CORRIGE du TP n 8 Chapitre 4 La classification périodique des éléments chimiques

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1 CORRIGE du TP n 8 Chapitre 4 La classification périodique des éléments chimiques Objectifs : Objectifs : (Re)Construire le tableau de classification périodique des éléments selon la méthode historique de Mendeleiev. Construire le tableau de classification périodique des éléments selon la méthode "moderne". Vérifier la "périodicité" des propriétés chimiques de certains éléments chimiques. I) Construction du historique de la classification périodique des éléments 1) Le génie de Mendeleiev Dix septième enfant de la famille Mendeleiev, Dimitri vient au monde en Très jeune, il se passionne pour la chimie. Il assiste au premier congrès international de la chimie, en 1860, où des scientifiques se réunissent nombreux pour la première fois, et où de nouvelles idées sur les propriétés chimiques des éléments sont présentées, grâce à l'avancée des techniques du XIXème siècle. Vivement intéressé, il se met au travail et présente, dès 1869 une première classification des éléments basée sur une loi de périodicité... Mendeleiev constate en effet qu'en rangeant les 63 éléments connus alors à l'époque, par masse atomique croissante, il retrouve, à intervalles réguliers, des éléments dont les propriétés chimiques sont proches. Dans son tableau, il les regroupe en famille, suivant des lignes. Les éléments d'une même famille ont des propriétés chimiques voisines. Pour respecter les propriétés chimiques, il est obligé de faire quelques inversions (Exemple : iode I et tellure Te). Il laisse également des cases vides, supposant à priori, qu'elles devraient correspondre à des éléments chimiques encore inconnus, dont il va prévoir les propriétés! Son travail n'a été reconnu que lorsque ces éléments "manquants" ont finalement été découverts avec les propriétés prévues par Mendeleiev! 1. Combien d'éléments Mendeleiev s'est il "contenté" de classer? 63! C'étaient les seuls éléments connus par lui à l'époque Dans son tableau, que range Mendeleiev : Dans une colonne? Il range les éléments par masse atomique croissante selon les colonnes. Dans une ligne? Il range les éléments par famille selon les lignes, c'est à dire ceux qui ont des propriétés chimiques voisines. 3. Citer, dans sa classification périodique, 2 éléments inversés. Pourquoi a t'il effectué cette inversion? Le Tellure et l'iode ont subi une inversion, pour respecter la notion de famille et

2 qu'ils soient donc classés avec les autres éléments de même propriété chimique (donc dans une même ligne). 4. Comment Mendeleiev justifia les places vides dans son tableau? Il a eu la confiance suffisante dans sa classification pour énoncer que les lacunes de son tableau correspondait aux éléments chimiques encore inconnus à l'époque, et cela s'est avéré exact Quand a t-on, cette année, utilisé la notion de "période"? Lorsqu'on a parlé de signaux périodiques, qui se répètent dans le temps et dans l'espace (ondes sinusoïdales, par exemple) 6. Quelle idée se cache derrière cette notion de période? L'idée de répétition à l'identique d'un phénomène... Expérience n 1 (à faire par les élèves) Dans un tube à essais propre, verser environ 2 ml (~2 cm de hauteur dans le tube) de solution aqueuse contenant des ions Chlorure (Cl - ), à l'aide d'une pipette pasteur propre, à usage unique! Ajouter ensuite quelques gouttes de solution de nitrate d'argent dans ce tube. Observer et décrire ce qu'on voit : que se forme t'il? Observation 1 : Observation 2 : Observation 3 : les trois expériences montrent qu'il se forme un précipité de couleur entre blanchâtre et jaunâtre, qui noircit à la lumière Que peut on en conclure quant à cette expérience et à ces 3 observations (en pensant à ce que "cherchait" à faire Mendeleiev...)? Que les 3 éléments Chlore, Brome, Iode, se comportent chimiquement de manière voisine. Voisine seulement, car il se forme bien à chaque fois un précipité, mais pas de couleur rigoureusement identique, voisine seulement, avec ce trait commun de noircir à la lumière...

