Ch 2.2 La classification périodique des éléments

Ce TP cours se traite en 2 séances

1.La première classification périodique des éléments

Avant 1700, seuls 12 corps simples avaient été isolés ; en 1850, on en connaissait 61 !

L'étude des propriétés des corps simples connus permit la mise en évidence d'analogies : ainsi, en 1808, H. Davy montra que le calcium, le strontium et le baryum avaient des propriétés voisines.
La définition d'un système de masses atomiques (masse des atomes) vers 1860 offrit un critère quantitatif de classement des corps simples.

En 1869, un professeur russe, Dimitri Mendeleïev classe les éléments par ordre de masse atomique croissante et rassemble dans une même colonne les éléments possédant des propriétés voisines.






1. A l’époque de Mendeleïev,

parlait-on d’atomes ?

oui, on en parlait à nouveau depuis le début du 19ème siècle )

connaissait-on les électrons ?

non, ils n’ont été découverts qu’en 1895

Le numéro atomique ?

non


2.Travail à effectuer 

Sortir les cartes des éléments de l'enveloppe et constituer 8 groupes de plusieurs éléments ayant les mêmes propriétésen utilisant les propriétés des corps simples et les formules des corps composés.

3. Question 

Quel fut le premier critère quantitatif permettant une classification des éléments ? 

masse atomique.


4.  Mendeleïev classe les éléments en plaçant 


5.Application

Essayer de retrouver une partie de la classification périodique en utilisant la même méthode que Mendeleïev. Pour cela, placer les cartes de façon à respecter les deux critères de Mendeleïev, puis remplir les cases du tableau 1 par le symbole et le nom de chaque élément. ( il peut y avoir des cases vides ! )
Tableau 1
H





He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K

Remarque : en réalité, Mendeleïev avait inversé les lignes et les colonnes…. Voir livre doc 1 p 248


Il avait laissé des cases vides, pour des éléments encore inconnus… ( voir diaporama )

2. Répartition des électrons d’un atome 

2.1 Le nuage électronique

2.1.1 Les couches électroniques

Tous les électrons sont identiques
Mais ils ne sont pas tous liés de la même façon au noyau.
Exemple :
L’atome de sodium possède  2 électrons très liés au noyau                                               
                                              8 électrons liés au noyau
                                              1 électron très peu lié au noyau

Les électrons sont répartis en différentes couches, que l’on représente par des numéros ( 1, 2, 3…) ou notées K, L, M … de plus en plus éloignées du noyau.

2.1.2  Règles de remplissage de Pauli ( 1900 - 1958 )

Les couches électroniques contiennent un nombre limité d’électrons
La couche K contient …2 .électrons
La couche L contient …8…..électrons
La couche M contient …8….électrons

Des électrons remplissent d’abord la couche K, puis quand elle est pleine, la couche L, etc.
La couche la plus éloignée du noyau est appelée couche externe : elle contient les électrons les moins liés au noyau.

2.1.3.Application


Remplir le tableau suivant en notant la structure électronique ( ou modèle électronique ) sous la forme :
 (K) x( L )y ( M )z x, y, et z étant les nombres d'électrons dans les différentes couches d'un atome dans son état fondamental.

Tableau 2
Elément hydrogène
  hélium  lithium Béryllium Bore  carbone  azote
Symbole (Z) 1H  2He 3Li  4Be  5B  6C  7N
Structure électronique (K)1 (K)2 (K)2(L)1 (K)2(L)2 (K)2(L)3 (K)2(L)4 (K)2(L)5
Elément  oxygène  fluor Néon  sodium  magnésium  aluminium  silicium
Symbole (Z) 8O 9F 10Ne 11Na 12Mg 13Al 14Si
Structure électronique (K)2(L)6 (K)2(L)7 (K)2(L)8 (K)2(L)8(M)1 (K)2(L)8(M)2 (K)2(L)8(M)3 (K)2(L)8(M)4
Elément Phosphore  soufre  chlore Argon
Symbole (Z) 15P 16S
 17Cl
 18Ar
Structure électronique (K)2(L)8(M)5 (K)2(L)8(M)6 (K)2(L)8(M)7 (K)2(L)8(M)8


2.2 Classification périodique actuelle

A partir des tableaux 1 et 2, compléter le tableau 3 en vous inspirant de l’exemple donné, et, en indiquant uniquement la structure de la couche externe.

