Classification périodique et répartition des électrons

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1 Classification périodique et répartition des électrons Contrairement aux réactions nucléaires, les réactions chimiques font intervenir les électrons qui gravitent autour du noyau. Or on a vu dans le TP précédent que les éléments chimiques situés dans une même colonne du tableau de Mendeleïev constituent une famille chimique car ils présentent des propriétés chimiques semblables. Ces constatations induisent la question suivante : les atomes des éléments d une même colonne de la classification présenteraient-ils des similitudes au niveau de l organisation de leurs électrons? On va utiliser les résultats de la physique quantique (science développée au XX ème siècle) pour répondre à cette question. I. Ce que nous apprend la physique quantique : Couches électroniques : Les électrons sont répartis en «couches» autour du noyau ; les électrons d une même couche sont liés de la même manière au noyau. Noms des couches : La couche sur lesquelles on trouve les électrons les plus liés, est la couche K Puis, dans l ordre, on a les couches L, M, N, O. Nombre d électrons sur chaque couche : La couche K admet au maximum 2 électrons L M Structure électronique : Les électrons sont d abord répartis sur la première couche (couche K) ; lorsqu elle est saturée, on passe à la couche L et ainsi de suite, jusqu à ce que tous les électrons soient répartis. On obtient alors la structure électronique de l atome, notée de façon suivante : Cas du soufre : S (Z=16) K 2 L 8 M 6 On appelle couche externe la dernière couche remplie. II. Structure électronique des atomes des 20 premiers éléments de la classification : a. Donner la structure électronique des atomes correspondant aux 20 premiers éléments du tableau périodique en utilisant les règles établies par la physique quantique

2 H Répartition électronique des 20 premiers atomes de la classification périodique He Li B Be C N O F Ne K 2 L 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar K 2 L 8 M 6 K 2 L 8 K Ca K 2 L 8 M 6 N 1 Appeler le professeur pour vérifier

3 b. Que remarque-t-on pour les atomes des éléments d une même colonne? d une même ligne? (Compléter les phrases suivantes) Les atomes d une même colonne ont le même. (Remarque : il existe une exception à cette règle. Pour quel élément?) Les atomes d une même ligne ont le même. c. Conséquences : A quoi correspond le numéro d une colonne? (à une exception près, lequel?) A quoi correspond le numéro d une ligne? d. Quelle est la particularité de la structure électronique des atomes des éléments de la dernière colonne? Le cas de l hélium peut-il toujours être considéré comme une exception? Justifier. III. Régles de l octet (duet) Dans la nature, les atomes existent rarement en tant qu atomes individuels. Ils s associent pour former des molécules, des composés ioniques ou des métaux ; on dit que les éléments ont alors une structure «stable». On se propose de déterminer quelques règles simples de «stabilité» pour certains éléments. On va donc essayer d expliquer, à partir des connaissances vues jusqu à présent, pourquoi l élément chlore, par exemple, se trouve la plupart du temps sous la forme de chlorure Cl - et non Cl D après les résultats précédents, à quoi peut-on attribuer les propriétés chimiques des éléments?

4 2. Que peut-on dire de la réactivité chimique des atomes qui possèdent 8 électrons sur leur dernière couche (2 dans le cas de l hélium)? 3. Après avoir établi la liste des ions monoatomiques (classés par numéro atomique Z croissant) qui correspondent à certains des éléments du tableau simplifié, remplir le tableau suivant Symbole de Nombre d électrons autour du noyau de Structure électronique de Atome le plus proche ayant la même configuration Li + O 2- Na + Mg 2+ Al 3+ Cl - Ca Que constate-t-on? 5. Proposer un énoncé de la «règle de l octet» qui justifie l existence des ions monoatomiques des 20 premiers éléments du tableau? 6. Pour quoi parle-t-on de règle du duet dans le cas des éléments H, Li, B et Be?

5 IV. Applications 1. Donner la structure de l atome de chlore, sachant que l élément chlore est situé dans la 7 ème colonne et la 3 ème ligne de la classification. Expliquer la démarche. Même question pour le carbone situé dans la 2 ème ligne et la 4 ème colonne de la classification. 2. On considère un atome de numéro atomique 14. Situer l élément correspondant à cet atome dans le tableau (expliquer la démarche) 3. La formule (ou structure) électronique d un ion porteur de 2 charges élémentaires positives est (K) 2 (L) 8 (M) 8. Situer l élément correspondant à cet ion dans la classification (expliquer la démarche). De quel élément s agit-il? Donner la formule de. 4. Un élément donne des ions porteurs d une charge élémentaire qui possède la même structure électronique que l argon. Peut-on l identifier sans ambiguïté?