Classification périodique des éléments

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1 Classification périodique des éléments Niveau : 11 Durée Pré Requis : propriétés du sodium, lithium, potassium (surtout les réactions avec l eau) propriétés du dichlore, dibrome, diiode. Leurs réactions avec l hydrogène, les métaux et le phosphore) Objectifs : Permettre aux élèves de savoir comment a été construit le tableau périodique et comment a été découvert la périodicité. Faire découvrir la démarche inductive déductive. Matériels : Les cartes découpées en annexe(inspirées d un article du Bulletin de l Union des Physiciens de France). Mots clés : Classification périodique, élément, famille des alcalins, famille des halogènes, composés oxygénés, composés hydrogénés, Mendeleïev. Déroulement: Activités du professeur Distribuer les cartes aux élèves sauf celles des gaz rares non encore découverts à l époque de Mendeleïev. Demander aux élèves de classer les éléments selon le critère de leur choix et de préciser le critère. Le professeur indique que parmi tous les critères envisageables, Mendeleïev avait choisi celui des masses atomiques molaires croissantes. Demander aux élèves de lire attentivement les propriétés chimiques des corps simples. Le professeur demande aux élèves d identifier les corps qui réagissent à froid avec l eau. Les corps qui brûlent vivement dans l oxygène de l air Les corps qui réagissent avec le chlore. Les corps dont le composé hydrogéné a la formule AH 4 et le composé oxygéné AO 2 Les corps dont le composé hydrogéné a la formule AH 3 et le composé oxygéné A 2 O 3 Les corps qui réagissent avec l hydrogène, tous les métaux sauf l or et le platine, le phosphore et ont comme formule de composé hydrogéné AH Activités des élèves Parmi les critères proposés par les élèves, on peut avoir : Ordre alphabétique (latin) Par température d ébullition croissante. Par température de fusion croissante Par masses atomiques molaires croissantes. Ce sont le lithium, le sodium, le potassium. Ce sont le béryllium, le magnésium et le calcium. Ce sont le bore, l aluminium et l arsenic Ce sont le carbone et le silicium Ce sont l azote et le phosphore Ce sont le chlore, le fluor et le brome

2 Le professeur demande aux élèves de mettre les cartes des éléments qui possèdent les propriétés identiques en colonne tout en respectant l ordre croissant des masses atomiques de gauche à droite et de haut en bas. Et l hydrogène, où allez vous le mettre? Le professeur fait remarquer aux élèves que son composé oxygéné ressemble à celui du sodium et du lithium. On peut donc le mettre dans la même colonne. Qu avez-vous obtenu? Est-ce que le tableau est plein? En lisant le tableau de gauche à droite et de haut en bas, comptez le nombre d éléments qui séparent deux éléments successifs ayant des propriétés chimiques voisines On constate que des propriétés chimiques similaires reviennent périodiquement. Chaque ligne du tableau est appelée période. Les élèves mettent les cartes en tableau. Les élèves mettent l hydrogéne dans la même colonne que le lithium et le sodium. Nous avons obtenu un tableau Non, il y a des trous. Il y a 6 éléments Les élèves peuvent réfléchir sur la famille des halogènes (F, Cl ) et la famille des alcalins (Li, Na, K ) Résumé La démarche de Mendeleïev Classant les éléments connus suivant leurs masses atomiques molaires croissantes, Mendeleïev les positionne de telle façon que les éléments ayant des comportements chimiques similaires se trouvent dans une même colonne de classification Le succès le plus étonnant de Mendeleïev fut la découverte d éléments dont il avait prévu l existence et auxquels une place dans le tableau avait été réservée (gallium, scandium, germanium). En 1894, l anglais Ramsay découvrit dans l atmosphère certains gaz rares. D autres gaz rares furent découverts ultérieurement. Le professeur distribue les cartes associées à ces éléments : hélium, néon, argon et krypton. Il demande aux élèves d étudier les fiches associées à ces éléments de situer ces éléments dans la classification périodique. Les élèves recherchent les positions des gaz rares dans la classification péridoque des éléments. Après avoir remarqué qu ils ont des propriétés chimiques voisines et en respectant les deux critères d établissement de al classification périodique, ils les placent dans une colonne à droite de la classification périodi-

