- la classification périodique des éléments (français)
- the periodic table of elements (english)
- die periodische Klassifikation der Elemente (deutsch)
- la clasificación periódica de los elementos (español)
- периодическая классификация элементов ( русский язык)    


                             

                                        1ère partie : TP

 On sait extraire de l'eau de mer des espèces chimiques contenant les éléments chlore, brome et iode. Les différents ions et molécules contenant ces éléments présentent des similitudes et des différences.

Prenez 3 flacons contenant respectivement du dichlore Cl2, Du dibrome Br2, et du diiode I2.

Exploitation

1. Quelle similitude présente la formule brute des trois espèces chimiques présentées ?

2. Quelles différences physiques observe-t-on entre les contenus des ces 3 flacons ?

Manipulation

Matériel : 
- 3 tubes à essais et leurs bouchons ; supports ;
- eau de dichlore ; eau de dibrome ; eau de diiode ;
-cyclohexane.

Verser environ 1mL :
- d'eau de dichlore dans le tube 1,
- d'eau de dibrome dans le tube 2,
- d'eau de diiode dans le tube 3.

Noter la couleur de chacune de ces solutions.

Dans chacun des tubes, verser environ 1mL de cyclohexane. Boucher les tubes, et agiter vigoureusement quelques secondes. Observer.






                                                    2ère partie : Cours


I. La classification périodique des éléments

Au début du XVIIIème siècle, seuls douze corps simples avaient été isolés. Au milieu du XIXème siècle, ce nombre était porté à environ 60. Il devenait urgent de leur trouver une méthode de classification rationnelle.

1.1 Les critères historiques de Mendeleïv

Au milieu du XIXème siècle, peu de critères permettent de classer les uns par rapport aux autres les éléments connus. Pour obtenir un classement, Mendeleïv choisit d'utiliser la masse des atomes. Il range alors les atomes dans un "tableau" : il les place par masse croissante du haut vers vers le bas, puis de la gauche vers la droite, en mettant, sur une même ligne, des éléments présentant des analogies de comportement, c'est-à-dire des ressemblances.
Pour espliquer certains vides de son classement, il prédit alors avec succès l'existence d'éléments pas encore découverts à son époque. 

Rappel : Masse d'un noyau :
Mnoyau = Z*m(p)+(A-Z)*m(n)

Z = numéro atomique = nb de protons
A = nb de protons + nb de neutrons
A-Z = nb de neutrons

m(p) = masse proton = 1.7*10^-27 kg
m(n) = masse neutron = 1.7*10^-27 kg




1.2 Le critère actuel de construction

Dans la classification périodique actuelle, le critère de classement est le numéro atomique Z. De plus, les lignes et les colonnes ont été inversées par rapport à la représentation initiale.

Les 112 éléments chimiques naturels ou artificiels sont rangés en lignes, par numéro atomique Z croissant. Un changement de lignes s'effectue rédulièrement :
-dans une même ligne, ou période, les atomes des éléments ont un même nombre de couches électroniques occupées ;
- dans une même colonne, les atomes des éléments ont le même nombre d'électrons sur leur couche externe.

La classification périodique actuelle est constituée de 18 colonnes et de 7 lignes, aussi appelées périodes.




Image : La classification périodique des éléments (Pour une image plus grande, voir la classification à la fin du livre de physique-chimie).

Vidéo : La classification périodique des éléments

II. Quelques familles d'éléments

Définition : Les éléments d'une même colonne de la classification périodique ont des propriétés chimiques voisines. On dit qu'ils forment une famille. Les éléments d'une même famille possèdent le même nombre d'électrons sur leur couche externe.

2.1 La famille des halogènes

La famille des halogènes est constituée des éléments de la 17ème colonne (avant-dernière) de la classification périodique.

Quelques propriétés chimiques communes :

- Les dihalogènes réagissent avec l'aluminium Al pour former les trihalogénures d'aluminium.
- Les ions halogénure réagissent tous avec les ions argent Ag+ pour former des précipités.
- Ces ions réagissent aussi avec les ions permanganate MnO-4 pour former les dihalogènes correspondants.

2.2 La famille des métaux alcalins

La famille des métaux alcalins est constituée de la première colonne de la classification périodique, à l'exception de l'hydrogène.

Les ions Lithium Li+, sodium Na+ ou potassium K+ se rencontrent dans l'eau de mer ou dans les eaux minérales.
Sous forme d'atomes, Li, Na, et K sont des métaux qui réagissent très violemment avec l'eau.

2.3 La famille des gaz nobles

La famille des gaz nobles est constituée des éléments de la 18ème (dernière) colonne de la classification périodique.

Ainsi, la couche électronique externe des atomes des gaz nobles est pleine. Sauf rares exceptions, ils existent uniquement sous forme de gaz monoatomiques et présentent une grande inertie chimique. Le néon, l'argon, le krypton, et le xénon sont utilisés dans certaines lampes d'éclairage.

III. Applications

3.1 Ions monoatomiques stables

Rappel : La règle de l'octet : Tout atome a tendance à avoir 8 électrons sur sa couche externe. Pour cela, il se transforme en ion.

L'application de la règle de l'octet pour les trois premières périodes permet de déterminer les ions stables par gain ou perte d'électrons de la couche externe.  La classification périodique permet de généraliser ce résultat :

Les éléments d'une même colonne conduisent à la formation d'ions monoatomiques stables ayant la même charge.

