TP : La classification périodique des éléments.

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1 TP : La classification périodique des éléments. A) Etude historique : Dans les années 1860, un professeur de chimie d'une lointaine université, à Saint-Pétersbourg, Dimitri Ivanovitch MENDELEIEV ( ) cherche en vain un manuel acceptable pour former ses étudiants à la chimie générale. Il décide alors de rédiger son propre manuel, qu'il publie entre 1869 et Son titre «Principes de la chimie» n'a rien d'original mais il reflète l'esprit de l'époque: la chimie n'est plus comme au 18ème siècle la science des principes ou éléments (comme la terre, l'air, le feu ou le phlogistique*). Elle est une science à principes, c'est à dire qu'elle repose sur un petit nombre d'énoncés de base et sur quelques lois générales. Mendeleïev n'est ni le premier ni le dernier à essayer de classer les éléments. D'autres professeurs ont eu le même souci à la même époque et sont parvenus à des systèmes de classification plus ou moins élaborés. *Le phlogistique est un fluide imaginé par les anciens chimistes pour expliquer la combustion. Extrait du Bulletin de l'union des Physiciens DOCUMENT C'est en 1869 que Mendeleiev publia son premier travail sur la classification des éléments. Il disposait des 63 éléments alors connus et il conçut un tableau tenant compte de sa conviction que les propriétés des éléments dépendaient d'une manière périodique de leurs poids atomiques (en réalité leur masse atomique). Ce tableau a été revu à plusieurs reprises. Vous allez utiliser les critères de classement retenus par Mendeleïev pour construire votre propre tableau de classification des éléments. Dans les séries horizontales vous placerez les éléments par masse atomique croissante, leurs propriétés évoluant graduellement. Les colonnes verticales du tableau correspondront à des «familles» d'éléments présentant entre eux des ressemblances chimiques. 1) Etude préliminaire : Lire attentivement le document ci-dessus puis répondre aux questions suivantes: a) Quels sont les deux critères à prendre en compte pour classer les éléments chimiques?les deux critères à prendre en compte pour classer ces éléments chimiques sont la masse atomique et les propriétés chimiques b) Quel est le critère mesurable et celui qui est beaucoup moins rigoureux?le critère mesurable est la masse atomique et celui qui est beaucoup moins rigoureux est une propriété chimique1pt 2) Elaboration de la classification : Le «jeu de cartes» a) Observer les huit cartes : brome, carbone, chlore, fluor, lithium, potassium, oxygène et sodium puis les classer en s inspirant des travaux de Mendeleïev. Faire vérifier par le professeur.

2 b) Après avoir classé ces huit cartes, compléter le tableau avec 5 cartes supplémentaires : azote, béryllium, hydrogène, magnésium et iode. c) Répondre aux questions suivantes : Combien de famille d éléments contient ce tableau?ce tableau contient ( 4) 6 colonnes donc (4) 6 familles 1pt Comment sont classés les éléments sur une même ligne? Sur une même ligne, les éléments sont classés par masse atomique croissante 1pt d) Recopier ce tableau (dessiner les lignes, les colonnes, écrire seulement le nom et le symbole de l élément dans la case). Hydrogène H Lithium Li Béryllium Be Carbone C Azote N Oxygène O Fluor F Sodium Na Magnésium Mg Chlore Cl Potassium K Brome Br Iode I B) La famille des halogènes : 1. La famille des halogènes constitue la 17 ème colonne de la classification périodique des éléments. a) En s aidant d une classification complète, notez les quatre premiers éléments de cette famille. Le fluor F, le chlore Cl, le brome Br, l Iode I 1pt b) Etablir la structure électronique des deux premiers éléments. Que remarque-t-on? F : Z = 9 (K) 2 (L) 7 Cl : Z = 17 (K) 2 (L) 8 (M) 7 On remarque que la couche électronique externe de ces atomes contient le même nombre d électrons 3pts c) Quels sont les ions obtenus à partir des éléments de cette famille? Justifiez. Pour satisfaire à la règle de l octet et obtenir une couche électronique externe saturée, les atomes de la famille des halogènes vont capter un électron. On obtiendra les ions fluorure F -, chlorure Cl -, bromure Br -, iodure I - 2. Action des ions argent Ag + sur les ions Cl -, Br -, I -. Verser dans un tube à essais 2 cm 3 (2 cm de hauteur) d une solution de chlorure de potassium (K + + Cl ), dans un 2 ème tube à essais verser 1 cm 3 (1 cm de hauteur) d une solution de bromure de potassium (K + + Br )

