PROBLEME. Physique Chimie Thème : La Santé MISE EN EVIDENCE DES PROPRIETES COMMUNES DANS UNE FAMILLE CHIMIQUE. Document élève 1/8

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1 Document élève 1/8 Nom : Prénom : Classe : Date : Physique Chimie Thème : La Santé MISE EN EVIDENCE DES PROPRIETES COMMUNES DANS UNE FAMILLE CHIMIQUE Objectifs : - Mettre en œuvre un protocole expérimental pour mettre en évidence la notion de famille chimique. - Relier les propriétés des éléments avec leur structure électronique. PROBLEME Deux élèves de seconde discutent entre elles : Élise : «Ah! Une nouvelle salle de TP de chimie Et toujours le même tableau accroché au mur.» Suzon : «Mais c est normal, c est la classification périodique des éléments chimiques!» Élise : «Des éléments chimiques? C'est-à-dire?» Suzon : «Tu as mal appris ton cours Élise, nous avons vu cela la semaine dernière! Tu sais bien, un élément chimique regroupe l ensemble des entités chimiques atomes, ions ) dont le noyau possède le même nombre de protons.» Élise : «Ah oui bien sûr, je m en souviens maintenant. Mais dis-moi, toi qui sais tout, peuxtu m expliquer pourquoi ce tableau a une forme si bizarre?» Suzon : «Euh J imagine que les éléments chimiques de la même ligne doivent avoir des points communs! Comme les membres d une même famille dans un arbre généalogique.» Élise : «Et bien, il s agirait de bien grandes familles! Et pourquoi ne pas plutôt considérer les colonnes» Suzon : «Les colonnes?» Élise : «Et bien oui, réfléchis un peu, les éléments sont peut-être disposés les uns en dessous des autres parce qu ils ont des points communs» D Élise ou de Suzon, qui a raison? PIERRON 2011 Familles chimiques page 1)

2 Document élève 2/8 ACTIVITÉ 1 : Première approche des Halogènes 1. Présentation des éléments d après Wikipédia) Les halogènes sont une «série chimique» constituée des éléments chimiques suivants : fluor F ), chlore Cl ), brome Br ), iode I ), astate At ). Le mot «halogène» vient du grec hals qui veut dire sel, et gene qui porte l'idée d'engendrer. Dans la nature, à 0 C sous pression atmosphérique, on les trouve tous sous forme de molécules diatomiques : à l'état gazeux pour le difluor F 2 et le dichlore Cl 2, liquide pour le dibrome Br 2 et solide pour le diiode I 2 et l astate, élément radioactif. Comme ils sont généralement très toxiques, on n utilisera que des solutions aqueuses très diluées. Ces éléments gagnent facilement un électron pour donner des anions appelés ions halogénures ion fluorure, ion chlorure, ion bromure, ion iodure et ion astature,tous une fois négatif tel Cl - par exemple). 2. Étude de la solubilité des dihalogènes dans deux solvants différents : l eau et le cyclohexane Pour réaliser les expériences de ce paragraphe, se munir de lunettes et gants de protection. Expérience préliminaire Dans un tube à essai, verser environ 2 ml d eau distillée. Y ajouter, à l aide d une pipette simple, environ 1 ml de cyclohexane, liquide organique de formule brute C 6 H 12. Observer et compléter le schéma 1 ci-contre. Boucher le tube, l agiter et laisser reposer. Observer et compléter le schéma 2 ci-contre. Que dire concernant la miscibilité des deux liquides? Justifier. Que dire de leurs densités? Justifier. Applications aux dihalogènes On dispose d eau iodée et d eau de brome correspondant respectivement à la mise en solution aqueuse de dibrome et de diiode. La couleur de ces solutions est due à la présence des molécules de dihalogènes. Dans un tube à essai, verser environ 1 ml d eau iodée. Y ajouter à l aide d une pipette simple environ 2 ml de cyclohexane. Observer et compléter le schéma 1 ci-contre. Boucher le tube, l agiter vigoureusement et laisser reposer. Observer et compléter le schéma 2 ci-contre. Conclure quant à la solubilité du diiode par rapport aux deux solvants utilisés. PIERRON 2011 Familles chimiques page 2)

