Le tableau périodique

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1 SCIENCES > CHIMIE > ARTICLES > Le tableau périodique Article 0 Vous êtes sur le point lire un article en projet, il n est donc pas fini, il évoluera selon vos commentaires et remarques. La mise en page ne sera pas tout à fait celle-ci. Merci. Bonne lecture!!! Le tableau périodique Le tableau périodique ou tableau de Mendeleïev est incontournable pour les chimistes, il est très utile et permet de décrire les réactions chimiques, de calculer des quantités de matière par exemple. La première version du tableau périodique comme nous le connaissons aujourd hui a été initié par Mendeleïev un chimiste Russe du XIX ième siècle. Il fut influencé par ses visites à Paris au Laboratoire de Charles Adolphe Wurtz chef de l école atomiste. Il publia sa fameuse classification dans un article adressé à la Société chimique russe en Histoire La première version du tableau date de 1869, elle est évidemment incomplète car tous les éléments n étaient pas connus. Au XIX ième de nombreuses classifications des éléments ont été réalisées. Mendeleïev effectue son classement selon deux critères : la masse atomique des éléments et leurs propriétés physiques. En classant par masse atomique croissante les éléments il remarqua que les propriétés évoluaient périodiquement, d où son classement. Mais l envie de classer et d isoler les plus petites particules de la matière date du V ième avant Jésus-Christ, Leucippe, un philosophe grec, voulait expliquer le monde par l'existence des atomes et du vide pour tenter d'échapper aux angoisses de l'au-delà. Le mot atome vient d ailleurs du grec Atomos qui veut dire «invisible». Mais c'est Johann Dobereiner, un chimiste russe, qui a établi le premier, en 1817, un rapport entre la masse atomique des éléments et leurs propriétés puis en 1865, et le chimiste britannique John Alexander Newlands mis en évidence le caractère répétitif des propriétés des éléments. Enfin Mendeleiev proposa un classement des plus rigoureux. Le tableau va encore évoluer au début du XX ième siècle on ne prend plus en compte que le nombre de charge (noté Z) cela permet de tenir compte des propriétés physiques des éléments. La révolution vient du physico-chimiste Kasimir Fajans, il chercha une autre variable, il s inspira et étudia les travaux de H. Moseley, celui-ci travaillait sur les spectres des rayons X des espèces atomiques. Ses efforts aboutirent à la classification selon le nombre de charges positives Z du noyau, appelé numéro atomique. Officiellement le tableau se compose de 5 colonnes et de 19 lignes. Mendeleïev avait laissé des cases en prévisions de nouveaux éléments qui seraient découverts. Cette classification est actuellement préconisé par l Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée (IUPAC).

2 Chacun des éléments est représenté par un symbole composé d une ou deux lettres exemple l hydrogène est représente par un H ou le carbone par un C. Cette ou ces lettre(s) sont accompagnées du numéro atomique. Dénomination des éléments Les noms des éléments ont des origines très variées, inconnue, d usage depuis très longtemps, d autres liée aux circonstances de la découverte ou aux caractéristiques de l élément. Par exemple l Hydrogène (H) vient du fait qu il «engendre l eau» lors de sa combustion, le phosphore (P) au fait qu il «apporte la lumière», le chlore (Cl) à sa couleur «vert jaunâtre». Les chimistes ont aussi baptisés les éléments à partir du latin, rubidium (Rb) signifie rouge ;l iridium (Ir) a été nommé ainsi à cause des couleurs obtenues par sa dissolution dans les acides ou encore d un nom grec Lithium (Li) vient du latin lithos qui signifie pierre. En 1830, Nils Sefström appela vanadium (V) un élément qu il venait de découvrir en l honneur de la déesse scandinave de l amour Vanadis. Quant à l Hélium (He) il a été découvert dans le spectre de la lumière solaire : son nom vient du mots grecque signifiant soleil. D autres éléments portent le nom du lieu de leur découverte ex :le Francium (Fr), ou encore le magnésium (Mg) de Magnésia région grecque où cet élément a été découvert.

3 Le numéro atomique dépend directement du nombre d électron, à partir de l élément 104 la communauté scientifique a décidé d attribuer systématiquement un nom aux nouveaux éléments en attendant d attribuer la découverte de l élément et de lui donner un nom plus élaboré. Le classement des éléments Les éléments sont classés en famille, les éléments d une même colonne ont des propriétés physiques proches ;cela s explique par le fait qu ils ont le même nombres d électrons sur leur couche périphérique ou couche de valence. Les atomes sont groupés en : - métaux : à gauche - non-métaux : à droite - semi-métaux : entre les deux précédents (B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po) - les métaux de transition (colonnes 3 à 12) - les lanthanides : Z = 57 à 71 - les actinides : Z = 89 à 103 Certains éléments d'une même colonne ont reçu des noms : 1 : métaux alcalins 2 : métaux alcalino-terreux (Ca, Sr, Ba, Ra) 16 : chalcogènes 17 : halogènes 18 : gaz nobles Plus le nombre atomique Z (nombre de protons) est élevé, plus les noyaux sont gros. Plus le rapport N/Z (nombre de neutrons sur nombre de protons) est loin de la courbe de stabilité, plus le noyau est instable : il va émettre des particules pour se rapprocher des valeurs stables. On dit qu'il est radioactif.