3 8. Qu'en déduire quant à la propriété chimique des 3 éléments présentés (Cl, Br, I)? Ils doivent donc être de la même famille, comme Mendeleiev les définissait. 9. Comment doivent ils être alors classés dans le tableau périodique de Mendeleiev? Ils doivent donc être rangés dans une même ligne... Expérience n 2 (à faire par le professeur) Protocole : m 1. On met de l'eau dans un cristallisoir. Bout de 2. On ajoute quelques gouttes de Sodium phénolphtaléine. 3. On place, à l'aide de pinces, un bout de dégagement de fumée plaque de protection sodium 4. On couvre immédiatement avec une plaque de protection pour éviter les cristallisoir projections. Observations : On constate un dégagement gazeux (bulles de gaz) qui propulsent le bout de sodium qui semble réagir, car il disparaît peu à peu. La preuve de la réaction étant qu'un gaz est produit et que la solution aqueuse se colore en rose (devient donc basique)... Des espèces chimiques apparaissent et le sodium, lui, s'est transformé. Conclusion : 10.Quels éléments chimiques ici utilisés partagent dans cette expérience les mêmes propriétés chimiques? Le Sodium et le Potassium. 11.Où devront il se situer l'un par rapport à l'autre dans la classification périodique? Dans une même ligne. 1) Construction du tableau généralisation On dispose d'un jeu de 15 cartes "d'identité" d'éléménts chimiques établies par Dimitri Mendeleiev avec ses connaissances de l'époque : sur ces cartes figurent, par exemple, les propriétés physiques, chimiques (ses capacités à réagir avec d'autres espèces chimiques), les corps que l'élément considéré peut former avec d'autres éléments... On va essayer, comme Mendeleiev à son époque, de former des familles d'éléments dont les "propriétés" se ressemblent, et pour cela il faut comparer les informations figurant sur ces cartes... et établir une première version de sa classification Dans le tableau ci-contre, tenter de classer les 15 éléments chimiques dont on possède la "carte", en respectant les critères historiques que Mendeleiev a formulés...

4 II)Construction actuelle (moderne) de la classification périodique des éléments 1) Critères actuels de la classification périodiques des éléments. Les éléments chimiques sont classés par numéro atomique croissant. Les éléments dont les atomes ont le même nombre d'électrons sur leur couche externe (dite de "valence") sont regroupés dans une même colonne. Une nouvelle ligne est commencée chaque fois qu'une nouvelle couche électronique se remplit. 13.Pour les 18 éléments chimiques suivants, donner la structure électronique (écriture en (K)(L)... ) des éléments chimiques correspondants. H Li Na K Be Mg Al C N O F Cl Br I Element Al Ar B Be C Cl F H He Z Structure Electronique (K) 2 (L) 8 (M) 3 (K) 2 (L) 8 (M) 8 (K) 2 (L) 3 (K) 2 (L) 2 (K) 2 (L) 4 (K) 2 (L) 8 (M) 7 (K) 2 (L) 7 (K) 1 (K) 2 Element Li Mg N Na Ne O P S Si Z Structure Electronique (K) 2 (L) 1 (K) 2 (L) 8 (M) 2 (K) 2 (L) 8 (K) 2 (L) 8 (M) 1 (K) 2 (L) 8 (K) 2 (L) 6 (K) 2 (L) 8 (M) 5 (K) 2 (L) 8 (M) 6 (K) 2 (L) 8 (M) 14.Compléter le tableau périodique ci-dessous en respectant les critères actuels de classification. Cette fois-ci, on va trouver les éléments qui ont 1 couche sur la 1ère ligne, ceux qui en ont 2 sur la 2ème, etc... Ensuite, sur une même ligne, le n de la colonne sera le nombre d'électrons externes (sur la couche de valence). 16.Quels éléments Mendeleiev ne connaissait pas à son époque? Pour quelle raison? Les gaz rares, car ils ont naturellement leurs couches complètes, et donc ne forment pas d'ions ni ne réagissent avec d'autres éléments : ils sont naturellement stables et n'ont donc besoin de rien! Qui plus est, ce sont des gaz, et donc, ils ne sont pas faciles à isoler Comment expliquer la périodicité des propriétés chimiques des éléments rencontrée dans le tableau? Car les structures en couches se répètent, couche après couche...

5 15.Griser les cases qui ne peuvent être remplies. H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Br 18.Quelle est la différence principale entre le tableau de Mendeleiev et le tableau actuel? Le tableau actuel a été renversé, il est devenu vertical, et donc les familles de Mendeleiev sont devenues des colonnes... Conclusion : Au début de son ouvrage sur les principes de la chimie, Mendeleiev se pose la question suivante : "Quelle est la cause de l'analogie et quel est le rapport des groupes d'éléments entre eux?" 19.Pouvait il réellement répondre à cette question? Pourquoi? Non, car il ne connaissait pas les structures atomiques, en couches, ni les électrons, ni les autres particules du noyau... numéro atomique (Z) colonne couche électronique