Chapitre 2 : Classification Périodique des Éléments N F B

Chapitre 2 : Classification Périodique des Éléments
I. Le cortège électronique
1. Couches électroniques
Z
AX
: cet atome possède Z électrons.
Ces électrons restent relativement près du noyau à cause de l'attraction électrostatique. On constate
expérimentalement que, pour arracher un électron à un atome, il faut fournir de l'énergie, qui varie selon
les électrons. Donc tous les électrons ne sont pas équivalents.
Les électrons d'un atome se répartissent en couches appelées "niveaux d'énergie". Chaque couche est
caractérisée par un nombre entier positif n : le nombre quantique. Plus n est petit, plus l'électron est lié à
l'atome et plus grande est l'énergie qu'il faut fournir pour l'en arracher.
valeur de n 1 2 3 4 5
nom de la couche K L M N O
2. Structure électronique
Principe de Pauli : chaque couche contient un nombre limité d'électrons. Le nombre maximal d'électrons
que peut contenir la couche n est 2n2.
valeur de n 1 2 3 4
nb maxi d'électrons 2 8 18 32
Les électrons commencent à occuper les couches de nombre quantique le plus faible.
Exercices 1 & 2 p 80
3. Représentation de Lewis
Cette représentation a pour but de schématiser la structure électronique externe d'un atome ou d'un ion.
On ne tient pas compte des électrons des couches internes.
Les électrons de la dernière couche (externe) sont représentés par un point s'ils sont célibataires, par un
tiret s'ils forment un doublet.
Pour savoir si les électrons sont en doublet ou pas, on utilise les cases quantiques. Chaque case peut
contenir 2 électrons au maximum.
Exercice : donner les représentations de Lewis des atomes N et F.
N (Z = 7) : K2L5 donc :
F (Z = 9) : K2L7 donc :
Exercice
Un atome inconnu possède la même structure externe que l'atome d'aluminium.
a. Combien possède-t-il d'électrons externes ?
b. Sachant que sa couche L est insaturée, donner sa structure électronique.
c. Identifier cet atome et donner sa représentation de Lewis.
Réponses :
a. L'atome Al est K2L8M3. Cet atome inconnu possède donc 3 électrons externes.
b. Sa structure électronique est K2L3.
c. Cet atome a donc 5 électrons, dont 3 sur la couche L : c'est le bore B
1 / 5 Document OpenOffice.org sous Debian 6.0 le 16 sept. 2011
N
F
eee
L
B
e e e e e
L
e e e e e e e
L

I I . Principe
Elle a été proposée pour la première fois en 1869 par le chimiste russe Dmitri Mendéleïev.
Il avait remarqué qu'il existait une certaine répétition dans les propriétés physiques et chimiques des
éléments connus à l'époque.
Les éléments sont classés par numéro atomique Z croissant.
Les éléments possédant le même nombre d'électrons sur la couche externe sont placés dans une
même colonne et on dit qu'ils constituent une famille.
Chaque fois qu'on commence de remplir une nouvelle couche, on change de ligne. Les lignes
sont appelées périodes.
II I . Étude des 3 premières périodes
La couche K est saturée à 2 électrons. La première période va donc contenir seulement 2 éléments.
Z = 1 :
H
1
: K1
Z = 2 :
He
2
: K2
A partir de Z = 3, il faut remplir une nouvelle couche, la couche L, donc on change de ligne.
Z = 3 :
Li
3
: K2L1
Z = 4 :
Be
4
: K2L2
on peut ainsi remplir la couche L jusqu'à Z = 10...
Z = 10 :
Ne
10
: K2L8
A partir de Z = 11, il faut remplir une nouvelle couche, la couche M, donc on change de ligne.
Exception : la couche M qui devrait comporter 9 cases quantiques n'en a en réalité que 4.
Z = 11 :
Na
11
: K2L8M1
Z = 12 :
Mg
12
: K2L8M2
on peut ainsi remplir la couche M jusqu'à Z = 18...
Z = 18 :
Ar
18
: K2L8M8
A partir de Z = 19, la couche M comporte 9 cases quantiques et devient saturable à 18 électrons.
Exercice : Quel est l'élément qui se trouve à l'intersection de la 2ème période et de la 2ème famille ?
C'est le béryllium
Be
4
.
Combien cet atome possède-t-il d'électrons sur sa couche externe ?
Il a 2 électrons sur sa couche externe.
Donner sa représentation de Lewis.
Z = 4 : K2L2 donc ● Be ●
Exercice : Citer l'élément de la 2ième période dont l'atome a pour formule de Lewis
2 / 5 Document OpenOffice.org sous Debian 6.0 le 16 sept. 2011
K
e e
e
K
e
L
e e
L
e e e e e e e e
L
e
M
e e
M
e e e e e e e e
M
e e
L
● X ●
●

