atomiques.
 2éme critère : sans changer l’ordre précédent, disposez les cartes sur plusieurs
lignes horizontales pour que les éléments ayant des propriétés communes soit
dans une même colonne.
b) Recherche des places des éléments F, S, Be, N, Mg, B, P, H
 Comparez la masse atomique et les propriétés de ces éléments avec celles des
éléments déjà placés. En déduire leur position.
c) L’élément aluminium
 Complétons tout d’abord sa carte d’identité grâce à deux expériences:
o On verse 1 mL d’une solution d’hydroxyde de sodium dans une solution de
chlorure d’aluminium. Qu’observez vous ?
o On chauffe de la poudre d’aluminium dans une solution d’acide
chlorhydrique. Qu’observez vous ?
 Quels sont les deux éléments du classement qui réagissent de la même façon ?
 Qu’est-ce qui permet d’affirmer que l’aluminium n’est pas dans leur colonne ?
 Placez alors l’aluminium dans une colonne voisine comme l’a fait Mendeleïev.
d) Mendeleïev : le génie des cases vides
Après avoir placé le zinc (Zn, M=65,4 g.mol-1), Mendeleïev doit placer l’élément
arsenic (As, M=76 g.mol-1). Il constate alors que l'arsenic n'a pas des propriétés
chimiques voisines de celles de l'aluminium ni du carbone, mais qu’il a comme
propriétés : « Assez inerte mais réagit à chaud avec le dioxygène »
 Quel(s) élément(s) l’arsenic ont des propriétés semblables à l’arsenic ?
Mendeleïev laisse alors deux cases vides entre le zinc et l'arsenic, et il prédit
l'existence de deux éléments alors inconnus. Quelques années plus tard on
découvrit ces deux éléments, qui avaient des propriétés très voisines de celles
prédites par Mendeleïev !!!
4) Classification moderne et structure électronique
En 1913, les physiciens découvrent la structure de l’atome et du noyau atomique et
décident de classer les éléments en fonction de leur numéro atomique.
a) Premier critère de classification
 Vous avez classé les éléments par masse atomique croissante. Selon quelle
autre grandeur sont-ils aussi classés ?
b) Deuxième critère de classification
 Complétez les cartes des éléments en indiquant la structure électronique des
atomes de numéro atomique Z inférieur à 18.
 Comparez les structures électroniques des atomes d’une même colonne.
 Que devient la structure électronique à chaque changement de ligne ?
 Il manque une colonne dans la classification obtenue. A quelle structure
électronique particulière doit-elle correspondre ? Où doit-on la placer ?
c) Comparaison de la classification moderne et de celle de Mendeleïev
Quand Mendeleïev a construit sa classification, il ne connaissait pas la structure
de l’atome. Il s’est donc basé sur des considérations macroscopiques ?
 De quelle caractéristique microscopique dépend la masse atomique ?
 A quelle caractéristique microscopique sont dues les propriétés des éléments ?
Vraisemblablement Mendeleïev avait donc choisi un critère différent du critère
actuel et pourtant les deux classifications sont identiques. En fait, Mendeleïev
accordait une grande importance à son deuxième critère (similitude des propriétés)
si bien qu’il avait même inversé l’ordre de classement du cobalt (Co, M=58,9 g.mol-1)
et du nickel (Ni, M=58,7 g.mol-1) pour respecter ce critère.

Chimie 2nde 2005/2006
Document : La naissance de la classification périodique
Dans l’Antiquité, on connaissait déjà quelques éléments comme le cuivre, l’or, le
fer, l’argent ou le soufre. Avant 1700, douze éléments étaient connus. En 1850, ce
nombre a quintuplé. Rappelons qu’à cette époque, la structure de l’atome n’avait pas
encore été établie. Pour caractériser les éléments chimiques, on utilisait la masse
atomique. Pour les chimistes du XIXè siècle, la masse atomique d’un élément est
donnée en prenant pour référence la masse atomique de l’hydrogène. Ainsi la masse
atomique 16 de l’oxygène signifie que l’oxygène est 16 fois plus lourd que
l’hydrogène.
