Architecture de la matière

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1 Architecture de la matière Chapitre 1 : élément et atome Chapitre 2 : la classification périodique des éléments Chapitre 3 : molécules et solvants Cours de chimie de première période de PCSI Atomes et molécules PCSI Page 1 sur 29 DL

2 La classification périodique des éléments Objets et objectifs de ce chapitre Parcourir brièvement l histoire de la classification périodique des éléments Etudier l outil essentiel qu est la classification périodique des éléments : un tableau de 18 colonnes et 7 lignes. Que révèle la place d un élément dans la classification périodique : propriétés chimiques? Grandeurs caractéristiques? Discuter de l évolution de grandeurs atomiques parmi lesquelles la dimension des atomes et l électronégativité. Partons à l assaut de cette forteresse indestructible qu est la classification périodique des éléments Atomes et molécules PCSI Page 2 sur 29 DL

3 Le Plan du cours I HISTORIQUE DE LA CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS CHIMIQUES 6 II ETUDE DE LA CLASSIFICATION PERIODIQUE ACTUELLE LE NUMERO ATOMIQUE Z, FONDEMENT DE LA CLASSIFICATION ACTUELLE PRESENTATION ACTUELLE : PERIODES ET COLONNES DE LA CLASSIFICATION ACTUELLE LECTURES DE LA CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS 13 A. PAR BLOC 13 B. DISTINCTION METAL / NON METAL 14 C. QUELQUES FAMILLES IMPORTANTES DE LA CLASSIFICATION 15 III EVOLUTION DE QUELQUES PROPRIETES AU SEIN DE LA CLASSIFICATION LE NOMBRE DE CHARGE NUCLEAIRE EFFECTIVE, NOTEE Z* 17 A MODELISATION DE L ATOME POUR CHAQUE ELECTRON 17 A EVOLUTION DE Z* DANS LA CLASSIFICATION EVOLUTION ET PERIODICITE DE QUELQUES DIMENSIONS ATOMIQUES 19 A DEFINITION DU RAYON ATOMIQUE 19 A DEFINITION DU RAYON IONIQUE 21 C IONS ET ATOMES ISOELECTRONIQUES 21 D EVOLUTION DE LA DIMENSION ATOMIQUE EVOLUTION ET PERIODICITE DE QUELQUES GRANDEURS ATOMIQUES 25 A. DEFINITION ET EVOLUTION DE L ELECTRONEGATIVITE NOTEE χ. 25 α - définition 25 β - l échelle de PAULING (1932) 25 γ - L échelle de MULLIKEN (1934) 27 DEFINITION ET EVOLUTION DE L ENERGIE DE PREMIERE IONISATION NOTEE EI1. 27 DEFINITION ET EVOLUTION DE L AFFINITE ELECTRONIQUE AE1 28 δ - Variation dans la classification 28 III UTILISATION DE LA CLASSIFICATION PERIODIQUE : EVOLUTION DE QUELQUES PROPRIETES CHIMIQUES DANS LA CLASSIFICATION. 29 Atomes et molécules PCSI Page 3 sur 29 DL

4 Pour en savoir plus The Periodic Table: Its Story and Its Significance (Hardcover) Par Eric Scerri La classification périodique des éléments La merveille fondamentale de l'univers Paul Depovere Pour la science Juillet 2008 Le tableau périodique des éléments, d hier à demain 2 sites incontournables!! Atomes et molécules PCSI Page 4 sur 29 DL

5 Dans un supplément du New- York Times daté du 18 avril 1999, Oliver Sachs, neurologue et écrivain britannique défend l idée que «le tableau périodique est la meilleure des inventions du millénaire». Tout le monde qui nous entoure est constitué à partir de 92 briques élémentaires : les éléments chimiques, tous regroupés dans un tableau périodique parfaitement ordonné. Atomes et molécules PCSI Page 5 sur 29 DL

6 I Historique de la classification périodique des éléments chimiques Leucippe de Milet (- 490 ; - 435) «la matière granuleuse est composée d atomes qui marquent la fin du découpage». «Ils sont ténus qu il n y a pas de lame de fer assez fine pour pouvoir les couper et les diviser». Démocrite d Abdère (- 490 ; - 435) «Ces entités hypothétiques sont des atomes, indivisibles, insécables». «il y a des atomes de lait, de dos, de charbon, mais aussi de vue, de son, d âme, ces derniers étant particulièrement fins». Aristote (- 490 ; - 435) Se basant sur le principe dictant que la Nature a horreur du vide, Aristote emploie le terme d éther pour désigner le cinquième élément, composant la sphère céleste, par opposition aux quatre éléments terrestres : l eau, la terre, l air et le feu. Beaucoup plus tard, Lavoisier donne la définition de l élément : c est uns substance qui ne peut être décomposée par aucun moyen chimique». Beaucoup plus tard, plusieurs éléments chimiques nouveaux sont découverts Antoine- Laurent de Lavoisier ( ) Il définit l élément chimique : «c est uns substance qui ne peut être décomposée par aucun moyen chimique». Atomes et molécules PCSI Page 6 sur 29 DL

7 John Dalton ( ) «chaque élément est composé d atomes d un seul et unique type et ces atomes sont immuables et indestructibles mais peuvent se combiner en structures plus complexes». Les spécialistes de l histoire de la classification périodique s accordent pour reconnaître 6 découvreurs du système périodique des éléments : La vis tellurique de Beguyer de Chancourtois, en 1862 Beguyer de Chancourtois ( ) La loi des octaves de Newlands, en 1864 F Al Na Mg Si P S Cl John Newlands ( ) Atomes et molécules PCSI Page 7 sur 29 DL

8 Le tableau de Odling, en 1863 Chimiste anglais qui publie son tableau en 1864 et y place 57 des 60 éléments connus. William Odling ( ) La classification de Meyer, en 1863 Lothar Meyer ( ) Puis La spirale de Hinrichs, en 1867 Gustavus Hinrichs ( ) Puis nous arrivons au début de l année Nous sommes à Saint- Petersbourg. Le 17 février 1869, Dimitri Mendeléev propose la classification des 63 éléments connus en un tableau. Atomes et molécules PCSI Page 8 sur 29 DL

9 Les premières classifications au brouillon de Mendeléev Mendeléev Dimitri Ivanovitch Mendeléev proposa sa première classification en Il établit un classement des 63 éléments connus en un système périodique suivant l ordre de progression des masses atomiques, en regroupant les éléments ayant des propriétés voisines (ces éléments constituaient une famille), et en osant quelques permutations (Ni/Co ; Te/I par exemple). L idée géniale de Mendeléev, sa hardiesse, a été de laisser des cases vides, pour des éléments pas encore découverts, mais dont il prédit les propriétés, c est le cas par exemple du gallium et du germanium découverts quelques années plus tard. Notons que l élément chimique 101 porte le nom de Mendelévium, symbole Md. Atomes et molécules PCSI Page 9 sur 29 DL

10 Exemples : Ekasilicium : découvert en 1886 par Winkler, qui lui donnera le nom «Germanium», de symbole Ge. Ekaaluminium : découvert en 1874, par Lecoq de Boisbaudran, né à Cognac, qui a également découvert le Samarium, ou encore le Dysprosium (éthymologiquement : «difficile à atteindre»). Emile Lecoq de Boisbaudran ( ) naît à Cognac Clemens Winckler ( ) Atomes et molécules PCSI Page 10 sur 29 DL

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