la classification périodique des éléments chimiques

TP n°5 de chimie
LA CLASSIFICATION PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS
CHIMIQUES
I) Le génie de Mendeleïev:
Dix-septième enfant de la famille Mendeleïev, Dimitri vient au
monde en Sibérie, en 1834.
Très jeune, il se passionne pour la chimie. Il assiste au premier
congrès international de la chimie en 1860 où des idées
nouvelles sur les propriétés des éléments sont présentées.
Intéressé, ce professeur de chimie de l’université de Saint-
Pétersbourg se met au travail et prépare des fiches pour
chaque élément sur lesquelles il indique la masse atomique
molaire et les propriétés physiques et chimiques connues.
Mendeleïev constate qu’en rangeant les 63 éléments chimiques,
alors connus, par masse atomique croissante, il retrouve, à intervalles réguliers, des
éléments dont les propriétés chimiques sont proches. D'où l'idée de construire un tableau
dans lequel il classe les éléments par masse atomique croissante sur une même colonne et par
propriétés physiques et chimiques similaires sur une même ligne.
Extrait du tableau de Mendeleïev. Les chiffres indiqués entre les parenthèses sont les masses atomiques molaires.
Pour respecter les propriétés chimiques, il est obligé de faire quelques inversions dans les masses. (Exemple:l’iode I et le tellure Te)
Il laisse également deux cases vides, supposant qu’elles correspondent à deux éléments inconnus, dont il va prévoir les principales
propriétés. Il leur donne un nom, prévoit une valeur de masse atomique et décrit quelques-unes unes de leurs propriétés physiques et
chimiques : il prédit ainsi l’existence et les propriétés des deux éléments situés en dessous de l’aluminium et du silicium, qu’il nomma
ékaaluminium et ékasilicium.
Il présente en 1869 la première classification des éléments basée sur une loi de périodicité : son travail reçoit peu d’écho lors de sa
présentation.
Quelques années plus tard, les deux éléments présupposés par Mendeleïev sont découverts : en 1875 le Français P. Le Coq de
Boisbaudran découvre l’ékaaluminium, qu’il nomme gallium puis en 1886, l’Allemand C. Winkler isole l’ékasilicium qu’il appelle
germanium. On constate alors que le gallium et le germanium présentent les propriétés annoncées par Mendeleïev !
Le travail et le génie de Mendeleïev sont alors reconnus par l’ensemble de la communauté scientifique !
I.1. Combien d’éléments Mendeleïev avait-il à classer ? ………………………………………………………………………………………………………
I.2. Quels sont les deux critères qui ont permis à Mendeleïev d’effectuer sa classification ?
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I.3. Comment Mendeleïev a-t-il disposé les éléments chimiques dans son tableau :
I.3.a. Sur une même ligne horizontale ? ………………………………………………………………………………………………………
I.3.b. Sur une même colonne ? ……………………………………………………………………………………………………
Mendeleïev (1834-1907)

II) Construire la classification :
Vous disposez d’un jeu de 18 cartes correspondant aux fiches de renseignement de chaque élément établies par Mendeleïev avec les
connaissances de l’époque.
II.1. Classer les 18 éléments par masse atomique croissante sur une même ligne et par propriétés physiques et
chimiques similaires dans une même colonne (les critères sont inversés par rapport à la classification faite par Mendeleïev).
II.2. Compléter alors le tableau polycopié en indiquant, pour chaque élément, le nom, le symbole, la masse molaire
atomique et les formules des corps composés (en suivant l’exemple de l’hydrogène).
II.3. Quelle famille chimique était absente du tableau de Mendeleïev ? ………………………………………………………………………………
Comment expliquer cette absence ? ……………………………………………………………………………………………………………………………………….
III) La classification actuelle :
Au début du XXe siècle, la révolution de la physique et les découvertes dans le domaine de la structure de la matière ont induit pour
le classement des éléments, la recherche d’une variable indépendante, autre que les propriétés chimiques. On sait aujourd’hui que,
pour chaque élément chimique, le numéro d’ordre dans le classement se confond avec le nombre de charges positives du noyau. Ce
changement de critère est capital car plutôt que de considérer les propriétés chimiques des atomes (grandeurs macroscopiques) on
s’intéresse à leur structure intime. La forme actuelle du tableau a été retenue en 1988. Elle prend en compte la structure du
cortège électronique.
III.1. Relever dans le texte ci-dessus les deux critères utilisés actuellement pour classer les éléments chimiques.
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III.2. Compléter le tableau polycopié en indiquant pour chaque élément chimique : son numéro atomique et la structure
électronique d’un atome de cet élément (la structure électronique des atomes de potassium, calcium et brome n’est pas
demandée).
Liste des 18 éléments étudiés dans la partie II ainsi que leur numéro atomique Z :
aluminium
Z(Al) = 13
azote
Z(N) = 7
béryllium
Z(Be) = 4
bore
Z(B) = 5
sodium
Z(Na) = 11
magnésium
Z(Mg) = 12
brome
Z(Br) = 35
carbone
Z(C) = 6
chlore
Z(Cl) = 17
fluor
Z(F) = 9
soufre
Z(S) = 16
potassium
Z(K) = 19
lithium
Z(Li) = 3
oxygène
Z(O) = 8
phosphore
Z(P) = 15
silicium
Z(Si) = 14
hydrogène
Z(H) = 1
calcium
Z(Ca) = 20
III.3. Que peut-on dire de la structure électronique des atomes des éléments chimiques d’une même ligne (une ligne est
appelée période) ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
III.4. Que peut-on dire de la structure électronique des atomes des éléments chimiques d’une même colonne (une colonne
est appelée famille ou groupe) ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
IV) Utilisation de la classification actuelle :
IV.1. Quel est le numéro atomique de l’élément situé dans la deuxième période et dans la cinquième colonne ? Identifier
cet élément (donner le nom et le symbole). L’antimoine est dans la même colonne que cet élément, en déduire le nombre
d’électrons sur la couche externe d’un atome d’antimoine.
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IV.2. La dernière couche électronique d’un atome est (M)8 : dans quelle ligne et dans quelle colonne de la classification
l’élément chimique correspondant à cet atome se trouve-t-il ? Quel est son numéro atomique ? Identifier cet atome (donner
le nom et le symbole). …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
IV.3. Classer par familles (alcalins, halogènes ou gaz nobles) les atomes dont les caractéristiques sont les suivantes :
Z = 11 …………….. (K)2(L)7 ……………..
X
4
2
……………..
Z = 17 …………….. (K)2(L)8 ……………..
X
7
3
……………..
IV.4. L’atome recherché se trouve dans la troisième ligne et deuxième colonne : de quel élément s’agit-il ? Quel est son
numéro atomique ? Quel ion stable monoatomique peut-il former ?
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LA CLASSIFICATION PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS CHIMIQUES
groupes ou familles
P
é
r
i
o
d
e
s
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
Nom :
Hydrogène
Symbole :
H
Masse
molaire
1g.mol-1
Corps
composés
HCl H2O
Numéro
atomique
Z=1
Structure
électronique
(K)1