donc Z = 7, il s'agit de l'azote.
Écrire sa formule électronique complète.
Z = 7 : K2L5.
Exercice : On considère l'atome de numéro atomique 14. Établir sa formule électronique.
Z = 14 : K2L8M4.
Dans quelle colonne de la classification se trouve-t-il ? Dans quelle période ?
Il est dans la 4ième colonne et la 3ième famille.
Identifier cet élément.
Il s'agit du silicium Si.
I V . Quelques familles en détail
1. Les métaux alcalins
Ce sont les éléments de la première colonne, excepté l'hydrogène H. Ce sont Li, Na, K, Rb, Cs, Fr.
Ils ont tous un électron célibataire sur leur couche externe. Leur représentation de Lewis est donc M ●.
Les métaux alcalins réagissent violemment avec l'eau.
On conserve le sodium dans le pétrole huileux.
2. Les gaz rares
Ce sont les éléments de la dernière colonne : He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. Leur couche externe est saturée à 8
électrons, sauf pour l'hélium He qui est saturé à 2 électrons. C'est pourquoi ils sont chimiquement inertes.
On les trouve en quantité infimes dans l'air.
3. Les halogènes
Ce sont les éléments de l'avant-dernière colonne. Leur formule de Lewis est donc ● X
Ils forment des gaz toxiques, très corrosifs et colorés. F2, Cl2, Br2, I2.
Ils réagissent très fortement avec les métaux.
4. Règle de l'octet et du duet
Exemple 1 : sodium Na ; formule de Lewis : Na ● ; il possède un électron sur sa couche externe.
Si Na perdait un électron, il serait K2L8 et aurait donc la structure du gaz rare Ne qui est stable.
Exemple 2 : fluor F ; formule de Lewis ● F
Si F capte un électron, il devient K2L8 et a donc la structure du gaz rare Ne qui est stable.
Donc les atomes font en sorte de remplir leur couche externe, qui possède au maximum 8 électrons.
Au cours d'une réaction chimique, les atomes réagissent de manière à obtenir la structure
électronique plus stable du gaz rare le plus proche.
3 / 5 Document OpenOffice.org sous Debian 6.0 le 16 sept. 2011
il y a réaction vive, le sodium brûle sur
l'eau, et le colorant indique que la
solution devient très basique.
e e e e e e e
KL
morceau de sodium
eau +
phénolphtaléine

Exercices
Exercice 1 p 80
atome C (Z = 6) Ne (Z = 10) Cl (Z = 17)
nombre d'électrons 6 10 17
formule électronique K2L4K2L8K2L8M7
nombre d'électrons externes 4 8 7
Exercice 2 p 80
ion Li+ (Z = 3) F- (Z = 9) S2- (Z = 16)
nombre d'électrons 2 10 18
formule électronique K2K2L8K2L8M8
nombre d'électrons externes 2 8 8
Exercice 5 p 80
atome Be (Z = 4) Ne ( Z = 10) Na (Z = 11)
formule électronique K2L2K2L8K2L8M1
nombre d'électrons externes 2 8 1
ion possible Be2+ stable Na+
Exercice 6 p 80
K1
K2L3K2L5K2L6
K2L8M1K2L8M2K2L8M5K2L8M6
Exercice 7 p 80
1. Cet élément est dans la 2° période car on a commencé de remplir la couche L.
2. K2L2 car il y a un électron en moins.
3. Cet élément est dans la 2° colonne car il a 2 électrons externes.
4. K2 car il faut autant d'électrons externes et une couche de moins.
Exercice 9 p 80
1. C'est la famille des halogènes.
2. Les éléments de cette familles ont 7 électrons externes.
3. Le composé aura pour formule PI3.
Exercice 10 p 81
1. Le sélénium possède 6 électrons externes car il est dans la 6° colonne.
2. Il va vouloir récupérer 2 électrons pour compléter sa couche, et donc former l'ion Se2-.
4 / 5 Document OpenOffice.org sous Debian 6.0 le 16 sept. 2011

Exercice 15 p 82
1. Si (Z = 14) : K2L8M4.
2. Le silicium est donc dans la 3° période (couche M) et la 4° colonne (4 électrons externes).
Exercice 16 p 82
1. Il n'y a que 2 éléments car la couche K ne peut contenir que 2 électrons.
2. Si Li donne l'ion Li+, alors il perd un électrons, c'est donc qu'il a un électron célibataire, donc il est
dans la première colonne ;
si l'azote N est de la même famille que P, alors il est au dessus de lui ;
si le néon a sa dernière couche saturée, alors il est dans la dernière colonne.
3. Par les mêmes raisonnements, on déduit que S est sous O, que Cl est sous F et que Ar est sous Ne.
5 / 5 Document OpenOffice.org sous Debian 6.0 le 16 sept. 2011