3 NOM : LITHIUM symbole : Li NOM : MAGNÉSIUM symbole : Mg Masse atomique molaire : 7 g. mol -1 Propriétés du corps simple Lithium : métal blanc argent malléable et mou. Le plus léger des métaux : flotte sur l'huile. Tf=180 C Te =1342 C. Réagît à froid avec l'eau avec formation de dihydrogéne., Ne réagit pas avec le dioxygène sec en dessous de 100 C. Réagît avec différents acides avec formation de Masse atomique molaire: 24 g.mol -1 Propriétés du corps simple magnésium : Métal blanc argent, malléable et ductile. Tf=651 C Te =1107 C. Brûle dans le dioxygène avec un vif éclat. Réagit avec l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique avec formation de Réagît avec le dichlore : LiH LiCl Li 2 O NOM: HYDROGÈNE symbole : H : MgCl 2 MgO NOM : POTASSIUM symbole: K Masse atomique molaire: 1 g.mol -1 Propriétés du corps simple dihydrogène : Le plus léger des gaz, se liquéfie difficilement, Très peu soluble dans l'eau. Tf=-260 C Te= ~253 Ç Peut réagir de façon explosive avec le dioxygène. Réagît avec le dichlore, le soufre, le diazote, le carbone. Réagît avec les oxyde métalliques comme CuO et les oxydes non métalliques comme S0 2. Masse atomique molaire : 39 g. mol -1 Propriétés du corps simple potassium : Métal blanc argenté mou comme la cire à T ordinair e peu dense. Tf=63 C Te=760 C S oxyde rapidement à l'air. Réagit énergiquement avec l'eau avec formation le H 2 O CH 4 HCl K 2 O KCl NOM: BERYLLIUM symbole: Be NOM: BORE symbole: B Masse atomique molaire: 9 g.mol -1 Propriétés du corps simple béryllium: Métal blanc brillant peu dense. Tf 1278 C Te = 2970 C S'oxyde à l'air avec un phénomène lumineux Intense. Réagit facilement avec l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique avec dégagement de Réagit avec une solution d'hydroxyde de sodium concentrée. Masse atomique molaire: 11 g.mol -1 Propriétés du corps simple bore : solide noir, léger et très dur. Mauvais conducteur de la chaleur. Semi-conducteur électrique Ts=2079 C Te= 2550 C S oxyde à T élevée. Réagit avec l'acide nitrique et l'acide sulfurique bouillants. A chaud et divisé, réagît avec le dichlore. BeCI 2 BeO : B 2 O 3 B 2 H 6 BCl 3

4 NOM ARSENIC Masse atomique molaire: 75 g.mol -1 symbole: As Propriétés du corps simple arsenic : Se présente sous forme d'un solide Jaune ou sous forme d'un solide gris d'aspect métallique, cette dernière variété plus stable est bonne conductrice de la chaleur et de l'électricité. Tf =817 C (sous pression) Ts = 613 C Ne s'oxyde pas à l'air sec mais s'oxyde en présence d'humidité. Brûle dans l'air sec à 200 C avec une flamme bleue. Réagit avec l'acide sulfurique concentré à chaud avec formation de SO 2 Réagit avec l'acide nitrique, mais peu avec l'acide chlorhydrique. S'enflamme spontanément dans le dichlore. As 2 O 3 AsH 3 AsCl 3 NOM: AZOTE symbole: N NOM : CARBONE Masse atomique molaire: 12 g. mol -1 symbole: c Propriétés du corps simple carbone: Plusleurs variétés: solide noir (graphite)- solide transparent blanc:(diamant) Ts=3652 C Te=4 827 C Médiocre conducteur de la chaleur et de l'électricité s'oxyde dans l'air pour donner du monoxyde de carbone ou du dioxyde de carbone réagit avec les oxydes métalliques comme l'oxyde de cuivre CuO. Préalablement chauffé, réagit avec l acide sulfurique avec formation de S0 2, : On connaît actuellement plus d un million de corps composés contenant l atome de carbone CO CO 2 CH 4 CCl 4 NOM : SILICIUM symbole Si Masse atomique molaire 14 g.mol -1 Propriétés du corps simple diazote: gaz Incolore et inodore peu soluble dans l'eau moins dense que l'air Tf= -210 C Te= -196 C Assez inerte chimiquement à T et P ambiantes A haute température ou en présence d'étincelles électriques, il peut se combiner au corps simples suivants : le dioxygène les métaux le dihydrogène Masse atomique molaire: 28 g.mol -1 Propriétés du corps simple silicium: Solide bleu acier Semi-conducteur. Tf = 1410 C Te= 2680 C Chauffé à l air, il brûle avec Incandescence. Ne réagit pas avec les acides. Réagit avec de la soude à chaud pour donner du dihyrogène. Se combine à chaud avec le carbone. Formule de corps composés : NO NO 2 NH 3 Formule de corps composés : SiO 2 SIH 4 SiCI 4 NOM : OXYGÈNE symbole: o NOM : FLUOR symbole : F Masse atomique molaire: 16 g.mol -1 Propriétés du corps simple dioxygène: gaz Incolore et Inodore. peu soluble dans l'eau, plus dense que l'air. Tf = -218,4 C Te = -183 C Se combine avec la plupart des corps simples en donnant des oxydes. Masse atomique molaire; 19 g.mol -1 Propriétés du corps simple difluor : gaz jaune moins dense que l'air. Tf=-219 C Te=-188,1 C Décompose l'eau avec formation de dihydrogène Réagît avec le dihydrogène Rréagit avec tous les métaux sauf l'or et le platine Rréagît avec le phosphore Formule de: Na 2 O CaO H 2 O NaF HF

