La classification périodique

Transcription

1 CHAPTRE La classification périodique ntroduction Les chimistes ont toujours cherché les tendances et les similitudes dans les propriétés et les réactions des différents corps purs dont ils disposaient La nécessité de classer les corps est apparue dès la fin du XX e siècle, la classification périodique actuelle est une amélioration de celle de Mendeleiev, datant de 869 Plan du chapitre A Historique 0 B La classification périodique des éléments Définition d un élément 2 Présentation 3 Structure en blocs 4 C Évolution de quelques propriétés atomiques 4 Énergie d ionisation d un atome (E) 5 2 Affinité électronique (AE) 6 3 Électronégativité ( ) 6 D Évolution de quelques propriétés chimiques 8 Caractère acido-basique des oxydes 8 2 Propriétés des chlorures des éléments de la 2 e et 3 e période 9 9

2 Critiques contre les octaves de Newlands : il assurait que tous les éléments étaient découverts (en 866, seuls 56 éléments étaient connus) ; pour obtenir la répétition des octaves, il était obligé de mettre deux éléments dans la même case, Ni et Co ; Ce et La ; certaines familles comprenaient des éléments très différents, comme Co, Ni, Cl et Br, ou Cu, Li, Na et K 2 Dmitri vanovitch Mendeleïev, chimiste russe, l occupe la chaire de chimie à l université de Saint-Pétersbourg, travaille sur la compression des gaz et les propriétés de l air raréfié Mais surtout en 869, il publie une classification périodique des éléments dans laquelle il laisse des cases vides Les éléments manquants, gallium, scandium et germanium, seront découverts quelques années plus tard avec des propriétés en accord avec celles prédites par D Mendeleïev A Historique Le classement des éléments chimiques a semblé nécessaire aux chimistes du XX e siècle pour rassembler de petits groupes d éléments ayant des propriétés semblables Par exemple, le sodium et le potassium, découverts en 807, réagissent avec l air en donnant l oxyde M 2 O, avec l eau en donnant du dihydrogène Ces deux éléments sont des métaux, ils ont les mêmes propriétés chimiques et des propriétés physiques voisines (fig ) Fig Quelques propriétés de Na et K Éléments Na K T fus / C 97,8 63,2 T éb / C /g cm 3 0,97 0,862 Ces analogies se retrouvaient pour d autres groupes d éléments et ont permis des débuts de classement Dès 830, J W Döbereiner ( ) propose un classement de certains éléments en triades : celles des métaux alcalins et des halogènes En mars 864, Newlands propose un article à la Chemical Society of London, où il suggère que, lorsque les éléments sont rangés par ordre de masse croissante, tout élément a des propriétés semblables à celui qui est à huit cases avant lui et huit cases après lui (un peu comme les octaves d une gamme de musique) Cette répétition périodique d éléments semblables à intervalles réguliers dans les octaves de Newlands a conduit au nom de tableau périodique Cependant, la classification de Newlands fut critiquée pour trois raisons essentielles et finalement rejetée et même ridiculisée par ses collègues L un des plus acerbes lui demanda même s il n envisageait pas un classement par ordre alphabétique En 869, le chimiste allemand J L Meyer et le chimiste russe D Mendeleïev publient séparément des résultats mettant en évidence les idées de périodicité J L Meyer publie les courbes de propriétés variées, comme le point de fusion, la température d ébullition, la densité d éléments connus en fonction de leurs masses Les éléments appartenant à la même famille apparaissaient dans des positions identiques sur les courbes D Mendeleïev 2 publie un tableau périodique (fig 2) regroupant bon nombre d éléments rangés en fonction de leur masse atomique croissante dans des cases où il a eu le génie de laisser des places vides, car il pensait, à juste titre, que l élément était encore inconnu Les éléments de propriétés chimiques voisines sont dans une même colonne appelée groupe ; les lignes horizontales sont appelées périodes H Fig 2 Le tableau périodique de Mendeleïev (869) V V V V Période Période 2 Li Be B C N O F Période 3 Na Mg Al Si P S Cl Période 4 K Ca * Ti V Cr Mn Cu Zn * * As Se Br Période 5 Rb Sr Y Zr Nb Mo * Ag Cd n Sn Sb Te V Fe Co Ni Ru Rh Pd 0 Chapitre : La classification périodique