3 Document élève 3/8 Dans un tube à essai, verser environ 1 ml d eau de brome. Y ajouter à l aide d une pipette simple environ 2 ml de cyclohexane. Observer et compléter le schéma 1 ci-contre. Boucher le tube, l agiter vigoureusement et laisser reposer. Observer et compléter le schéma 2 ci-contre. Conclure quant à la solubilité du dibrome par rapport aux deux solvants utilisés. Compléter la conclusion suivante : Conclusion : Les dihalogènes sont-ils plus solubles dans l eau ou le cyclohexane? Les dihalogènes sont plus solubles. Cela constitue une propriété. 3. Action des ions argent sur les ions halogénures Les ions halogénures sont des ions monoatomiques, résultant du gain d un électron par un atome d halogène. Verser dans 3 tubes à essai 2 ml des solutions indiquées dans le tableau ci-après, l ion potassium étant un ion spectateur. A l aide d une pipette simple, ajouter dans les tubes précédents quelques gouttes de - solution aqueuse de nitrate d argent de formule Ag NO ). 3 Noter vos observations dans le tableau ci-dessous et conclure : Tube N Nom de la solution testée Solution aqueuse de chlorure de potassium Solution aqueuse de bromure de potassium Solution aqueuse d iodure de potassium Formule chimique de la solution testée Observations K Cl K Br K I Conclusion : En présence de l ion argent, les ions halogénures Cela constitue une propriété Remarque : Dans le tube à essai 1, l ion chlorure est confronté à 2 ions, un cation l ion argent) et un anion l ion nitrate). Du fait de la répulsion des charges électriques de même signe, l ion chlorure ne peut réagir qu avec l ion argent pour donner le précipité observé un précipité est un solide et il est donc électriquement neutre). PIERRON 2011 Familles chimiques page 3)

4 On peut modéliser la transformation chimique observée par l équation chimique suivante : Ag Cl AgCl aq ) aq ) s ) 4. Action des ions permanganate sur les ions halogénures. Document élève 4/8 Pour réaliser les expériences de ce paragraphe, se munir de lunettes et gants de protection. La solution aqueuse de permanganate de potassium, K MnO 4 coloration violette est due à la présence de l ion permanganate MnO : Expérience avec le bromure de potassium : ), est une solution dont la - Verser dans un tube à essai environ 1 ml de solution aqueuse de bromure de potassium : K Br. - Acidifier le milieu en ajoutant 5 gouttes de solution aqueuse d acide sulfurique : 2 2H O 3 SO 4 - Verser lentement quelques gouttes de la solution aqueuse de permanganate de potassium. Observer. Schéma 1 - Ajouter environ 2 ml de cyclohexane, agiter énergiquement après avoir bouché le tube. - Laisser reposer, observer et compléter le schéma 1. Schéma : Expérience avec l iodure de potassium : Reprendre le protocole avec la solution aqueuse d iodure de potassium. Observer et compléter le schéma Récapitulation des expériences : Que se passe-t-il quand on ajoute la solution aqueuse de permanganate de potassium dans les solutions d halogénures? Que cela prouve-t-il? En vous aidant des schémas réalisés et du paragraphe II.1, quelles espèces chimiques semblent s être formées? D où ces espèces chimiques peuvent-elles provenir? PIERRON 2011 Familles chimiques page 4)

5 Compléter la conclusion suivante : Document élève 5/8 Conclusion : Sous l action..., les ions halogénures se transforment en. Cela constitue une propriété Conclusion des expériences Les expériences précédentes montrent que les dihalogènes présentent de nombreuses similitudes tant physiques que chimiques qui sont les nommer) : o. o. o. Les halogènes ont donc des propriétés chimiques voisines, on dit qu ils forment une famille chimique. Dans la classification périodique voir page 1), les halogènes occupent l avant-dernière colonne. Compléter la conclusion suivante : Conclusion : Les éléments chimiques d une même de la classification périodique, présentent des propriétés chimiques... On dit qu ils forment Pour expliquer ces similitudes, donner la configuration électronique des éléments suivants : - Fluor : F Z = 9) : - Chlore : Cl Z = 17) : Quel point commun ces structures présentent-elles?.. Compléter la conclusion suivante : Conclusion : Les éléments chimiques d une même.. de la classification périodique, ont la même.. C est cette qui est responsable de la.. de leur ACTIVITÉ 2 : Peut-on généraliser les résultats obtenus? 1. Mise en évidence d une autre famille chimique Voici quelques informations sur le calcium, élément chimique de la seconde colonne de la classification périodique d après Wikipédia) : Le calcium est un élément chimique, de symbole Ca et de numéro atomique 20. PIERRON 2011 Familles chimiques page 5)

