TP 02 A- LE TABLEAU PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS Mendeleiev et la construction de la classification périodique (Activité) Q1 : Que signifie «être inerte chimiquement» Q2 : Pourquoi les gaz nobles ne figuraient pas (et qu'ils n'étaient pas non plus prévus) dans la première classification périodique proposée par Mendeleïev? 1/6
Q3 : Q4Q5Q6 : Q7 : Les 20 premiers éléments chimiques sont listés dans le tableau ci-contre par ordre alphabétique : ils sont accompagnés de leur valeur de Z et de leur volume atomique. Dans un premier temps, classez les éléments chimiques par numéro atomique croissant. Ensuite, proposez une loi de périodicité pour cette liste en vous aidant des réponses aux questions 1 et 2, du tableau ci-dessus, du texte et du vocabulaire. Dans quel ordre sont classés les éléments chimiques dans la classification périodique? Quels sont les éléments de la famille des alcalins? Quels sont les éléments de la famille des halogènes? Que peut on dire des propriétés chimiques des éléments appartenant à une même famille? Écrire un bilan résumant cette partie B- Quelle est la structure de la classification périodique? (Activité) Les électrons d'un atome ou d'un ion monoatomique sont répartis en couches électroniques (ou niveaux d'énergie). Ces différentes couches sont caractérisées par une lettre (K, L, M, ) et un nombre quantique n respectivement égal à 1, 2, 3, La première couche électronique (n = 1) est notée K, la deuxième couche électronique (n = 2) est notée L, la troisième couche électronique (n = 3) est notée M, Le physicien autrichien Pauli a découvert que chaque couche électronique ne pouvait accepté qu'un nombre limité d'électrons (2 pour la couche K, 8 pour la couche L, 18 pour la couche M, ) Les électrons se placent d'abord dans la couche K. Quand celle ci est saturée (complète), les électrons restant occupent la couche L puis éventuellement la couche M. Q8- Donner la formule électronique (remplissage des couches électroniques) pour les atomes suivants : H, He, Li, Be, B, C, N, O, F, Ne, Na, Mg, Si, Cl et Ar Q9- Quel est le nombre d'électrons sur la dernière couche pour les atomes Li et Na? Font ils partis de la même Q10- Quel est le nombre d'électrons sur la dernière couche pour les atomes C et Si? Font ils partis de la même famille? Que pouvez vous en conclure? Q11- Quel est le nombre d'électrons sur la dernière couche pour les atomes F et Cl? Font ils partis de la même Q12- Quel est le nombre d'électrons sur la dernière couche pour les atomes He, Ne et Ar? Font ils partis de la même Écrire un bilan résumant cette partie 2/6
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TP 02 LE TABLEAU PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS (MATÉRIEL) Élèves : Bureau : Leur cerveau 1 table 1 chaise Le professeur Tableau périodique (masqué) 4/6
TP 02 LE TABLEAU PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS (CORRECTION) Q1 : Que signifie «être inerte chimiquement» Être inerte chimiquement signifie qui ne réagit pas chimiquement avec différents produits Q2 : Pourquoi les gaz nobles ne figuraient pas (et qu'ils n'étaient pas non plus prévus) dans la première classification périodique proposée par Mendeleïev? Car Mendeleïev a étudié la réactivité des différents éléments pour établir sa classification. Or les gaz nobles étant chimiquement inerte, il n'a pas pu les étudier ni prévoir leur existence Q3 : Faire la démarche d'investigation en vous aidant des réponses aux questions 1 et 2. En classant par numéro atomique (Z) croissant, on a : H He Li Be B C N O F Ne 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 D'après le texte, l'argon, le néon, le krypton et l'hélium font partie de la même famille : celle des gaz nobles. On va donc tous les mettre dans la même colonne car on nous indique que les éléments d'une même famille sont rangés dans une même colonne. On obtient