Chapitre 2- Les éléments et le tableau périodique 1. Atomes et composition la matière est formée d éléments. 90 éléments naturels et 28 synthétiques. Chaque élément est constitué d un seul type d atomes.
2. Début de la théorie atomique Démocrite (460-370 av. J.-C.) a suggéré que la matière est faite de petites particules indivisibles. Il a nommé ces particules atomos (grec indivisible). Aristote (384-322 av. J.C.) suggère que la matière est faite de quatre éléments : l air, le feu, la terre, et l eau. Isaac Newton (1642-1727) et Robert Boyle (1627-1691) ont publié des articles qui affirmaient l existence des atomes. Cela a renouvelé la théorie de l atome.
Selon Dalton (1809), les atomes sont des particules solides et indestructibles qui forment la matière. On peut comparer son modèle à une boule de billard. Il est reconnu pour le développement de sa théorie atomique qui comprend 5 postulats: 1. La matière est composée de petites particules invisibles et indivisibles nommées atomes. 2. Les particules d une même substance sont identiques, y compris leur masse. 3. Les atomes d éléments différents ont des propriétés et des masses différentes. 4. Les atomes ne peuvent pas être ni créés ni détruits lors de transformations physiques ou chimiques. 5. Les atomes peuvent s unir dans un rapport simple pour former des composés.
3. Notions modernes de l atome L atome est défini comme la plus petite particule d un élément qui conserve l identité et les propriétés de cet élément. L atome est constitué de particules subatomiques: Particule subatomique charge symbole masse Électrons -1 e - 9,02 x10-28 Protons +1 p + 1,67 x10-24 Neutrons 0 n 0 1,67 x10-24
Les protons et les neutrons se retrouvent dans le noyau. On nomme ces particules les nucléons. Autour du noyau, on retrouve les électrons sur des couches électroniques. Comment détermine-t-on le nombre de particules présentes? En se servant du numéro atomique et de la masse atomique de l élément. A = nombre de masse ou masse atomique Z = numéro atomique X = symbole de l élément chimique
Le numéro atomique nous donne: (Z) Le nombre de protons Le nombre d électrons d un atome neutre La masse atomique nous donne: (A) le nombre de nucléons (protons et neutrons) dans le noyau. La différence entre la masse atomique et le numéro atomique nous donne: (A Z) Le nombre de neutron
4. Les isotopes Les atomes d un élément qui présentent le même nombre de protons que les autres atomes de cet élément mais ayant un nombre différents de neutrons(la masse atomique est donc différente). Ex:
5. Théorie atomique moderne (p.39)
6. Notions du tableau périodique 18 colonnes, familles ( gauche à droite ) 8 de type A (Représentatifs)
10 de type B (transition)
ALCALINS Métaux Solides mous, coupés au couteau Extrêmement réactifs (conservés dans l huile) Jamais seul dans la nature (liés) Bons conducteurs d électricité/chaleur 1 électron de valence Formation d une base au contact de l eau
ALCALINO-TERREUX Métaux Solides mous Réactifs Bons conducteurs d électricité/chaleur 2 électrons de valence Utilisés en pyrotechnique (feux d artifice) Rôle dans le corps
GROUPES IIIA, IVA ET VA Aucun nom spécifique. On leur donne le nom du premier élément faisant partie du groupe. Possèdent 3, 4 et 5 électrons de valence
CHALCOGÈNES Possèdent 6 électrons de valence
HALOGÈNES Non-métaux Solides, liquides, gaz Extrêmement réactifs Forment des sels 7 électrons de valence Colorés Retrouvés avec d autres éléments Corrosifs, toxique, bactéricides Produits désinfectants
GAZ RARES, INERTES, NOBLES, STABLES Non-métaux Gaz peu réactifs 8 électrons de valence Incolores Produisent de la lumière colorée lorsque sous tension électrique.
