CHIMIE DES GROUPES PRINCIPAUX

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1 But CHIMIE DES GROUPES PRINCIPAUX Le but de ce TP est de mettre en évidence les réactions typiques des éléments des groupes principaux du tableau périodique suivant les différents états d oxydation qu ils peuvent atteindre. Rappels théoriques La chimie des groupes principaux est dominée par la tendance d un élément à atteindre son état d oxydation minimal ou maximal de sorte que sa dernière couche électronique soit complète. On peut ainsi établir la configuration électronique de chaque élément pour chaque état d oxydation possible (voir tableau en annexe 1). Cependant, il faut noter que certains éléments (ceux dans la partie inférieure droite du tableau périodique) ont plutôt tendance à former des états d oxydation intermédiaire pour lesquels le nombre d électron dans la couche de valence est pair. Les éléments principaux forment globalement des espèces anioniques en solution aqueuse (exception faite des deux premiers groupes). Enfin, certains éléments préfèrent se lier de façon covalente et forment ainsi de longues chaînes stables : on parle de caténation. C est le cas du bore, du carbone, du silicium, du phosphore, du soufre Toxicité des produits Cf. annexe 2 Partie expérimentale a) Manipulation Nous devons synthétiser le dithionate de potassium K 2 S 2 O 6, composé faisant principalement intervenir des éléments du groupe VI. 4,0 g de dioxyde de manganèse (MnO 2 ) sont dissous dans 50 ml d eau que l on verse dans un erlenmeyer de 300 ml. La solution est alors noire. La solution est refroidie à 5 C dans un bain de glace. Puis on ajoute à intervalles de 20 minutes, 20 ml d une solution de 19g de pyrosulfite de potassium (K 2 S 2 O 5 ) dans 60 ml d eau. La solution est vigoureusement agitée durant toute l addition et elle est également maintenue à 5 C. La solution s éclaircit progressivement : elle devient grise. Le précipité noir de K 2 SO 3 MnSO 3 est filtré sur Büchner et le filtrat est porté à ébullition. Le filtrat est progressivement évaporé jusqu à ce qu il reste environ 50 ml de solution. Finalement, on refroidit à nouveau la solution à 5 C pour que des cristaux de K 2 S 2 O 6 se forment. Les cristaux sont lavés et séchés. La masse finale de produit sec est de g. b) Interprétation 1

2 Conclusion Annexes Annexe 1 : Tableau des configurations électroniques de chaque élément en fonction de son état d oxydation Annexe 2 : Tableau de toxicité des réactifs de l expérience 2

3 Classe de composé Elément Etat d'oxydation Configuration électronique Alcalins Li + I [He] Na + I [Ne] K + I [Ar] Rb + I [Kr] Cs + I [Xe] Fr + I [Rn] Alcalino-terreux Be + II [He] Mg + II [Ne] Ca + II [Ar] Sr + II [Kr] Ba + II [Xe] Ra + II [Rn] Terreux B + III [He] Al + III [Ne] Ga + III [Ar] 3d10 In + III [Kr] 4d10 Tl + III [Xe] 4f14 5d10 Groupe du carbone C + IV [He] Si + IV [Ne] Ge + IV [Ar] 3d10 Sn + IV [Kr] 4d10 Pb + IV [Xe] 4f14 5d10 C + II [He] 2s2 Si + II [Ne] 3s2 Ge + II [Ar] 3d10 4s2 Sn + II [Kr] 4d10 5s2 Pb + II [Xe] 4f14 5d10 6s2 C 0 [He] 2s2 2p2 Si 0 [Ne] 3s2 3p2 Ge 0 [Ar] 3d10 4s2 4p2 Sn 0 [Kr] 4d10 5s2 5p2 Pb 0 [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2 C - IV [Ne] Si - IV [Ar] Ge - IV [Kr] Sn - IV [Xe] Pb - IV [Rn] Groupe de l'azote N + V [He] P + V [Ne] As + V [Ar] 3d10 Sb + V [Kr] 4d10 3