4 Eléments et atomisme On peut classer les éléments selon quatre catégories suivant leur configuration électronique. Les électrons étant les particules se déplaçant autour du noyau. On organise ces électrons selon différentes couches : couche s, p, d, f et g en chimie quantique ou K, L, M et N en chimie classique. Modèle de Bohr La couche K (commune à tous les éléments chimiques) possède jusqu'à deux électrons. Toutes les couches suivantes possèdent jusqu'à huit électrons. Le nombre de couches d'un atome dépend donc du nombre d'électrons de cet atome. Ainsi, un atome d'hydrogène, qui possède un seul électron, n'a que la couche K qui est partiellement remplie. Pour un atome d'hélium, qui a deux électrons, ceux-ci sont répartis dans la couche K qui est entièrement remplie. Par conséquent, l'atome de lithium, qui a trois électrons, a une couche K remplie, et une couche L qui contient le troisième électron. Une couche est dite saturée si elle contient son nombre maximum d'électrons. La couche K des atomes d'hélium et de lithium est donc saturée. Hydrogène Z=1 donc configuration (K) 1 Hélium Z=2 donc configuration (K)² Lithium Z=3 donc configuration (K)² (L) 1 Oxygène Z=8 donc configuration (K)² (L) 6 Chlore Z=17 donc configuration (K)² (L) 8 (M) 7 Modèle quantique Les électrons se rangent dans des cases qui admettent deux électrons par case je ne vais pas expliquer ceci en détail cela serai un peu fastidieux. Il faut juste retenir que plus on a d électrons plus on remplie de cases quantiques. Le chiffre en bleu correspond au numéro de la couche il y en a donc 7 Le chiffre en exposant correspond au nombre d électrons dans la sous couche Les éléments s Les éléments ayant un ou deux électrons sur leur couche externe Hydrogène 1s 1 et hélium 1s 2 ; le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium, le césium et le francium ont un électron sur leur sous couche externe s. Le béryllium, le magnésium, le calcium, le strontium et le baryum ont 2 électrons sur leur sous couche externe s. Configuration du Calcium (Ca) Z=20 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

5 Les éléments p Les éléments p ont entre 1 et 6 électrons dans la sous-couche p. Appartiennent à cette catégorie les éléments des colonnes 13 à 18. Configuration de l azote (N) Z=7 1s 2 2s 2 2p 3 Les éléments d Les éléments appartenant à cette catégories sont dans les colonnes 3 à 12, ils ont entre 1 et 10 électrons dans la sous-couche d. Configuration du fer (Fe) Z=26 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Notion complémentaire les isotopes Un isotope est un corps simple ayant le même numéro atomique (nombre de protons) qu'un autre, des propriétés chimiques presque identiques (même élément chimique), mais une masse atomique différente. On peut illustrer simplement cette notion par le carbone : et le carbone 14 est minoritaire naturellement, l espèce majoritaire est donc le carbone et 12 étant les masses atomiques. L intérêt majeur de l isotope est le fait que la proportion entre les deux varie au court du temps ceci va permettre de dater un organisme ou un objet contenant du carbone. Conclusion Le tableau périodique peut être exploité et utilisé de multiple façon. C est un fondamental de la chimie moderne. De nombreuses propriétés évoluent dans le tableau on peut citer par exemple l électronégativité. Officiellement 109 éléments sont présents dans le tableau périodique, il n existe a priori aucune borne au nombre existant d éléments, ce tableau n est donc pas figé et évolue au fil de l histoire et des découvertes. *** Liens associés : Tableau virtuel de la cité des sciences de Paris La cité des sciences de Paris nous propose un tableau très intéressant comportant une foule d informations très utiles et intéressantes. On voit ainsi l atome en représentation et l élément dans sa forme physique. Le tableau périodique du Fonds de Formation de l'industrie Chimique Tableau ressemblant au précédent, bien que plus soft et donnant une application concrète de chacun des éléments. Spi-Periodic table une autre façon de représenter le classement des éléments (site en Anglais), ce site utilise flash. Astuce : Il est souvent bien pratique de connaître les 2 premières lignes du tableau, certains diront que c est inutile pour les autres voici l astuce, c est une phrase mnémotechnique. Lili Bêche Bien Chez Notre Oncle Fernand Nestor Lithium, Béryllium, Bore, Carbone, Azote, Oxygène, Fer, Néon Napoléon Mangeait Allègrement Six Poulets Sans Claquer d Ar Argent Sodium, Magnésium, Aluminium, Silicium, Phosphore, Soufre, Chlore, Argon Réagir à l article Signaler une erreur Contacter l auteur Sciencerama 2006