5 NOM: ALUMINIUM symbole: AI NOM : BROME symbole: Br Masse atomique molaire: 27 g.mol -1 Propriétés du corps simple aluminium: Métal blanc, bon conducteur de la chaleur et de l'électricité. Tf=680 C Te =2467 C s'oxyde à l'air. réagît facilement avec l'acide chlorhydrique et lentement avec l'acide sulfurique dilué avec formation de réagît avec le dichlore. Masse atomique molaire : 80 g.mol -1 Propriétés du corps simple dibrome: Liquide volatil de couleur rouge sombre. Tf=-7,2 C Te =58,8 C Réagit avec le Réagit avec les métaux: Na, Ca, AI Réagit avec le phosphore blanc. : AlCl 3 - AlH 3 - AI 2 O 3 NOM : CHLORE symbole : Cl NaBr HBr NOM: SOUFRE symbole: S Masse atomique molaire: 35,5 g.mol -1 Propriétés du corps simple dichlore: gaz verdâtre, peu soluble dans l'eau. Tf= -101 C Te= -34,6 C Réagît violemment avec le Réagit avec les métaux Na, Ca, AI..sauf l'or et le platine. Réagît avec le phosphore blanc. L'arsenIc brûle spontanément avec Incandescence dans le dichlore. Masse atomique molaire : 32 g mol -1 Propriétés du corps simple soufre: Solide Jaune, isolant électrique. Tf =113 C Te =445 C réagît avec te S'enflamme dans le dioxygène. Réagit avec le difluor, le dibrome et le dichlore. Réagit avec la plupart des métaux et avec le phosphore, I'arsenIc et le carbone. : NaCI HCI NOM : SODIUM symbole: Na SO 2 SO 3 H 2 S MCM: CALCIUM symbole Ca Masse atomique molaire : 23 g.mol -1 Propriétés du corps simple sodium : metal blanc argenté mou. Tf=97, 8 C Te=893 C S oxyde à l'air réagit violemment avec l'eau, avec formation de Masse atomique molaire: 40 g.mol -1. Propriétés du corps simple calcium : Métal blanc brillant Tf=839 C Te =1484 C À chaud, il brûle dans le dioxygène Réagît avec l'eau avec formation de dihydrogène : Na 2 O - NaCI : CaO - CaCl 2

6 NOM : PHOSPHORE symbole P Masse atomique molaire: 31 g.mol -1 Propriétés du corps simple phosphore: Le phosphore peut se présenter sous forme d'un solide blanc qui luit à l'obscurité. A la lumière Il devient jaune et se recouvre d'une couche de phosphore rouge Tf= 44,1 C Te = 280 C (pour le phosphore blanc> La variété blanche réagit avec le dioxygène dès 60 C (par simple frottement avec un corps chauffé) Avec le dichlore (réaction vive) Avec des solutions basiques. Réagit avec tous les métaux y compris l'argent et le platine. : PH 3 P 2 O 5 PCI 3 NOM : NEON symbole : Ne NOM : HELIUM symbole : Ne Masse atomique molaire: 20 g.mol -1 Propriétés du corps simple néon : Tf = -248,6 C Te = -246 C Il est inerte chimiquement (gaz noble). Il est utilisé dans les tubes fluorescents, les enseignes et comme réfrigérant (néon liquide) Masse atomique molaire: 4 g.mol -1 Propriétés du corps simple hélium : Tf = -269,7 C Te = -268,9 C Il est inerte chimiquement (gaz noble). Il est utilisé pour gonfler les ballons sondes et en plongée sous marine. A l état liquide, il possède une grande conductivité thermique. NOM : ARGON symbole : Ar NOM : KRYPTON symbole : Kr Masse atomique molaire: 40 g.mol -1 Propriétés du corps simple argon : Tf = -189,4 C Te = -185,8 C Il est inerte chimiquement (gaz noble). Il est utilisé pour remplir les ampoules à incandescence et pour la soudure à l aluminium. Masse atomique molaire: 84 g.mol -1 Propriétés du corps simple krypton : Tf = -157,3 C Te = -152 C Il est inerte chimiquement (gaz noble). Mélangé à l argon, il est utilisé pour remplir les ampoules à incandescence et les tubes fluorescents.