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31 octobre 2018

Principe de la classification périodique des éléments chimiques.


◈ Introduction concernant le principe de la classification périodique des éléments chimiques :
◈ De quoi un atome est-il formé ? 
◈ Comment les électrons d'un atome sont ils répartis autour du noyau ?
◈ Quelle est le nombre d'électrons qui peut exister sur chaque couche électronique ?
◈ Comment le tableau périodique des éléments chimiques est-il construit ?
◈ Quelles sont les différentes périodes du tableau périodique ?
◉ Par quoi la période 1 est-elle caractérisée ?
 Par quoi la période 2 est-elle caractérisée ?
◉ Par quoi la période 3 est-elle caractérisée ?
◉ Par quoi la période 4 est-elle caractérisée ?
◉ Par quoi la période 5 est-elle caractérisée ?
 Par quoi la période 6 est-elle caractérisée ?
 Par quoi la période 7 est-elle caractérisée ?
◈ Quels sont les différents groupes du tableau périodique ?

les éléments chimiques classés selon leur numéro atomique croissant leur configuration électronique leurs propriétés physiques et chimiques tableau périodique construit de 7 périodes et 18 groupes

Introduction concernant le principe de la classification périodique des éléments chimiques :

Après la découverte d'un grand nombre d'éléments chimiques au dix-neuvième siècle et l'étude de leurs propriétés physico-chimiques, l'idée de classification de ces éléments s'est imposée. Dimitri Ivanovitch Mendeleïev(27 janvier 1834 __ 20 janvier 1907), un chimiste russe proposa en 1869 la première classification sans connaître exactement la structure électronique des éléments chimiques. Sa classification a été basée sur la masse atomique et les propriétés physico-chimiques des éléments chimiques existant à l'époque et qui ont été 63 éléments chimiques.

La classification des éléments chimiques réalisée par Mendeleïev a été confirmée plus tard lorsque la structure électronique des atomes est établie avec certitude.
Actuellement, la classification des éléments chimiques se base sur le numéro atomique Z, la configuration électronique et les propriétés physico-chimiques des éléments chimiques connus.
Avant d'entamer le sujet de la classification périodique des éléments chimiques, on va jeter brièvement un coup d'oeil sur la structure de l'atome et la répartition des électrons dans un atome.
Alors, de quoi un atome est-il formé ? Et comment les électrons d'un atome sont ils répartis ?

 De quoi un atome est-il formé ?

Un atome est formé de deux parties distinctes une partie centrale appelée noyau atomique et une partie périphérique appelé nuage électronique. Le noyau atomique est formé de deux sortes de particules les protons chargés positivement et les neutrons qui sont neutres. Autour du noyau atomique gravitent les électrons chargés négativement en formant un nuage électronique.
Chaque atome est électriquement neutre puisque les neutrons sont électriquement neutres, les protons sont chargés d'électricité positive, les électrons sont chargés d'électricité négative et le nombre d'électrons d'un atome est égal au nombre de ses protons...

◈ Comment les électrons sont-ils répartis autour du noyau ?

Actuellement, il existe 118 éléments chimiques. De l'atome le plus simple, celui d'hydrogène, au plus complexe, celui de l'oganesson, tous les atomes possèdent un nombre d'électrons compris entre 1 et 118. Ces électrons forment le nuage électronique qui gravite autour du noyau atomique. Alors, comment ces électrons sont-ils répartis autour du noyau ?
Les électrons sont en mouvement dans l'espace autour du noyau. Ils se répartissent sur différentes couches. Ces couches portent le nom des lettres de l'alphabet à partir de la lettre K et on les comptera à partir de celle qui se trouve le plus proche du noyau. La première couche s'appelle la couche K, la deuxième couche s'appelle la couche L, la troisième couche s'appelle la couche M, la quatrième couche s'appelle la couche N, etc.

◈ Quelle est le nombre d'électrons qui peut exister sur chaque couche électronique ?

