TITRE : Classe : . Durée : Thème : la démarche de classification des éléments Seconde rentrée 2010 1h20 Univers Pré requis Notions et contenus Compétences attendues Éléments chimiques. Isotopes, ions monoatomiques. Caractérisation de l’élément par son numéro atomique et son symbole. Classification périodique des éléments. Démarche de Mendeleïev pour établir sa classification. Critères actuels de la classification : numéro atomique et nombre d'électrons de la couche externe. Connaître et appliquer les règles du « duet » et de l’octet pour rendre compte des charges des ions monoatomiques usuels. Utiliser la classification périodique pour retrouver la charge des ions monoatomiques. La situation-problème A l’aide d’un jeu de carte, on se propose par un cheminement détourné mais efficace car ludique, de permettre de comprendre toute la démarche intellectuelle de Mendeleiev. Le(s) consigne(s) donnée(s) à l’élève Munissez-vous d’un jeu de 32 cartes. Retirez 2 cartes de ce jeu sans les regarder. Disposez maintenant les cartes restantes devant vous en les arrangeant de façon à avoir un classement cohérent. Ce classement étant réalisé, devinez les 2 cartes qui vous manquent. 1. Quelle logique guide votre réflexion ? 2. Un grand chimiste a suivi une démarche analogue : comment s’appelle-t-il ? Le(s) support(s) de travail Classez maintenant les éléments chimiques d’après les critères affichés sur les cartes suivantes ELEMENT HYDROGENE H découverte : en 1776 par Cavendish éthymologie : du grec hydro (eau) et genes (formant) masse molaire : 1 g/mol corps simple : dihydrogène H2 le plus léger des gaz, se liquéfie difficilement, très peu soluble dans l'eau Tfusion : -260 °C Tébullition : -253°C - réagit de façon explosive avec O2, - réagit avec Cl2, S, N2, C, - réagit avec les oxydes métalliques CuO et nonmétalliques SO2 ELEMENT LITHIUM Li découverte : en 1817 par Arfvedson éthymologie : du grec lithos (pierre) masse molaire : 7 g/mol ELEMENT BERYLLIUM Be découverte : en 1828 par Wohler éthymologie : du grec beryllos (doux, amer) masse molaire : 9 g/mol ELEMENT ALUMINIUM Al découverte : en 1827 par Wohler éthymologie : du latin alumen masse molaire : 27 g/mol corps simple : lithium Li métal blanc argent malléable et mou, le plus léger des métaux (flotte sur l'huile), Tfusion : 180°C Tébullition : 1342°C - réagit à froid avec l'eau en formant H2, - ne réagit pas avec le dioxygène sec en dessous de 100°C, - réagit avec différents acides en formant H2, - réagit avec Cl2 corps composés : Li2O, LiH, LiCl corps simple : béryllium Be métal blanc brillant peu dense Tfusion : 1278°C Tébullition : 2970°C - s'oxyde à l'air avec un phénomène lumineux intense - réagit facilement avec l’acide chlorhydrique et l'acide sulfurique en dégageant H2, - réagit avec une solution d'hydroxyde de sodium concentrée corps composés : BeO, BeCl2 corps simple : aluminium Al métal blanc, bon conducteur de chaleur et d'électricité Tfusion : 660°C Tébullition : 2467°C - s'oxyde à l'air - réagit facilement avec l'acide chlorhydrique et sulfurique en formant H2, - réagit avec Cl2 ELEMENT BORE B découverte : en 1808 par Davy et Gay-Lussac éthymologie : de l’arabe Buraq et du Persan Burah masse molaire : 11 g/mol corps simple : bore B solide noir, léger et très dur, mauvais conducteur de chaleur, semi-conducteur électrique Tfusion : 2079°C Tébullition : 2550°C - s'oxyde à température élevée, - réagit avec l'acide nitrique et sulfurique bouillant, - réagit avec Cl2 à chaud et divisé corps composés : B2O3, B2H6, BCl3 ELEMENT CARBONE C découverte : préhistoire éthymologie : du latin carbo (charbon) masse molaire : 12 g/mol ELEMENT AZOTE N découverte : en 1772 par Rutherford éthymologie : de a (privatf) et du grec zôé (vie) masse molaire : 14 g/mol ELEMENT SILICIUM Si découverte : en 1824 par Berzelius éthymologie : du latin silicis (silex) masse molaire : 28 g/mol corps simple : carbone C solide noir (graphite) et transparent (diamant), médiocre conducteur de chaleur et d'électricité Tfusion : 3652°C Tébullition : 4827°C - s'oxyde dans l'air pour donner CO et CO2, - réagit avec les oxydes métalliques comme CuO, - réagit à chaud avec l'ac sulfurique formant SO2 corps simple : diazote N2 gaz incolore et inodore, peu soluble dans l'eau, moins dense que l'air, assez inerte à température et pression ambiantes, Tfusion : -210°C Tébullition : -196°C - il peut réagir avec O2, les métaux et H2 à haute température ou avec décharges électriques, corps simple : silicium Si solide bleu acier, semi-conducteur, Tfusion : 1410°C Tébullition : 2680°C - chauffé à l'air il brûle avec incandescence, - ne réagit pas avec les acides, - réagit avec la soude à chaud en formant du H2, - se combine à chaud avec le carbone corps composés : CO, CO2, CH4, CCl4 corps composés : NO,NO2, NH3 corps composés : SiO2, SiH4, SiCl4 ELEMENT SOUFRE S découverte : en 1777 par Lavoisier éthymologie : du latin sulphurium masse molaire :32 g/mol ELEMENT CHLORE Cl découverte : en 1774 par Scheele éthymologie : du grec chloros (jaune-vert) masse molaire : 35,5 g/mol ELEMENT POTASSIUM K découverte : en 1807 par Davy éthymologie : de l’anglais potash (potasse) masse molaire : 39 g/mol corps composés : H2O, CH4, HCl corps simple : soufre S solide jaune, isolant électrique, Tfusion 113°C Tébullition : 445°C - réagit avec H2, - s'enflamme dans le O2, - réagit avec F2, Br2 et Cl2, - réagit avec la plupart des métaux et avec le phosphore, l'arsenic, et le carbone corps composés : SO2, SO3,H2S corps composés : Al2O3, AlCl3, AlH4 ELEMENT PHOSPORE P découverte : en 1669 par Brand éthymologie : du grec phosphoros (ancien nom de Vénus) masse molaire : 31 g/mol corps simple : dichlore Cl2 corps simple : potassium K corps simple : phospore P gaz verdâtre, peu soluble dans l'eau métal blanc argenté mou comme la cire, peu solide blanc qui luit à l'obscurité, devient jaune à Tfusion : -101°C Tébullition : -34,6°C dense la lumière et se recouvre de phospore rouge, - réagit violemment avec H2, Tfusion : 63°C Tébullition : 760°C Tfusion : 44°C Tébullition : 280°C - réagit avec les métaux Na, Ca, Al sauf l'or et le - s'oxyde rapidement à l'air, - le blanc réagit avec O2 dès 60°C, platine, - réagit énergiquement avec l'eau en formant H2, - réagit avec avec Cl2, - réagit avec le phosphore blanc, l'arsenic - réagit avec le dichlore - réagit avec des solutions basiques, - brûle spontanément avec incandescence dans le - réagit avec tous les métaux y compris l'argent et dichore le platine corps composés : NaCl, HCl corps composés : K2O, KCl corps composés : P2O5, PH3, PCl3 ELEMENT OXYGENE O découverte : en 1772 par Priestley éthymologie : du grec oxys (acide) et genes (formant) masse molaire : 16 g/mol corps simple : dioxygène O2 gaz incolore et inodore, peu soluble dans l'eau, plus dense que l'air, Tfusion : -218°C Tébullition : -183°C - se combine avec la plupart des corps simples en donnant des oxydes ELEMENT FLUOR F découverte : en 1886 par Moisson éthymologie : du latin fluere (flot, courant) masse molaire : 19 g/mol ELEMENT SODIUM Na découverte : en 1807 par Davy éthymologie : du latin Sodanum masse molaire : 23 g/mol ELEMENT MAGNESIUM Mg découverte : en 1808 par Davy éthymologie : de Magnesia, distric de Thessalie masse molaire : 24 g/mol corps simple : difluor F2 gaz jaune moins dense que l'air Tfusion : -219°C Tébullition : -188°C - décompose l'eau avec formation de H2, - réagit avec H2, avec tous les métaux sauf l'or et le platine, avec le phosphore corps simple : sodium Na métal blanc, argenté, mou Tfusion : 98°C Tébullition : 893°C - s'oxyde à l'air, - réagit violemment avec l'eau en formant H2, - réagit avec le dichlore corps composés : Na2O, CaO, H2O corps composés : NaF, HF corps composés : Na2O, NaCl corps simple : magnésium Mg métal blanc argent, malléable Tfusion : 651°C Tébullition : 1107°C - brûle dans O2 avec un vif éclat, - réagit avec l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique en formant H2, - réagit avec Cl2 corps composés : MgO, MgCl2 ELEMENT CALCIUM Ca découverte : en 1808 par Davy éthymologie : du latin calx (chaux) masse molaire : 40 g/mol corps simple : calcium Ca métal blanc brillant Tfusion : 839°C Tébullition : 1484°C - il brûle à chaud dans O2, - réagit avec l'eau en formant H2, - réagit avec Cl2 ELEMENT ARSENIC As découverte : en 1250 par Albert Magnus éthymologie : du grec arsenikos (mâle) masse molaire : 75 g/mol corps simple : arsenic As solide jaune ou gris d'aspect métallique (stable et conducteur) Tfusion : 817°C Tébullition : ? - s'oxyde qu'à l'air humide, - brûle dans l'air dès 200°C, - réagit avec l'acide sulfurique en formant SO2, - réagit avec l'acide nitrique, - s'enflamme dans Cl2 corps composés : As2O3, AsH3, AsCl3 ELEMENT BROME Br découverte : en 1826 par Balard éthymologie : du grec bromos (puanteur) masse molaire : 80 g/mol corps simple : dibrome Br2 liquide volatil rouge sombre Tfusion : 7,2°C Tébullition : 58,8°C - réagit avec H2, - réagit avec les métaux, - réagit avec le phosphore blanc corps composés : CaO, CaCl2 corps composés : NaBr, HBr Mendeleiev a eu l’idée de classer les éléments dans un tableau respectant les familles connues et leurs propriétés, ce qui lui a permis de faire l’hypothèse de l’existence d’éléments encore inconnus par des cases qui apparaissaient comme vides. Plus tard, des chimistes ont découvert ces éléments qui sont venus compléter ces cases vides. Une proposition de bilan de cours La classification périodique des éléments utilise 2 critères de classement : - la masse molaire atomique croissante sur les lignes - les propriétés chimiques analogues sur les colonnes