TP n°5 Classification périodique et électronégativité - Chimie

TP n°5
Classification périodique et
électronégativité
L’objectifdelaséanceestderafraîchiretréinvestirvosconnaissancesconcernantletableau
périodiquedeséléments,afind’illustrerexpérimentalementleconceptd’électronégativitéainsique
sonévolutiondanslaclassificationpériodique.
Cepolycopiéregroupeuncertainnombrededocumentsquiserontutiliséspendantlaséance:ils
serontcomplétésparvosprisesdenotesetparlecompte-rendudesdiversesexpériences.
1- Classificationpériodiquedeséléments,quelques
rappels
Tableaupériodiquesimplifié:périodes1à3(àcompléter)
nombre
d’électrons
devalence:
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2- L’électronégativité
2.1
Définition et échelle de Pauling
L’électronégativitéd’unatomeestlacapacitéqu’acetatomed’attireràluilesélectronsquandilest
engagédansuneliaisonchimiqueavecunautreatome.
Cecidéfinitionn’estqueconceptuelle.Afindecomparerfacilemententreeuxlesdifférentséléments
dutableaupériodique,plusieurschimistesontcherchéàattribuerdesvaleursnumériquesauconcept
d’électronégativité.Pauling,Mulliken,AllredetRochow…ontainsidéfinideséchelles
d’électronégativité,ensebasantsurdesapprochesdifférentes.
Lesvaleursnumériquesd’électronégativitésontgénéralementnotéesparlalettregrecque«chi»𝜒.
L’échelledePauling(1932)
L’électronégativitéestexpriméeàpartirdespropriétésénergétiquesdemoléculesdiatomiques.
Ladifférenced’électronégativitéentredeuxélémentsAetBestdéfiniepar:
𝜒 A −𝜒 B
=
𝑘% ⋅ 𝐷AB − 𝐷AA ⋅ 𝐷BB 𝑘% = 1eV ,- et𝐷XY représentel’énergieenélectronvoltsdelaliaisonentreXetY.
Cettedéfinitionnécessiteunevaleurderéférence,fixéeconventionnellementà2,20pourl’élément
hydrogène.Ilfautégalementchoisirlesignedeladifférence𝜒 A − 𝜒 B paruneconnaissance
préalabledusensdepolarisationdelamoléculeAB.
Ayantétéhistoriquementlapremièreàêtredéveloppée,l’échelledePaulingestlaplus
courammentutiliséeenchimie.
2.2
Évolution de l’électronégativité dans la classification périodique
des éléments
H
𝜒P = 2,20
F
𝜒P = 3,98
Fr
𝜒P = 0,70
(tirédusitewww.webelements.com)
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3- Corpssimples:métauxetnonmétaux
3.1
Caractéristiques macroscopiques
Lesmétauxsontdescorpsquipossèdentengénérallespropriétéssuivantes:
ilssontsolidesàtempératureambiante(sauflemercure),opaquesetréfléchissants;
ilssontmalléables(facilementdéformables)etductiles(étirablesenfils);
ilssontbonsconducteursdel’électricité;
ilssontbonsconducteursthermiques.
Lesnon-métauxontengénérallespropriétéssuivantes:
ilssontmats,decouleursvariées;certainssontgazeux;
cesontdesisolantsélectriquesetthermiques.
Cespropriétésnesontpastoujourstoutesrespectées.Parexemple,lechromeestunmétal
relativementdur;lecarbone,danssavariétégraphite,estunnon-métalrelativementbonconducteur
del’électricité…Deplus,certainscorps,lesmétalloïdes,ontdespropriétésintermédiaires.
Lesmétalloïdes,dontlereprésentantleplusimportantestlesilicium,sontdesnon-métaux
présentantcertainespropriétésdesmétaux:aspectbrillant,relativementbonneconductivité
électriqueàtempératureambiante(maisinférieureàcelledesmétaux).Onlesappelleparfoissemiconducteursousemi-métaux.Pourtrancherentreunmétaletunmétalloïde,onretientladéfinition
suivante:
Pourunmétal,laconductivitéélectriquediminuequandlatempératureaugmente;
Pourunmétalloïde,laconductivitéélectriqueaugmentequantlatempératureaugmente.
Lespropriétésélectriquesparticulièresdesmétalloïdesleurconfèrentungrandintérêtdansle
domainedel’électronique,notammentpourlaréalisationdetransistors.
3.2
1
Métaux et non métaux dans la classification périodique
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
B
16
17
18
non
métaux
Si
métalloïdes
Ge
Ag
métaux
As
Sb
Te
métaux nobles
Pt
Au
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3.3
Aspect microscopique et lien avec l’électronégativité
Modélisationdelaliaisonmétallique
Modélisationdelaliaisoncovalente
carbonediamant
dioxygène
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4- Illustrationexpérimentale
a) Quelques rappels sur l’oxydoréduction
Uneréactiond’oxydoréductionestformellementuneréactiond’échanged’électrons.Ilest
intéressantderéaliserdesréactionsdecetypepourillustrerleconceptd’électronégativité,afinde
constaterexpérimentalementquecertainsatomesonttendanceàcéderleursélectronsàd’autres.
v
Onrappelletoutd’abordlesdeuxdéfinitionsfondamentales:
unoxydantestuneespècequiaccepte,quicaptedesélectrons;
unréducteurestuneespècequicèdedesélectrons.
v
Lesélémentssituésenhautetàdroitedutableaupériodique,commel’oxygèneetleshalogènes,
ontuneforteélectronégativité.Onpeutdoncs’attendreàcequeledioxygèneO𝟐 etles
dihalogènesX 𝟐 soientdebonsoxydants.