En étudiant les propriétés des éléments, les chimistes découvrent que certains
d’ente eux possèdent des propriétés chimiques voisines. C’est ainsi que naît la
théorie des triades. Une triade est un groupe de trois éléments ayant des
propriétés similaires. Parmi elles, on peut noter la triade lithium/sodium/potassium,
étudiée en 1818 par le chimiste anglais H.Davy et la triade chlore/brome/iode, que
l’on doit à l’Allemand J.W.Döbereiner en 1817. Vers 1850, une vingtaine de triades
sont identifiées. Plusieurs tentatives de classification suivent mais aucune n’est
satisfaisante.
Lors du premier congrès international de chimie de Karlsruhe en 1860 un jeune
professeur de chimie russe, Dimitri Ivanovitch MENDELEÏEV (1834-1907),
s’intéresse à toutes ces tentatives de classification. Intéressé, il se met au travail
et propose en 1869 une première classification. En classant les éléments par
masses atomiques croissantes, Mendeleïev se rend compte que les éléments ayant
des propriétés similaires se retrouvent à intervalles réguliers.
« Plusieurs groupes d’éléments semblables sont connus depuis longtemps. 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 ?
Les éléments ont une propriété exactement mensurable, c’est leur poids atomique.
Le poids de l’atome exprime la masse relative de l’atome. Or 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. Aussi, me suis-je mis à réunir (en établissant une
fiche pour chaque élément où j'insérais son poids atomique et ses propriétés
essentielles) les éléments analogues et les poids atomiques approchants, ce qui me
conduisit rapidement à la conclusion que les propriétés des éléments sont en
rapport périodique avec leur poids atomique.
Telle est l’idée fondamentale qui oblige à disposer tous les éléments d’après la
grandeur de leur poids atomique. En disposant les éléments d’après la grandeur
croissante de leur poids atomique, on obtient une répétition périodique des
propriétés. »
(Texte d’après Mendeleïev : Principes de chimie ; 1871)
Document : La naissance de la classification périodique
Dans l’Antiquité, on connaissait déjà quelques éléments comme le cuivre, l’or, le
fer, l’argent ou le soufre. Avant 1700, douze éléments étaient connus. En 1850, ce
nombre a quintuplé. Rappelons qu’à cette époque, la structure de l’atome n’avait pas
encore été établie. Pour caractériser les éléments chimiques, on utilisait la masse
atomique. Pour les chimistes du XIXè siècle, la masse atomique d’un élément est
donnée en prenant pour référence la masse atomique de l’hydrogène. Ainsi la masse
atomique 16 de l’oxygène signifie que l’oxygène est 16 fois plus lourd que
l’hydrogène.
En étudiant les propriétés des éléments, les chimistes découvrent que certains
d’ente eux possèdent des propriétés chimiques voisines. C’est ainsi que naît la
théorie des triades. Une triade est un groupe de trois éléments ayant des
propriétés similaires. Parmi elles, on peut noter la triade lithium/sodium/potassium,
étudiée en 1818 par le chimiste anglais H.Davy et la triade chlore/brome/iode, que
l’on doit à l’Allemand J.W.Döbereiner en 1817. Vers 1850, une vingtaine de triades
sont identifiées. Plusieurs tentatives de classification suivent mais aucune n’est
satisfaisante.
Lors du premier congrès international de chimie de Karlsruhe en 1860 un jeune
professeur de chimie russe, Dimitri Ivanovitch MENDELEÏEV (1834-1907),
s’intéresse à toutes ces tentatives de classification. Intéressé, il se met au travail
et propose en 1869 une première classification. En classant les éléments par
masses atomiques croissantes, Mendeleïev se rend compte que les éléments ayant
des propriétés similaires se retrouvent à intervalles réguliers.
« Plusieurs groupes d’éléments semblables sont connus depuis longtemps. 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 ?
Les éléments ont une propriété exactement mensurable, c’est leur poids atomique.
Le poids de l’atome exprime la masse relative de l’atome. Or 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. Aussi, me suis-je mis à réunir (en établissant une
fiche pour chaque élément où j'insérais son poids atomique et ses propriétés
essentielles) les éléments analogues et les poids atomiques approchants, ce qui me
conduisit rapidement à la conclusion que les propriétés des éléments sont en
rapport périodique avec leur poids atomique.
Telle est l’idée fondamentale qui oblige à disposer tous les éléments d’après la
grandeur de leur poids atomique. En disposant les éléments d’après la grandeur
croissante de leur poids atomique, on obtient une répétition périodique des
propriétés. »
(Texte d’après Mendeleïev : Principes de chimie ; 1871)