4 Bi + V [Xe] 4f14 5d10 N + IV [He] 2s1 P + IV [Ne] 3s1 As + IV [Ar] 3d10 4s1 Sb + IV [Kr] 4d10 5s1 Bi + IV [Xe] 4f14 5d10 6s1 N + III [He] 2s2 P + III [Ne] 3s2 As + III [Ar] 3d10 4s2 Sb + III [Kr] 4d10 5s2 Bi + III [Xe] 4f14 5d10 6s2 N + II [He] 2s2 2p1 P + II [Ne] 3s2 3p1 As + II [Ar] 3d10 4s2 4p1 Sb + II [Kr] 4d10 5s2 5p1 Bi + II [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p1 N + I [He] 2s2 2p2 P + I [Ne] 3s2 3p2 As + I [Ar] 3d10 4s2 4p2 Sb + I [Kr] 4d10 5s2 5p2 Bi + I [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2 N 0 [He] 2s2 2p3 P 0 [Ne] 3s2 3p3 As 0 [Ar] 3d10 4s2 4p3 Sb 0 [Kr] 4d10 5s2 5p3 Bi 0 [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3 N - I [He] 2s2 2p4 P - I [Ne] 3s2 3p4 As - I [Ar] 3d10 4s2 4p4 Sb - I [Kr] 4d10 5s2 5p4 Bi - I [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p4 N - II [He] 2s2 2p5 P - II [Ne] 3s2 3p5 As - II [Ar] 3d10 4s2 4p5 Sb - II [Kr] 4d10 5s2 5p5 Bi - II [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p5 N - III [Ne] P - III [Ar] As - III [Kr] Sb - III [Xe] Bi - III [Rn] Chalcogènes O + VI [He] S + VI [Ne] Se + VI [Ar] 3d10 4

5 Te + VI [Kr] 4d10 Po + VI [Xe] 4f14 5d10 O + V [He] 2s1 S + V [Ne] 3s1 Se + V [Ar] 3d10 4s1 Te + V [Kr] 4d10 5s1 Po + V [Xe] 4f14 5d10 6s1 O + IV [He] 2s2 S + IV [Ne] 3s2 Se + IV [Ar] 3d10 4s2 Te + IV [Kr] 4d10 5s2 Po + IV [Xe] 4f14 5d10 6s2 O + III [He] 2s2 2p1 S + III [Ne] 3s2 3p1 Se + III [Ar] 3d10 4s2 4p1 Te + III [Kr] 4d10 5s2 5p1 Po + III [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p1 O + II [He] 2s2 2p2 S + II [Ne] 3s2 3p2 Se + II [Ar] 3d10 4s2 4p2 Te + II [Kr] 4d10 5s2 5p2 Po + II [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2 O + I [He] 2s2 2p3 S + I [Ne] 3s2 3p3 Se + I [Ar] 3d10 4s2 4p3 Te + I [Kr] 4d10 5s2 5p3 Po + I [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3 O 0 [He] 2s2 2p4 S 0 [Ne] 3s2 3p4 Se 0 [Ar] 3d10 4s2 4p4 Te 0 [Kr] 4d10 5s2 5p4 Po 0 [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p4 O - I [He] 2s2 2p5 S - I [Ne] 3s2 3p5 Se - I [Ar] 3d10 4s2 4p5 Te - I [Kr] 4d10 5s2 5p5 Po - I [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p5 O - II [Ne] S - II [Ar] Se - II [Kr] Te - II [Xe] Po - II [Rn] Halogènes F + VII [He] Cl + VII [Ne] 5

6 Br + VII [Ar] 3d10 I + VII [Kr] 4d10 At + VII [Xe] 4f14 5d10 F + V [He] 2s2 Cl + V [Ne] 3s2 Br + V [Ar] 3d10 4s2 I + V [Kr] 4d10 5s2 At + V [Xe] 4f14 5d10 6s2 F + III [He] 2s2 2p2 Cl + III [Ne] 3s2 3p2 Br + III [Ar] 3d10 4s2 4p2 I + III [Kr] 4d10 5s2 5p2 At + III [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2 F + I [He] 2s2 2p4 Cl + I [Ne] 3s2 3p4 Br + I [Ar] 3d10 4s2 4p4 I + I [Kr] 4d10 5s2 5p4 At + I [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p4 F - I [Ne] Cl - I [Ar] Br - I [Kr] I - I [Xe] At - I [Rn] 6

7 Produit Dioxyde de manganèse Disulfite de potassium Chlorure de Potassium Formule moléculaire Classe de toxicité Inflammabilité Irritabilité Dangereux par inhalation, ingestion Dangereux pour les yeux MnO2 5 Non Oui Oui Oui K2S2O5 3 Non Provoque de graves brûlures K'Cl 5 Non Oui Oui Oui Oui Oui Précautions Eviter contact avec les yeux En cas de contact avec un acide, dégage des gaz toxique, porter gants, blouse et lunettes de protection Porter un vêtement de protection approprié Bromure de sodium NaBr 3 Non Oui Oui Oui Hygroscopique, ne pas respirer les poussières, éviter le contact avec la peau et les yeux Ethanol C2H5OH Libre Oui Non Non Non Conserver le récipient bien fermer à l'écart de toute source d'étincelles Iodure de potassium KI 4 Non Oui Oui Oui Ne pas respirer les gaz, porter vêtement approprié, gants 7