La répartition des électrons sur les couches électroniques suit une règle
Chaque couche électronique peut contenir au maximum un nombre d'électrons qu'elle ne peut pas le dépasser :
La première couche appelé la couche K peut contenir au maximum 2 électrons.    
La deuxième couche appelé la couche L peut contenir au maximum 8 électrons.
La troisième couche appelé la couche M peut contenir au maximum 18 électrons.
La quatrième couche appelé la couche N peut contenir au maximum 32 électrons.
La nième couche peut contenir au maximum 2n² électrons.
Donc, le remplissage des couches électroniques d'un atome suit la règle suivante : chaque couche électronique peut contenir au maximum 2n² électrons, avec n est le numéro de la couche électronique. Pour la couche K, n=1; pour la couche L, n=2; pour la couche M, n=3 et ainsi de suite.
Cependant, la dernière couche électronique des atomes de tous les éléments chimiques que l'on nomme la couche périphérique n'a jamais plus de 8 électrons
Le nombre d'électrons que possède chaque atome appelé numéro atomique Z, le nombre de couches électroniques chez chaque atome d'un élément chimique et le nombre d'électrons sur la couche électronique périphérique appelée couche de valence ont permis de classer tous les éléments chimiques connus jusqu'à présent dans un tableau appelé tableau périodique des éléments chimiques ou table de Mendeleïev.
Tous les éléments chimiques existant aujourd'hui et qui sont 118 éléments chimiques sont donc classés dans le tableau périodique des éléments en fonction de leur numéro atomique Z croissant, de leurs propriétés physico-chimiques et de leur configuration électronique.
Le tableau périodique des éléments appelé aussi tableau ou table de Mendeleïev est un tableau à double entrée, il est formé de 7 lignes appelées périodes et 18 colonnes appelées groupes

◈ Comment le tableau périodique des éléments chimiques est-il construit ?

Les éléments chimiques sont classés dans le tableau périodique par numéro atomique Z croissant. Cet agencement des éléments chimiques dans le tableau périodique repose sur leurs propriétés physico-chimiques qui dépendent de leur configuration électronique. Le tableau périodique est formé de 7 lignes et 18 colonnes :
Chaque ligne du tableau périodique que l'on appelle période correspond à une couche électronique désignée par son nombre quantique principal noté n, le nombre quantique n varie de 1 à 7. Il existe 7 couches électroniques à l'état fondamental et par conséquent il y a 7 périodes représentées dans le tableau périodique. Ces périodes sont numérotées de 1 à 7.
Chaque colonne du tableau périodique que l'on appelle groupe contient des éléments chimiques qui possèdent le même nombre d'électrons sur leur couche périphérique que l'on appelle aussi couche de valence. Ce qui leur donne les mêmes propriétés chimiques. Les éléments chimiques d'un même groupe, c'est-à-dire de la même colonne réagissent de la même façon avec les mêmes composés formant des molécules et des ions comparables.
Exemples :
H₂O et H₂S : L'atome d'oxygène O et l'atome de soufre S se trouvent dans la même colonne, on remarque qu'ils réagissent de la même façon avec deux atomes d'hydrogène pour donner les composés suivants : H₂O et H₂S.
Na+Cl- et K+Cl- : L'atome de sodium Na et l'atome de potassium K se trouvent dans la même colonne, on remarque qu'ils réagissent tous les deux avec l'atome de chlore Cl pour donner les composés suivants : Na+Cl- et K+Cl-.
Il existe 18 colonnes et par conséquent 18 groupes dans le tableau périodique actuel. 

◈ Quelles sont les différentes périodes du tableau périodique ?

Il existe dans le tableau périodique 7 périodes représentées par les lignes horizontales du tableau ⦗voir  tableau périodique (image au dessus)⦘.
Ces périodes sont les suivantes : La période 1, La période 2, La période 3, La période 4, La période 5, La période 6 et la période 7.

◈ Quelles sont donc les caractéristiques de chaque période ?

◉ Par quoi la période 1 est-elle caractérisée ?

La période 1 comprend tous les éléments chimiques dont les atomes possèdent une seule couche électronique, c'est la couche K. Dans cette période, il existe seulement 2 éléments chimiques : L'hydrogène, il possède un seul électron qui se déplace sur la seule couche électronique K et l'hélium, il possède 2 électrons qui se trouvent tous les deux sur la couche K. Les atomes du gaz hélium sont très stables car leur seule couche K et qui est aussi leur couche périphérique est saturée avec 2 électrons.

 Par quoi la période 2 est-elle caractérisée ?

La période 2 comprend tous les éléments chimiques dont les atomes possèdent 2 couches électroniques, la couche K et la couche L.
Dans cette période, il existe tous les éléments chimiques dont la couche k possède 2 électrons et la couche L peut avoir de 1 à 8 électrons puisque cette couche L peut posséder au maximum 8 électrons. Alors, dans la période 2 du tableau périodique, il existe 8 éléments chimiques. Le gaz néon est un élément très stable car sa couche périphérique est saturée, elle possède 8 électrons. 

 Par quoi la période 3 est-elle caractérisée ?