6 Document élève 6/8 C'est un métal qui appartient à la famille chimique des alcalino-terreux gris et mou qui ne se trouve jamais à l'état de corps pur dans la nature. Il est le cinquième élément le plus abondant de la croûte terrestre plus de 3 %) et est essentiel pour la matière organique : formation des os, des dents et des coquilles. Le calcium joue également un rôle très important en physiologie cellulaire. Voici quelques propriétés du calcium : o Le calcium peut être produit par électrolyse du fluorure de calcium mais plus couramment par réduction sous vide de la chaux CaO) par de la poudre d'aluminium. o Il brûle avec une flamme jaune-rouge ; exposé à l'air sec, il forme une couche protectrice blanche d'oxyde et de nitrure. Il réagit violemment avec l'eau dont il déplace l'hydrogène et forme alors de l'hydroxyde de calcium CaOH) 2. o Les ions calcium réagissent avec la soude pour donner un précipité. On dispose de 5 solutions aqueuses contenant toutes le même anion qui est un ion spectateur. On cherche à savoir quels sont les éléments appartenant à la même famille que le calcium. En vous aidant des informations ci-dessus, proposez un protocole expérimental permettant de répondre au problème posé. Le faire valider par le professeur. Vous présenterez vos résultats sous forme d un tableau. Vos résultats confirment-ils les conclusions du paragraphe II? Données : Les 5 solutions aqueuses disponibles sont les solutions aqueuses de : 2 - chlorure de calcium Ca 2Cl ), 2 - chlorure de magnésium Mg 2Cl ), - chlorure de sodium Na Cl ), - chlorure de potassium K Cl ) 2 - chlorure de baryum Ba 2Cl ). La soude est le nom usuel de la solution aqueuse d hydroxyde de sodium. Sa formule est Na HO ) Protocole à écrire dans le cadre ci-dessous):. Résultats : présentez vos résultats dans le tableau ci-dessous) Formule de Tube n Solution utilisée Résultat l ion à tester 2 1 Ca 2Cl ) Mg 2Cl ).. 3 Na Cl ).. 4 K Cl ) Ba 2Cl ) PIERRON 2011 Familles chimiques page 6)

7 Conclusion : Document élève 7/ Autre propriété des éléments de la deuxième colonne 2.1 Données : La phénolphtaléine est un indicateur coloré qui se présente sous la forme d'une solution incolore. En présence d'ions hydroxyde, HO -, elle prend une teinte rose violacé. 2.2 Expériences : - Avec le magnésium Plonger 1 cm de ruban de magnésium bien décapé dans un tube à essai contenant 2 ml d eau distillée. Attendre quelques instants et observer attentivement la surface du solide. Noter vos observations. Conclure Ajouter quelques gouttes de phénolphtaléine. Noter vos observations. Conclure Avec le calcium Reprendre le même protocole expérimental en insérant dan le tube à essai un petit morceau de calcium à l aide d une spatule sans le toucher avec les doigts. Noter vos observations. Conclure. Compléter la conclusion suivante : Conclusion : Les éléments chimiques de la deuxième colonne réagissent.. Au cours de cette transformation, il y a libération... Cela constitue une propriété Les éléments de la deuxième colonne forment... C est la famille des métaux alcalino-terreux PIERRON 2011 Familles chimiques page 7)

8 CONCLUSION GÉNÉRALE Document élève 8/8 Conclusion : Les éléments chimiques de la classification périodique qui appartiennent. forment.... car.... Ces éléments ont., c est donc cette couche externe qui est responsable de la. de leur. Nous devons retenir 3 noms «usuels» de famille chimique : Les éléments de la première colonne hormis l hydrogène) forment la famille chimique des métaux alcalins. Les éléments de l avant-dernière colonne forment la famille chimique des halogènes. Les éléments de la dernière colonne forment la famille chimique des gaz nobles. PIERRON 2011 Familles chimiques page 8)

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