Le groupe dans lequel les éléments représentatifs sont placés nous donne le nombre d électrons de valence retrouvés. (électrons dans le dernier niveau d énergie) Groupe IA = 1é Groupe IIA = 2é Groupe IIIA = 3é Groupe IVA = 4é Groupe VA = 5é Groupe VIA = 6é Groupe VIIA = 7é Groupe VIIIA = 8é
Présence de 7 rangées ( périodes ) Période 6 = lanthanides Période 7 = actinides
On peut également diviser le tableau périodique en deux catégories d éléments: Les métaux Les non-métaux Création d un escalier À la jonction des deux, il y a des métalloïdes. Éléments qui ont certaines propriétés des métaux et certaines des non-métaux.
Propriétés métalliques Éclat métallique (brille) Conducteurs de chaleur et d électricité Réagissent avec les acides Malléables (étirés en feuilles) Ductiles (étirés en fil) Propriétés non-métalliques Ternes Mauvais conducteurs de chaleur et électricité Ne réagissent pas avec les acides Non-malléables Non-ductiles
7. La distribution des électrons Les électrons sont placés autour du noyau dans des couches électroniques. Sur ces couches électroniques se trouvent des orbitales (région où il est probable de retrouver des électrons autour du noyau). Orbitales «s» sphériques 1/niveau Orbitales «p» elliptiques 3/niveau Orbitales «d» 4 lobes 5/niveau Orbitales «f» 7/niveau
On peut déterminer le nombre d électrons par niveau et le nombre d orbitales à l aide du tableau suivant: Niveau d énergie (n) # d orbitales/niveau (n 2 ) # d électrons/niveau (2n 2 ) 1 1 (1s) 2 2 4 (1s, 3p) 8 3 9 (1s, 3p, 5d) 18 4 16 (1s, 3p, 5d, 7f) 32
Lorsqu on remplit les orbitales, l ordre suivant doit être suivi:
On peut aussi écrire la configuration électronique d un élément en se servant de la notation suivante: 1 s 2 2 s 2 2p 6 Nombre d électrons sur l orbitale Niveau d énergie Type d orbitale
8. Électrons de valence Dans le dernier niveau d énergie d un atome (couche périphérique), on retrouve des électrons «s» et «p». Ces électrons sont nommés les électrons de valence. Ils déterminent la réactivité de l élément avec un autre élément.
9. Notation de Lewis Représentation des électrons de valence à l aide de points. Les points représentent les électrons retrouvés sur les orbitales «s» et «p». Ex: Brome Calcium
10. Stabilité chimique Quand les atomes sont constitués de 8 électrons «s» et «p» dans leur couche périphérique, on dit qu ils forment un octet stable. Tout atome cherche à atteindre cette stabilité lors d une réaction chimique. P.47 et 48 #2, 3a, 5, 6 et 11
11. Tendances dans le tableau périodique a) Rayon atomique Distance entre le centre du noyau et les électrons retrouvés sur la couche périphérique. Dans un groupe: augmente en descendant dans le groupe On ajoute un nouveau niveau d énergie à chaque fois que l on descend d une case. Ceci a comme conséquence de faire augmenter le rayon.
Dans une période: Diminue de la gauche vers la droite. Les électrons sont placés dans un même sous niveau d énergie. Les protons sont ajoutés au noyau ce qui augmente la charge nucléaire. Cette augmentation de charge attire les électrons vers le noyau et fait diminuer le rayon.
b) L énergie d ionisation C est l énergie nécessaire pour enlever à un atome un de ses électrons périphériques. Dans un groupe: diminue du haut vers le bas. En haut du tableau, les électrons sont situés plus près du noyau, donc plus difficile à arracher qu au bas du groupe où les électrons sont situés dans des couches éloignées.
Dans une période: augmente de la gauche vers la droite. Il y a plus de protons dans le noyau, donc plus difficile d enlever un électron à la droite du tableau. Il est à noter que lorsqu un atome gagne ou perd des électrons, il forme un ion. Il devient chargé négativement (un anion) lorsqu il gagne des électrons et chargé positivement (un cation) lorsqu il en perd.
c) Électronégativité C est la mesure de la capacité d un atome à attirer les électrons d une liaison chimique. Dans un groupe: Diminue du haut vers le bas. Dans une période: Augmente de la gauche vers la droite. P.61 et 62 #1, 2, 3, 4, 6, 7, 11, 12, 13, 14, 20