Le système périodique et le modèle de Bohr

Chapitre 3 : Le système périodique et le modèle de Bohr
Le système périodique
Dans la liste ci-dessous, les éléments sont classés par numéro atomique croissant.
Liste des éléments dans l'ordre croissant des numéros atomiques
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Aℓ Æ
Æ Si P S Cℓ Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Æ
Æ Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Æ
Æ Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Æ
Æ Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Æ
Æ Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta Æ
Æ W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At …
Nous allons tenter de déceler si les propriétés chimiques de ces éléments reviennent périodiquement. Pour ce faire, nous
entourons …
On remarque qu’il se produit régulièrement

Tableau de Mendeleïev
Mendeleïev a construit son tableau selon les deux principes suivants :
1) masse atomique croissante dans le sens de la lecture
2) propriétés chimiques similaires dans les mêmes colonnes.
Son tableau prend par conséquent la forme ci-dessous.
Exercices
1) Expliquez pourquoi Mendeleïev a utilisé comme critère la masse atomique croissante et non pas le numéro
atomique croissant.
2) Expliquez pourquoi ces critères sont très proches.
3) Expliquez pourquoi ce critère a ses limites.

La répartition des électrons : le modèle de Bohr
Les électrons tournent autour du noyau… mais pas à n’importe quelle distance de celui-ci. En fait, les électrons ne se
trouvent que sur quelques “orbites”, appelées par conséquent “couches électroniques”. Entre ces couches, les électrons
ne peuvent exister durablement (démonstration impossible dans le cadre de ce cours).
Idéalement, les électrons aimeraient tous se positionner sur la première couche, la couche la plus proche du noyau. En
effet :
Malheureusement, cette première couche (appelée couche K) n’est pas très grande, et elle n’offre que de la place pour
deux électrons. Par conséquent, les électrons suivants se positionnent sur la deuxième couche (couche L). Cette couche
offre de la place pour 8 électrons. La couche M offrira encore plus de place : 18 électrons au total pourront s’y
accumuler. Il y a au maximum ………… électrons par couche (n = numéro de la couche)
Dans la pratique, on constate toutefois qu’aucun atome n’a plus de 32 électrons sur une couche.
Exemple : Il y a au maximum .......... électrons sur la couche K
.......... électrons sur la couche L
.......... électrons sur la couche M
.......... électrons sur la couche N
.......... électrons sur la couche O
Il n’est pas nécessaire qu’une couche soit pleine pour être stable. Une couche est stable s’il y a :
2 e
- pour la couche K
8, 18 ou 32 e– pour les autres couches.
Exemple : structure électronique d’un atome de baryum (.......... protons p+,donc .......... e-)
....... e- K
....... e- L
....... e- M stables
p
leines
....... e- N
....... e- O
....... e- P

Pour y voir plus clair, dessinons la répartition électronique des 18 premiers éléments :
H He
Li Be – C – – F Ne
Na Mg – Si – – Cℓ Ar
Lien entre structure électronique et position dans le tableau périodique
L’examen du tableau périodique montrant les structures électroniques permet (enfin) de comprendre son organisation :
1) Les éléments d’une même période ont le même nombre de couches occupées.
Mieux encore : Le nombre de niveaux électroniques occupés à l’état fondamental correspond au numéro de la
période.
Exemple :
2) Les éléments d’un même groupe ont le même nombre d’électrons sur la dernière couche.
Mieux encore : Le nombre d’électrons sur la couche extérieure correspond au numéro du groupe.
Exemple :
Ce dernier point est capital pour la compréhension de la chimie et est riche en enseignements. En effet, nous savons
depuis l’étude de la démarche de Mendeleïev qu’un groupe rassemble les éléments aux propriétés chimiques similaires.
Puisqu’un groupe rassemble également les éléments ayant le même nombre d’électrons sur leur dernière couche, on
comprend alors que le comportement chimique d’un élément est déterminé par le nombre d’électrons extérieurs.

Les gaz rares (groupe VIIIA) ont 8 électrons extérieurs et ont la propriété d’être chimiquement inertes, donc stables.
Donc, avoir 8 électrons sur sa couche extérieure signifie « être stable ». Les autres éléments sont réactifs. Ils seront plus
stables après réaction, lorsqu’ils auront eux aussi atteint ou approché une structure à 8 électrons extérieurs.
Comment vont-ils faire ? En première approximation, on peut dire que les métaux (le sodium Na, le magnésium Mg,
etc.) vont essayer de ………………………………………………………………………………………………………
………………………………… , alors que les non-métaux (le chlore Cℓ, le soufre S, etc.) ……………………………
………………………………………………………………………… ………………………………… .
Remarquons toutefois que le gaz rare He est stable alors qu’il n’a que 2 électrons extérieurs (c’est le maximum sur la
1ère couche !) ; pour devenir stable, l’hydrogène cherchera donc à s’entourer de 2 électrons uniquement.
Les électrons extérieurs (= les électrons de la dernière couche occupée à l’état fondamental) sont aussi appelés ………
……………………………………… .
Comment trouver soi-même la structure électronique d’un élément (groupe A) ?
1) Trouver le nombre de couches occupées.
Le nombre de couches occupées correspond au numéro de la période de l’élément considéré.
Exemple :
2) Trouver le nombre d’électrons sur la dernière couche occupée.
Le nombre d’électrons sur la dernière couche occupée correspond au numéro du groupe (groupes A uniquement).
Exemple :
3) Trouver le nombre total d’électrons à disposer autour du noyau.
Puisqu’un atome est neutre, e nombre total d’électrons à disposer autour du noyau correspond au nombre de
protons (= numéro atomique).
Exemple :
4) Répartir les électrons sur les différentes couches internes, et essayant d’obtenir des couches électroniques
complètes et/ou stables.
Exemple :