La période 3 comprend tous les éléments chimiques dont les atomes possèdent 3 couches électroniques, la couche K, la couche L et la couche M. Dans cette période, il existe tous les éléments chimiques dont la couche k possède 2 électrons, la couche L possède 8 électrons et la couche M peut avoir de 1 à 8 électrons. La couche M n'est pas saturée mais la stabilité maximale d'un atome est atteinte lorsque sa couche périphérique contient 8 électrons. La période 3 comprend tous les éléments chimiques dont les atomes ayant un numéro atomique Z allant de Z=11 (l'atome de sodium Na) jusqu'à Z=18 (l'atome d'argon Ar). Il existe 8 éléments chimiques dans la période 3. Le gaz Argon possède 8 électrons sur sa couche périphérique qui est la couche M, c'est un gaz extrêmement stable.

 Par quoi la période 4 est-elle caractérisée ?

La période 4 comprend tous les éléments chimiques ayant le numéro atomique Z compris entre Z=19 et Z=36. Il existe 18 éléments chimiques dans la période 4. Ils commencent par le potassium(K) ayant le numéro atomique Z=19 et se terminent par le krypton(Kr) ayant le numéro atomique Z=36.

 Par quoi la période 5 est-elle caractérisée ?

La période 5 comprend tous les éléments chimiques ayant le numéro atomique Z compris entre Z=37 et Z=54. Il existe 18 éléments chimiques dans la période 5. Ils commencent par le rubidium (Rb) ayant le numéro atomique Z=37 et se terminent par le xénon(Xe) ayant le numéro atomique Z=54.

 Par quoi la période 6 est-elle caractérisée ?

La période 6 comprend tous les éléments chimiques ayant le numéro atomique Z compris entre Z=55 et Z=86.
32 éléments chimiques sont classés dans la période 6. Ils commencent par le césium(Cs) ayant le numéro atomique Z=55 et se terminent par le radon(Rn) ayant le numéro atomique Z=86.

 Par quoi la période 7 est-elle caractérisée ?

La période 7 comprend tous les éléments chimiques ayant le numéro atomique Z compris entre Z=87 et Z=118.
32 éléments chimiques sont classés dans la période 7. Ils commencent par le francium (Fr) ayant le numéro atomique Z=87 et se terminent par l'oganesson (Og) ayant le numéro atomique Z=118.

◈ Quels sont les différents groupes du tableau périodique ?

Le tableau périodique des éléments chimiques comprend 18 colonnes. Chaque colonne correspond à un groupe, il existe donc 18 groupes. Tous les éléments chimiques d'un même groupe possèdent le même nombre d'électrons sur leur couche de valence, ce qui leur donne les mêmes propriétés chimiques. Les éléments chimiques d'un même groupe réagissent avec le même type de composés et forment des molécules et des ions comparables.
Comme nous l'avons vu avant, les éléments chimiques classés verticalement dans une même colonne ont des propriétés physiques et chimiques voisines, se sont les groupes. On distingue :
∎ Groupe 1 : C'est le groupe des métaux alcalins, il est représenté par la colonne du lithium. L'hydrogène ne fait pas partie des métaux alcalins.
∎ Groupe 2 : C'est le groupe des métaux alcalino-terreux, il est représenté par la colonne du béryllium.
∎ Groupe 3 : Il est représenté par la colonne du scandium.
∎ Groupe 4 : Il est représenté par la colonne du titane.
∎ Groupe 5 : Il est représenté par la colonne du vanadium.
∎ Groupe 6 : Il est représenté par la colonne du chrome.
∎ Groupe 7 : Il est représenté par la colonne du manganèse.
∎ Groupe 8 : Il est représenté par la colonne du fer.
∎ Groupe 9 : Il est représenté par la colonne du cobalt.
∎ Groupe 10 : Il est représenté par la colonne du nickel.
∎ Groupe 11 : Il est représenté par la colonne du cuivre.
∎ Groupe 12 : Il est représenté par la colonne du zinc.
∎ Groupe 13 : Il est représenté par la colonne du bore.
∎ Groupe 14 : Il est représenté par la colonne du carbone.
∎ Groupe 15 : C'est le groupe des pnictogènes, il est représenté par la colonne de l'azote. Le terme pnictogène est peu utilisé actuellement.
∎ Groupe 16 : C'est le groupe des chalcogènes, il est représenté par la colonne de l'oxygène. Le terme chalcogène est peu utilisé actuellement.
∎ Groupe 17 : C'est le groupe des halogènes, il est représenté par la colonne du fluor.
Groupe 18 : C'est le groupe des gaz nobles, il est représenté par la colonne de l'hélium ou du néon.

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