alors : H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Q4- Dans quel ordre sont classés les éléments chimiques dans la classification périodique?. Dans la classification, les éléments sont rangés par numéro atomique Z croissant Q5- Quels sont les éléments de la famille des alcalins? La famille des alcalins correspond à la 1ère colonne (voir texte). Donc le lithium (Li), le sodium (Na) et le potassium (K) font partis de la famille des alcalins (l'hydrogène (H) est un cas particulier) Q6 : Quels sont les éléments de la famille des halogènes? La famille des alcalins correspond à l'avant dernière colonne (voir texte). Donc le fluor (F), le chlore (Cl) font partis de la famille des halogènes (le brome (Br) et l'iode (I) sont les autres éléments de la famille des halogènes) Q7 : Que peut on dire des propriétés chimiques des éléments appartenant à une même famille? Les éléments qui appartiennent à la même famille ont des propriétés chimiques proches BILAN : Dans la classification, les éléments sont rangés par numéro atomique Z croissant Dans la classification périodique, une ligne est appelée une période. Les éléments qui sont dans une même colonne appartiennent à la même famille et ils ont des propriétés chimiques proches 5/6
12- Quelle est la structure de la classification périodique? Q8- Donner la formule électronique (remplissage des couches électroniques) pour les atomes suivants : H, He, Li, Be, B, C, N, O, F, Ne, Na, Mg, Si, Cl et Ar La formule électronique pour chacun des atomes est : H : K1 He : K2 Li : K2 L1 Be : K2 L2 B : K2 L3 C : K2 L4 N : K2 L5 O : K 2 L6 F : K2 L7 Ne : K2 L8 Na : K2 L8 M1 Mg : K2 L8 M2 Si : K2 L8 M4 Cl : K2 L8 M7 Ar : K2 L8 M8 Q9- Quel est le nombre d'électrons sur la dernière couche pour les atomes Li et Na? Font ils partis de la même Il y a 1 seul électron sur la dernière couche de Li et Na. Li et Na font tous les 2 partis de la famille des alcalins. On en conclut que les atomes de la famille des alcalins ont un seul électron sur leur couche externe (la dernière couche) Q10- Quel est le nombre d'électrons sur la dernière couche pour les atomes C et Si? Font ils partis de la même famille? Que pouvez vous en conclure? Il y a 4 électrons sur la dernière couche de C et Si. C et Si font tous les 2 partis de la même famille. On en conclut que les atomes de la famille du C ont 4 électrons sur leur couche externe Q11- Quel est le nombre d'électrons sur la dernière couche pour les atomes F et Cl? Font ils partis de la même Il y a 7 électrons sur la dernière couche de F et Cl. F et Cl font tous les 2 partis de la famille des halogènes. On en conclut que les atomes de la famille des halogènes ont 7 électrons sur leur couche externe Q12- Quel est le nombre d'électrons sur la dernière couche pour les atomes He, Ne et Ar? Font ils partis de la même Il y a 8 électrons sur la dernière couche de Ne et Ar mais seulement 2 électrons sur la couche externe de He. Néanmoins, on constate que la couche externe de He et Ne est complète (pour Ar c'est sa sous-couche qui est complète, mais ceci est hors programme pour la : voir règle de Klechkowski (http://fr.wikipedia.org/wiki/r%c3%a8gle_de_klechkowski)). On en conclut que les atomes de la famille des gaz nobles ont une couche externe complète BILAN : La couche externe est la dernière couche électronique occupée Une nouvelle ligne (donc une nouvelle période) est créée chaque fois que l'on entame le remplissage d'une nouvelle couche électronique Les éléments dont les atomes ont le même nombre d'électrons sur la couche externe sont regroupés dans une même colonne : ils forment une famille chimique. Les principales familles chimiques sont celles des alcalins (Li, Na, K, Rb et Fr), des alcalino-terreux (Be, Mg, Ca, Sr, Ba), des chalcogénures (O, S, Se, Te) des halogènes (F, Cl, I, Br etat) et des gaz nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe et Rn) 6/6