La classification nériodime des éléments

La classification périodique des éléments.
Objectifs.
Effectuer une approche historique de sa construction.
Préciser les notions de période et de famille chimique.
Document, à lire attentivement.
Avant 1700, seuls douze éléments ont été mis en évidence ; en 1850, ce nombre a été multiplié par cinq !
1766 : Cavendish identifie l’élément hydrogène issu de l’action des acides sur les métaux.
1776 : Lavoisier étudie la composition de l’air et identifie les éléments azote et oxygène dans l’air.
1783 : il donne une interprétation correcte de la synthèse de l’eau, effectuée par Cavendish à partir de
dihydrogène et dioxygène.
1808 : H. Davy prépare par électrolyse le calcium, le strontium et le baryum.
1818 : il fait de même avec le lithium, le sodium et le potassium.
Très tôt, on a remarqué des analogies de propriétés chimiques pour certains éléments et plusieurs essais
de classification sont effectués avec plus ou moins de bonheur.
C'est au chimiste russe Mendeleïev que l'on doit, en 1869, une présentation de la classification qui porte
désormais son nom.
En s’inspirant des familles chimiques créées par ses prédécesseurs, il étudie soigneusement les
propriétés physiques et chimiques des éléments, ainsi que leurs composés avec l’oxygène et l’hydrogène.
Il classe les éléments par ordre de masse atomique croissante et rassemble dans une même colonne les
éléments possédant des propriétés chimiques analogues. Il définit ainsi des périodes d'éléments
commençant chacune par un métal alcalin.
Ses détracteurs lui reprochent de laisser vides certaines cases de son tableau. C'est ainsi qu'en dessous
de l'aluminium et du silicium, il laisse deux cases inoccupées. Mendeleïev répond en annonçant la
découverte future de deux éléments qu'il nomme ékaaluminium et ékasilicium et dont il prédit les
principales propriétés chimiques. Ces deux éléments sont effectivement mis en évidence en 1875 pour le
premier et en 1886 pour le second.
En 1913, l'étude expérimentale des structures atomiques conduit à la définition par la suédois Bohr de la
notion de numéro atomique qui remplace la masse atomique comme critère de classement.
Actuellement 109 éléments ont été mis en évidence ; seuls les 92 premiers existent à l'état naturel.
Données.
Un jeu de 18 cartes des éléments est mis à votre disposition.
La masse molaire atomique (en g.mol-1) d’un élément, est la masse d’une mole d’atomes de cet élément.
Une mole d’atomes est un ensemble contenant un nombre défini d’atomes, le même quel que soit
l’élément considéré (cette notion sera précisée ultérieurement).
Questions.
1. a. Qui est l'auteur de la
colonne
classification périodique actuelle ? En
ligne
quelle année ?
1
b. Découper les 18 cartes
2
distribuées.
3
En suivant les critères de Mendeleïev,
4
sans autre document que ces cartes,
établir la classification périodique de ces éléments.
1
2
13
14
15
16
17
18
IA
IIA
IIIB
IVB
VB
VIB VIIB VIIIB
Au « crayon de bois », plus correctement appelé crayon « à mine graphite » (à propos, de quel élément
le graphite est-il constitué ?), compléter le tableau ci-contre (les 7 premières colonnes) en y portant les
symboles des éléments.
2. Utiliser la classification périodique des éléments mise à votre disposition pour contrôler, compléter,
corriger votre tableau. Compléter en particulier la colonne VIIIB (ou 0).
Numéroter de 1 à 18 les colonnes de la classification, comme sur le modèle ci-dessus.
3. a. Chaque ligne de la classification définit une période. Justifier le choix du terme « période ».
b. Quel fut à l'époque une des qualités premières du tableau proposé par Mendeleïev? Quels sont les
noms actuels de l'ékaaluminium et de l'ékasilicium ?
c. Que représente, pour l’atome correspondant, le numéro atomique Z d'un élément ?
Pourra-t-on comme Mendeleïev intercaler de nouveaux éléments entre ceux de la classification
périodique actuelle ? Justifier.
4. Chaque colonne de la classification définit une famille chimique.
a. A quelles familles chimiques appartiennent les éléments des colonnes IA, IIA, VIB, VIIB, VIIIB .
b. Griser les cases des éléments correspondant aux corps simples métalliques. Quelles sont les
propriétés physiques communes à tous les métaux ?
c. Comment évoluent les températures de changement d’état des corps simples correspondant aux
éléments d’une même colonne :
- dans le cas des métaux ?
- dans le cas des non métaux ?
Sous quel état physique (solide, liquide, gaz) se trouvent à 20°C : le dioxygène, le soufre, le dichlore,
le dibrome ?
d. Comment évoluent les températures de changement d’état des corps simples correspondant aux
éléments d’une même ligne ? Utiliser la 3ème ligne de la classification : effectuer, à l’aide d’un tableur
(Regressi de préférence, sinon Lotus 123 ou autre), les représentations graphiques f = f(Z) et e =
g(Z).
Etymologie et symboles.
Eléments.
Oxygène. Du grec « oxus : acide» et « genos : naissance ». Combiné à certains éléments (soufre,
carbone), il forme des oxydes solubles dans l’eau SO2, CO2. Les solutions obtenues sont acides.
Hydrogène. Du grec « hydro » et « genos »______________________________ .
Hélium. Du grec « helios : soleil ». Ce gaz, constituant essentiel de la couronne solaire, fut pour la
première fois mis en évidence par la présence d’une raie d’absorption inconnue dans le spectre de la
lumière du Soleil.
Azote. De « a- : préfixe privatif » et « zôê : vie » ______________________________ . Le symbole
est N (Nitrogène. Du grec « nitron » et « genos ». Le nitre est l’ancien nom du nitrate de potassium.
L’acide nitrique et les nitrates renferment l’élément azote).
Sodium. De l’anglais « soda » : soude. La soude est l’hydroxyde de sodium. Le symbole est Na (du
grec « natron ». Le natron, carbonate naturel de sodium , était utilisé par les égyptiens, pour la
momification).
Familles chimiques.
Alcalins. De l’arabe « al qâli : soude». Les métaux alcalins, combinés à l’oxygène, forment des
oxydes basiques. Un alcali est une base. Quelle est la base contenant l’élément sodium ?
Halogènes. Du grec « halos : sel » et « genos : naissance ». « qui donne naissance aux sels ». Donner
un exemple de sel d’halogène.
Gaz nobles. Gaz chimiquement inertes comme, à un degré moindre, les métaux nobles (argent, or,
platine).