3 Durant la vie de Mendeleïev ( ), les quatre éléments manquants furent découverts avec des propriétés en accord avec leur position prévue par Mendeleïev B La classification périodique des éléments B Définition d un élément Définition Un élément est une entité chimique fondamentale commune aux diverses variétés d un même corps simple ainsi qu aux combinaisons de ce corps simple avec d autres corps B2 Présentation La classification périodique des éléments se présente sous la forme d un tableau à dix-huit colonnes ou groupes et à sept lignes ou périodes (fig 3) Propriété L ununoctium Uno a été Les éléments sont classés par numéro atomique Z croissant, de découvert et synthétisé en 999 Z = pour l hydrogène H à Z = 8 pour l ununoctium Uno Chaque période (sauf la première, la plus courte : H, 2He ) commence par un alcalin 3Li, Na, 9K, 37Rb, 55Cs, 87Fr ) et se termine par un gaz rare ( 0Ne, 8Ar, 36Kr, 54Xe, 86Rn, 8Uno ) Les éléments d une même colonne ont des propriétés physiques et chimiques voisines On distingue généralement : Les métaux alcalins (colonne ) de 3Li à 87Fr Les métaux alcalino-terreux (colonne 2) de 4Be à 88Ra Les métaux de transition (colonnes 3 à 2) Les chalcogènes (colonne 6) de 8O à 84Po Les halogènes (colonne 7) de 9F à 85At Les gaz rares (colonne 8) de 2He à 86Rn Les autres familles d éléments placés dans une même colonne n ont pas de nom particulier (colonnes 3, 4, 5) Nous distinguons dans la classification périodique les métaux et les nonmétaux 2 Cette définition ne présente pas d exception 3 Des exemples sont donnés dans la partie D de ce chapitre Définition 2 Un élément est un métal si l un au moins de ses oxydes a des propriétés basiques Un élément est un non-métal si aucun de ses oxydes n a de propriétés basiques 2 Un oxyde basique se dissout dans une solution acide Un oxyde a un caractère acide si sa solution aqueuse est acide ou s il se dissout dans une solution basique 3 Cours

4 ,0 H ,9 Li 4 9,0 Be Métaux P É R O ,0 Na 9 39, K 2 24,3 Mg 20 40, Ca 2 44,9 Sc 22 47,9 Ti 23 50,9 V 24 52,0 Cr 25 54,9 Mn 26 55,8 Fe Métaux de ,9 Co D E ,5 Rb 38 87,6 Sr 39 88,9 Y 40 9,2 Zr 4 92,9 Nb 42 95,9 Mo 43 (98) Tc 44 0, Ru 45 02,9 Rh ,9 Cs 56 37,3 Ba 57 38,9 La 72 78,5 Hf 73 80,9 Ta 74 83,8 W 75 86,2 Re 76 90,2 Os 77 92,2 r 7 87 (223) Fr ,0 Ra ,0 Ac 04 (26) Rf 05 (262) Db 06 (263) Sg 07 (262) Bh 08 (265) Hs 09 (266) Mt Alcalins Alcalinoterreux L UCPA (Union nternationale de Chimie Pure et Appliquée) a retenu les noms et symboles suivants pour les éléments artificiels tels que Z 03 : Z 04 : Rf, Rutherfordium Z 05 : Db, Dubnium Z 06 : Sg, Seaborgium Z 07 : Bh, Bohrium Z 08 : Hs, Hassium Z 09 : Mt, Meitnerium Z 0 : Ds, Darmstadtium , Ce ,0 Th 59 40,9 Pr 9 23,0 Pa 60 44,2 Nd ,0 U 6 (45) Pm ,0 Np 62 50,3 Sm 94 (244) Pu 63 5,9 Eu 95 (243) Am Fig 3 Classification périodique des éléments 2 Chapitre : La classification périodique

5 ,0 He Nonmétaux 5 0,8 B 6 2,0 C 7 4,0 N 8 6,0 O 9 9,0 F 0 20,2 Ne Métaux transition ,0 Al 4 28, Si 5 3,0 P 6 32, S 7 35,5 Cl 8 40,0 Ar 28 58,7 Ni 29 63,5 Cu 30 65,4 Zn 3 69,7 Ga 32 72,6 Ge 33 74,9 As 34 78,9 Se 35 79,9 Br 36 83,8 Kr 46 06,4 Pd 47 07,9 Ag 48 2,4 Cd 49 4,8 n 50 8,7 Sn 5 2,7 Sb 52 27,6 Te 53 26,9 54 3,3 Xe 78 95, Pt 79 97,0 Au ,6 Hg 8 204,4 Tl ,2 Pb ,0 Bi 84 (209) Po 85 (20) At 86 (222) Rn 0 (269) (272) 2 (277) Ds Unu Unb Unq Unh Uno Darmstadtium Unununium Ununbium Ununquadium Ununhexium Ununoctium Chalcogènes Halogènes Gaz rares Lanthanides 64 57,2 Gd 65 58,9 Tb 66 62,5 Dy 67 64,9 Ho 68 67,2 Er 69 68,9 Tm 70 73,0 Yb 7 74,9 Lu Actinides 56 (247) Cm 97 (247) Bk 98 (25) Cf 99 (252) Es 00 (257) Fm 0 (258) Md 02 (259) No 03 (260) Lr Numéro atomique Masse atomique (g mol ) Symbole Cours 3