Onseproposedemettreenévidencecettepropriétéenmettantenprésencededioxygène(oude
dihalogènes)différentscorpssimplessituésàleurgauchedanslaclassificationpériodique,commele
carbone,lesodium,lemagnésium,l’aluminium...Cesélémentsétantmoinsélectronégatifs,onpeut
s’attendreàcequ’ilssecomportentcommedesréducteursdanscesréactions.
Unautreobjectifdelaséanceseradecomparerlepouvoiroxydantdesélémentsd’unemêmecolonne,
oncompareraainsilesdihalogènesentreeux.
b) Expériences de combustion
Objectifsdecettepartie:
v
v
v
Définiruneréactiondecombustion.
Lamettreenœuvreexpérimentalement.
Connaîtrelesrèglesdesécuritéàrespecteretreconnaîtrelespictogrammessuivants:
v
v
comburantcombustible
(trèsinflammable)
Analysersommairementlesproduitsdecombustion(aspect,solubilitédansl’eau).
Écrireleséquationsdesréactionsàl’originedestransformationsobservées.
Expériencesréalisées:
q combustionducarbone(fusain)dansledioxygène;
q combustiondusodiumdansledioxygène;
q combustiondumagnésiumdansledioxygène;
q combustiondel’aluminiumdansledixoygèneetledibrome;
q combustionduphosphoredansledioxygène(vidéo).
c) Autres expériences illustrant le pouvoir réducteur des métaux alcalins :
leur réaction avec l’eau
Expériencesréalisées:
q réactiondusodiumavecl’eau;
,q réactiondumagnésiumavecl’eau,puisunesolutiond’acidechlorhydriqueà2mol⋅L .
d) Conclusions : pouvoir réducteur des métaux, passivation, métaux
nobles…
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e) Propriétés dans la colonne des halogènes
Lesvariationsdepropriétéschimiquesdansunecolonnesontfaibles.
Ainsi,fluor,chlore,bromeetiode:
ontlemêmenombred’électronsdevalence:7;
sonttousmonovalents:ilsformenttousdesmoléculesdiatomiquesX > ,deshydruresde
formuleHXquisontdesgaztrèssolublesdansl’eau,donnantdessolutionsacides(acide
chlorhydrique,bromhydrique…);
sonttousdetrèsbonsoxydantsetsetransformentainsitrèsfacilementenionsX , (coupleX > /X , ,dedemi-équationélectronique:X > + 2𝑒 , ⇄ 2X , )
Cespropriétésvoisinesjustifientqu’onlesregroupedansunemêmecolonnedutableaupériodiqueet
qu’onlesclassedansunemêmefamille:lafamilledeshalogènes.
Malgrécessimilitudes,leshalogènesnesontpasidentiques.Enparticulier,leurpouvoiroxydantn’est
pasexactementlemême.
L’objectifdelasériedetestsentubesàessaisquevousdevezmenerestdeclasserexpérimentalement
lesdihalogènesCl> ,Br> etI> parpouvoiroxydantcroissant,puisdefairelelienavecl’évolutionde
l’électronégativitédesélémentsCl,BretI.
Pourcela,vousdisposez:
v
d’eaudechlore,d’eaudebromeetd’eauiodée,quisontdessolutionsaqueuses
respectivementdeCl> ,Br> etI> .
v
desolutionsaqueusesdechloruredesodium,debromuredesodiumetd’iodurede
sodium.
Phasesderésolutionproposées:
q analysedessolutionsdisponibles:lecturedesfichestoxicologiques,observationsdescouleurs
caractéristiquesdessolutions…
q élaborationd’unprotocoledetestsàprésenterauprofesseuravantréalisation;
q réalisationdestestssoussurveillanceduprofesseuroudutechniciendelaboratoire;
q rédactiond’unefichecompte-rendu,résumantladémarchesuivie,lestestsréalisés,etla
conclusion.
f)
Meilleurs oxydants et meilleurs réducteurs du tableau périodique
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
F
meilleurs
oxydants
meilleurs
réducteurs
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NOMS:
Grille d’évaluation TP n°5
Compétencesgénérales
Rappelerl’objectifdel’expérience
Fairelesrecherchesnécessairessurlesrisquesliésà
S’approprier
l’utilisationdesdihalogènesetsurlesprécautionsà
respecterquandonlesmanipule
Analyser
Donnerlesgrandeslignesduprotocoleàréaliser
Réaliserlesdifférentstestsetprésenterlesrésultatsdans
untableau,quidonnerapourchaquecas:
Réaliser
-lacouleurobservée;
-siletestestpositif(apparitiond’unenouvellecouleur)
Écrirel’équationdesréactionscorrespondantauxtests
positifs,danslesensdirectoùellesseproduisent
Endéduireleclassementdesdihalogènesparpouvoir
Valider
oxydantcroissant
Conclure
Fairelelienavecl’électronégativitédeséléments
Conclure,fairelelienavecl’augmentationde
l’électronégativitédebasenhautdansunecolonnedu
tableaupériodique
Note:
A
B
C
D