3.2 Nombre de liaisons covalentes dans les molécules

L'application de la règle de l'octet pour les trois premières périodes permet de prévoir les partages d'électrons entre les atomes d'une molécule. La classification périodique permet de généraliser ce résultat :

Les atomes des éléments d'une même colonne forment, dans une molécule, le même nombre de liaisons covalentes.







                                3ème partie : Exercices

I. Exercice "Mots manquants" p276

a) Dans la classification périodique, les éléments sont classés par ... ... croissant.

b) Les éléments d'une même ... de la classification périodique appartiennent à une même famille.

c) Les atomes des éléments d'une ligne de la classification, aussi appelée ..., ont un même nombre de ... ... ... . 

d) Les éléments d'une même ... ont le même nombre d'électrons sur la couche externe.

Corrigé :

a) numéro atomique
b) colonne
c) période ; couches électroniques occupées
d) colonne ou famille

II. Exercice 6 p276 "Structure électronique"

Un atome inconnu a pour structure électronique (L)2(L)3.

a) Quelles sont la ligne et la colonne de l'élément correspondant dans la classification périodique ? Justifier.
b) Quel est son numéro atomique ?
c) En utilisant la classification périodique, donner son nom et son symbole.

Corrigé :

a) La dernière couche est L, qui est aussi la 2ème couche. Il y a 3 électrons sur la dernière couche.
Donc cet atome est dans la 2ème période, et dans la 3ème colonne de la classification périodique.

b) Il y a 2+3=5 électrons. Un atome étant électriquement neutre, il y a autant de protons que d'électrons. Donc Z= 5.

c) L'atome correspondant est donc le bore, de symbole B.

III. Exercice 16 p277 "Ions alcalins"

a) Le sodium Na a pour structure électronique (K)2(L)8(M)1. A quel ion monoatomique stable conduit-il ?
b) En utilisant une classification périodique, dire à quels ions monatomiques stables conduisent les éléments lithium Li, potassium K, césium Cs.

Corrigé :

a) Rappel : La règle de l'octet : Tout atome a tendance à avoir 8 électrons sur sa couche externe. Pour cela, il se transforme en ion.

Na conduit à Na+, ion monoatomique stable, qui a perdu un électron, de structure électronique (K)2(L)8.

b) Li, K et Cs sont dans la même colonne que Na. Or, les éléments d'une même colonne conduisent à la formation d'ions monoatomiques stables ayant la même charge (voir 3.1). 
Ainsi, Li, K, et Cs conduisent aux ions stables Li+, K+ et Cs+.






 
                                     4ème partie : Thème : 
                        Dimitri Ivanovitch Mendeleïv

Dimitri Ivanovitch Mendeleïv est un chimiste russe né à Tobolska, en Sibérie, en 1834. À l'époque, son père est directeur d'une école secondaire. Il est le dernier d'une famille de dix-sept enfants. Étant le cadet, il est le préféré de sa mère. En 1847, le père de Dimitri décède. Après la mort de son père, sa mère décide de partir pour Moscou. Il s'inscrit à la Faculté des Sciences Naturelles et Mathématiques de l'Institut. En mai et juin 1855, il passe haut la main ses examens et obtient une médaille d'Or. À 32 ans, il est nommé professeur de chimie à St-Pétersbourg. En avril 1859, après avoir terminé son cours de chimie organique, il décide de se rendre à Heidelberg, en Allemagne, pour pouvoir travailler tranquillement à son programme de recherche. Il se marie et a deux enfants, Vladimir et Olga. En 1869, il établit une classification des éléments fondée sur la périodicité de leurs propriétés chimiques et physiques, en fonction de leur poids atomique. Mendeleïev décède en 1907, à St-Pétersbourg.







                   5ème partie : Article scientifique :
                                  Les gaz nobles

Les gaz nobles, aussi appelés gaz rares ou gaz inertes, sont une série chimique comprenant les éléments chimiques du groupe 18 (anciennement groupe VIIIA) du tableau périodique des éléments. Les éléments suivants sont des gaz nobles : hélium, néon, argon, krypton, xénon, et radon. L’ununoctium, élément artificiel récemment synthétisé ferait aussi partie de la série.

La famille des gaz nobles présente une particularité : ils sont des éléments très peu réactifs car ils possèdent une couche électronique externe complète et n’ont donc aucun électron de valence. Cette couche saturée en électrons est très stable : l’atome ne cède ni n’accepte d’autres électrons. Les liaisons chimiques sont donc quasi-impossibles pour les gaz nobles, ce qui fait que contrairement à la plupart des autres gaz, ils sont monoatomiques.

Cette particularité dévoile une règle d’or de la chimie, la règle de l'octet : tout atome tend à compléter sa dernière couche, cela en captant ou en cédant des électrons à d’autres atomes.

Il est possible d’obtenir des composés avec les gaz nobles les plus lourds. Ces derniers possèdent des valeurs de potentiel d'ionisatrion inférieures à celles des membres les plus légers de la série. Ainsi quelques dérivés de xénon, surtout des fluorures et des oxydes, ont pu être obtenus à de fortes températures (+300 °C) et de fortes pressions.

Les gaz nobles sont utilisés dans l’industrie dans la fabrication des tubes "néon" (du nom du gaz les remplissant). On introduit le gaz dans un tube de verre afin de l’ioniser pour qu’il produise de la lumière. Ce phénomène est dû au changement de couche électronique par les électrons. L’hélium produit une lumière orangée, le néon et l’argon une lumière rouge, le krypton lui produit une lumière blanchâtre, le xénon une lumière bleue. Le radon et l’ununoctium ne sont pas utilisés dans ce type de tubes à cause de leur radioactivité.