3 et dans un 3 ème tube, 1 cm 3 d une solution d iodure de potassium (K + + I ). Ajouter quelques gouttes d une solution de nitrate d argent (Ag + + NO 3 ) dans chacun des tubes. a) Faire un schéma, noter les observations Schémas 1pt On obtient dans les trois cas la formation d un précipité blanchâtre qui noircit à la lumière 1pt b) Que peut-on dire du comportement de ces 3 ions vis à vis d une solution de nitrate d argent? le comportement de ces trois ions est identique en présence des ions argent Ag + 1pt c) Ecrire les 3 équations bilan ( les ions nitrate NO 3 ne réagissent pas). (K + + Cl - )+ (Ag + + NO 3 - ) Ag Cl + K + + Cl - Cl - + Ag + Ag Cl (K + + Br - )+ (Ag + + NO 3 - ) Ag Br + K + + Cl - Br - + Ag + Ag Br bromure d argent bromure d argent (K + + I - )+ (Ag + + NO 3 - ) Ag I + K + + Cl - I - + Ag + Ag I Iodure d argent 3pts C) La famille des alcalino-terreux : Les éléments calcium Ca et magnésium Mg : 1 ) Caractérisation des ions hydroxyde HO (ou OH ): - Qu observe-t-on quand on verse quelques gouttes de phénolphtaléine dans un tube à essais contenant

4 - 1 cm 3 d une solution de soude (Na + ;OH ) (cette solution contient des ions OH )? On observe une coloration rose foncé - Qu observe-t-on quand on verse quelques gouttes de phénolphtaléine dans un tube à essais contenant - 1 cm 3 d eau? Il ne se passe rien - Conclusion : Quel réactif utilise-t-on pour détecter la présence d ions hydroxyde OH? on utilise la phénol phtaléine 2) Réaction avec le magnésium Mg : a) Dans un tube à essais contenant 2 cm 3 d eau distillée, introduire un petit morceau (environ 1,5 cm) de magnésium métallique Mg après l avoir poncé (il doit briller). Qu observe-t-on? Il se forme de petites bulles de gaz au contact du magnésium 1pt b) Ajouter quelques gouttes de phénolphtaléine, quelle espèce s est-elle formée? Justifier la réponse. Le mélange devient rose, il s est donc formé des ions hydroxyde HO - 1pt c) Pour accélérer la réaction, introduire 1 ml d une solution d acide chlorhydrique et boucher. Après 3 minutes, présenter une allumette à l entrée du tube à essais. Que se passe-t-il? Une détonation 1pt Quel peut être ce gaz qui détonne en présence d'une flamme? C est le dihydrogène H 2 1pt d) Donnée : Mg D'après la règle de l'octet, sous quelle forme l élément magnésium est-il plus stable? L élément magnésium est plus stable sous sa forme ionique Mg 2+ 1pt En déduire ce que sont devenus les atomes de magnésium. Les atomes de magnésium se sont transformés en ion magnésium Mg 2+ 1pt e) Conclusion : Quelles sont les 3 espèces qui se sont formées lors de la réaction entre le magnésium et l eau? Mg 2+, HO -, et H 2 1,5pts Ecrire l équation-bilan de la réaction du magnésium Mg sur l eau H 2 O : Mg + 2H 2 O Mg HO - + H 2 1.5pts

5 3) Réaction avec le calcium Ca: Donnée : Structure électronique de l atome de calcium 20 Ca(K) 2 (L) 8 (M) 8 (N) 2 a) Dans un tube à essais contenant 2 cm 3 d eau distillée, introduire quelques copeaux de calcium métallique Mg. Boucher le tube à essais. Ajouter quelques gouttes de phénolphtaléine ; Qu observe t on? Qu elle est l espèce formée? On observe une coloration rose.il s est formé des ions hydroxyde HO - b) D'après la règle de l'octet, sous quelle forme l élément calcium est-il plus stable? L ion Calcium Ca 2+ est plus stable que l atome de calcium. En déduire ce que sont devenus les atomes de calcium. Ils se sont transformés en ions calcium Ca 2+ c) Peut-on dire que cette réaction présente des points communs avec la précédente? Si oui, lesquels? Le calcium et le magnésium réagissent tous deux avec l eau en formant des ions hydroxyde et du dihydrogène d) Conclusion : Ecrire l équation-bilan de la réaction du calcium Ca sur l eau H 2 O. Ca + 2H 2 O Ca HO - + H 2