La ClassificationPériodique des éléments

I - Notion d'élément chimique.

Atome : noyau (protons + neutrons) entouré d'électrons

Numéro atomique Z : protons (id. électrons)

Nombre de masse A : protons + neutrons

Élément chimique caractérisé par Z

Même Z mais A différents : isotopes

II – Structure de la Classification périodique.

II – Structure de la Classification périodique.

1) Historique.

Antiquité : 10 éléments chimiques connus C, Cu, étain Sn, Fe, Hg, Au, Pb, S, antimoine Sb

Moyen Age : ajout de 10 éléments chimiques dont l’arsenic (As), le phosphore (P) et le zinc (Zn)

Siècle des Lumières : le nombre d'éléments connus double ; découverte de nombreuses analogies physico-chimiques entre les éléments.

1869 : Tableau périodique de Mendeleïev

II – Structure de la Classification périodique.

2) Structure actuelle.

Périodes et familles.Dans sa forme actuelle (recommandée par l’IUCPA),

Elle comporte 7 lignes appelées périodes et 18 colonnes correspondant à des familles.

Les éléments chimiques sont classés de gauche à droite et de haut en bas par ordre croissant de leur numéro atomique Z.

Elle est conçue de façon telle que deux éléments de la même famille ont des propriétés physico-chimiques semblables.

Structure en blocs.

Bloc pBloc dBloc s

(1) (2) (3) (4) (5)

(1) Alcalins

(2) Alcalino-terreux

(3) Métaux de transition

(4) Halogènes

(5) Gaz nobles

Elle est structurée en blocs : s, p, d et f.

III – Caractère métallique.

III – Caractère métallique.

Le caractère métallique est défini par : solide cristallin ; bonne conduction électrique et thermique ; propriété optique (éclat) ; bonne malléabilité et ductilité ;

Malléable : se façonne facilement en lames ou feuilles. Ductile : se laisse étirer en fils

oxydes : non volatils et de température de fusion élevée.

Évolution du caractère métallique des éléments au sein de la Classification.

On retiendra l’évolution suivante : Non-Métaux

Métaux

Caractère métallique croissant

Les éléments autour de la ligne en tirets ont un comportement intermédiaire (métalloïdes : ce sont des éléments comme le silicium et le germanium qui sont des semi-conducteurs)

IV – Évolution de quelques propriétés atomiques.

IV – Évolution de quelques propriétés atomiques.

1) Énergie de première ionisation (EI1).

Définition.

C’est l’énergie minimale qu’il faut fournir à l’atome gazeux dans son état fondamental pour lui arracher un électron.

Elle correspond à l’énergie mise en jeu lors du processus : M(g) M+(g) + e-

C’est une grandeur positive de l’ordre de 10 eV. Elle est d’autant plus grande que l’électron arraché est plus fortement lié au

noyau.

Évolution de l’énergie de première ionisation au sein de la Classification.

On retiendra l’évolution suivante :

Énergie d’ionisation croissanteLes alcalins sont les éléments qui ont l’énergie

d’ionisation la plus faible.

Les gaz nobles sont difficilement ionisables.

IV – Évolution de quelques propriétés atomiques.

2) Affinité électronique (AE).

Définitions.

L ’énergie de premier attachement électronique d’un atome M est l’énergie Eatt mise en jeu pour apporter à cet atome gazeux un électron supplémentaire selon le processus :

M(g) + e- M-(g) Eatt C’est une grandeur en général négative.

L’affinité électronique A.E. correspond à l’énergie mise en jeu dans le processus inverse, c’est donc l’énergie nécessaire pour arracher un électron à l’anion M- gazeux :

M-(g) M(g) + e- A.E. = - Eatt C’est une grandeur en général positive.

Évolution dans la Classification périodique.

On retiendra qu’elle est plus difficile à interpréter que celle de l’énergie de première ionisation.

Énergie d’attachement électronique.

IV – Évolution de quelques propriétés atomiques.

3) Electronégativité.

Définitions.

C’est une grandeur relative qui traduit l’aptitude d’un atome B à attirer vers lui le doublet électronique qui l’associe à un autre atome A.

C’est une grandeur positive, sans dimension et définie conventionnellement à partir de plusieurs échelles.

Évolution dans la Classification périodique.

Échelle de Mulliken (Chimiste américain, 1896-1986 -Nobel 1966)

On retiendra l’évolution suivante :

Électronégativité croissante

L’élément le plus électronégatif est le fluor (4,10 dans cette échelle) et le plus électropositif est le Césium (un alcalin).

Ces variations sont identiques dans les différents échelles.

1EI AE

2k le facteur k sert à adimensionner cette grandeur.

k = 1 eV-1 si EIi et AE sont exprimées en eV selon Mulliken.

De nos jours, k = 0,317 eV-1

Electronégativité des éléments.

Dimitri Mendeleïev

Chimiste russe 1834 – 1907

Il propose sa classification périodique sous forme d’un tableau.

Il classa les éléments chimiques selon leur nombre de masse ;

Il groupa les éléments chimiques en fonction de leurs analogies physico-chimiques.

Il laissa ainsi des cases vides, figurant des éléments encore inconnus dont les propriétés physico-chimiques pouvaient être prédites grâce à sa table.

En 1875, il découvrit le gallium dont les propriétés étaient bien celles prédites.

Il en fut de même pour la découverte du germanium en 1886.

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II – Structure en blocs et principales familles.

1H 2He 3Li 4Be 5B 6C 7N 8O 9F 10Ne

11Na 12Mg 13Al 14Si 15P 16S 17Cl 18Ar 19K 20Ca 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn 31Ga 32Ge 33As 34Se 35Br 36Kr

37Rb 38Sr 39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 44Ru 45Rh 46Pd 47Ag 48Cd 49In 50Sn 51Sb 52Te 53I 54Xe 55Cs 56Ba 72Hf 73Ta 74W 75Re 76Os 77Ir 78Pt 79Au 80Hg 81Tl 82Pb 83Bi 84Po 85At 86Rn 87Fr 88Ra 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108Hs 109Mt Uun Uuu Uub Uuq Uuh Uuo

66Fe 57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 64Gd 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu 89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk 98Cf 99Es 100Fm 101Md 102No 103Lr

Bloc s Bloc p Bloc d Bloc f

Alcalins

Alcalino terreux Halogènes

Gaz nobles

Métaux de transition

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Caractère métallique.

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Énergie de première ionisation.

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