H  

 He
(K)1 (K)2
Li Be  B C N O F Ne
(L)1 (L)2 (L)3 (L)4 (L)5 (L)6 (L)7 (L)8
Na Mg Al Si P S Cl Ar
(M)1 (M)2 (M)3 (M)4 (M)5 (M)6 (M)7 (M)8

Conclusions:
Dans la classification périodique des éléments actuelle, les éléments sont classés par numéro atomique (Z) croissant.

Les éléments d'une même colonne ont le même nombre d' électrons sur la couche externe Chaque ligne du tableau correspond au remplissage d'une nouvelle couche.


3. COMPORTEMENT CHIMIQUE D'UNE FAMILLE D'ELEMENTS


3.1 Les alcalino-terreux

Les éléments de la 2ème colonne de la classification périodique forment la famille des alcalino-terreux :  béryllium ( Be) , magnésium ( Mg), calcium (Ca).

3.1.1 Réaction du calcium avec l’eau acidifiée

Dans un tube à essais, introduire un morceau de calcium, puis environ 3 mL d’eau acidifiée. Boucher

Observations

     Le calcium est un métal mou, gris.

                             Vive effervescence        

Caractérisation du gaz

       Le gaz formé est du dihydrogène H2

Réaction chimique

Les ions H+ de l'acide se sont transformés en dihydrogène  ; les atomes de calcium Ca se sont transformés en ions Ca2+( incolores) en perdant 2 électrons.

   

3.1.2 Réaction du magnésium avec l’eau acidifiée

Dans un tube à essais, introduire un morceau de magnésium, puis environ 3 mL d’eau acidifiée. Boucher

Observations

     Le magnésium est un métal mou, gris.

                Vive effervescence     

Caractérisation du gaz

        Le gaz formé est du dihydrogène H2

Réaction chimique

Les ions H+ de l'acide se sont transformés en dihydrogène  ; les atomes de magnésium Mg se sont transformés en ions Mg2+( incolores) en perdant 2 électrons.


3.1.3 Conclusion 

Ces 2 réactions faites par Mg et Ca se ressemblent beaucoup.

3.2 Réactions chimiques avec les halogènes

Les éléments de l'avant - dernière colonne de la classification périodique forment la famille des halogènes :
F ( fluor ) ; Cl ( chlore ) ; Br ( brome ) ; I ( iode ) ; At ( astate ).
   

3.2.1 Présentation des dihalogènes

Les dihalogènes : Cl2 : dichlore  , Br2 : dibrome  et I2 : diiode  sont des corps purs.
Ce sont des espèces chimiques très toxiques donc dangereuses.
A température ambiante,
 Cl2 est un gaz de couleur verte  ,
Br2 est un  liquide de couleur rouge
et I2 est un solide gris     (dont la vapeur est violette).

3.2.2 Les ions halogènures 

Les halogènures de potassium ( KCl, KBr et KI ) sont des solides non toxiques, solubles dans l'eau et donnant des solutions incolores.

Réaction avec les ions argent : Ag +

       
Observation Formation instantanée d'un précipité blanc de
chlorure d'argent 		Formation instantanée d'un précipité blanc de bromure d'argent Formation instantanée d'un précipité blanc de iodure d'argent
Réaction Ag++Cl-→ AgCl(s) Ag++Br-→ AgBr(s) Ag++I-→ AgI(s)

Ces 3 réactions se ressemblent beaucoup.

3.3 Conclusion

Par ces 2 séries d'exemples ( alcalino-terreux et halogènes) , on a illustré le fait que des éléments qui sont dans la même colonne de la classification périodique font des réactions chimiques semblables.