Ils comportent tous deséléments de la période 3, les huit éléments qui se trouvent dans la troisième rangée du tableau périodique.
- Cet article est consacré à éléments de la période 3.
- Une fois que nous aurons déterminé quels éléments font partie de la période 3, nous examinerons certaines de leurs propriétés.
- Tu pourras expliquer les tendances des propriétés à l'aide de tes connaissances sur la structure et la liaison.
- Nous étudierons ensuite comment les éléments de la période 3 réagissent avec l'oxygène, le chlore et l'eau.
Les éléments de la période 3 dans le tableau périodique
Les élémentsde la période 3 font référence aux éléments chimiques qui se trouvent dans la troisième rangée (ou période) du tableau périodique (on les appelle donc aussi éléments de la troisième rangée). Ils font partie de la période 3 parce que leurs électrons externes se trouvent dans des orbitales de niveau 3.
Au total, il y a huit éléments dans la période 3. En partant de la gauche vers la droite, ce sont :
- Sodium (Na)
- Magnésium (Mg)
- Aluminium (Al)
- Silicium (Si)
- Phosphore (P)
- Soufre (S)
- Chlore (Cl)
- Argon (Ar)
Ces éléments appartiennent à des groupes différents et ont des propriétés variables. Le sodium et le magnésium sont des métaux, tandis que l'aluminium est également un métal mais présente certaines propriétés d'un métalloïde. Le silicium est un métalloïde, et le phosphore, le soufre, le chlore et l'argon sont des non-métaux. Ces éléments présentent une transition progressive dans leurs propriétés lorsque tu te déplaces de gauche à droite de la période, allant de caractéristiques métalliques à des caractéristiques non métalliques.
Voici une copie du tableau périodique. L'une des rangées (également appelées périodes) est surlignée en rose. Il s'agit de la période 3, et les huit éléments qui la composent sont leséléments de la période 3 .
Fig. 1 - Période 3 du tableau périodique
La période d'un élément nous indique le nombre d'électrons qu'il possède. Nous pouvons donc déduire à juste titre que les éléments de la période 3 ont tous trois enveloppes d'électrons. Cependant, ils ont des nombres différents d'électrons.
Le numéro atomique d'un élément nous renseigne sur le nombre de protons dans le noyau de l'un de ses atomes ; pour les atomes neutres, il est égal à son nombre d'électrons. Le numéro atomique augmente un par un en passant d'un élément à l'autre, du sodium à l'argon. Cela signifie également que le nombre d'électrons augmente un par un au cours de la période ; chaque élément possède un électron de plus que l'élément qui le précède. Cela deviendra important lorsque nous examinerons les propriétés des éléments de la période 3, que nous aborderons ensuite.
Propriétés des éléments de la période 3
La période 3 comprend les éléments suivants :
| Tableau 1. Propriétés des éléments de la période 3. | |||
|---|---|---|---|
| Nom de l'élément | Symbole | Numéro atomique | Fait |
| Sodium | Na | 11 | Le sodium est le sixième élément le plus abondant dans la croûte terrestre. Le sodium est un métal mou, blanc argenté et très réactif. Il a un point de fusion bas et réagit vigoureusement avec l'eau en libérant de l'hydrogène. Le sodium est un élément important dans de nombreux processus biologiques et on le trouve couramment dans le sel de table (chlorure de sodium, NaCl). |
| Le magnésium | Mg | 12 | Le magnésium est un métal léger, blanc argenté, relativement réactif. Son point de fusion est plus élevé que celui du sodium et il est moins réactif avec l'eau. Les ionsMg sont essentiels à plus de 300 enzymes dans le corps humain. Ils font également partie de la chlorophylle. Ce métal est produit dans les grandes étoiles vieillissantes lorsque trois noyaux d'hélium sont ajoutés à un noyau de carbone. |
| L'aluminium | Al | 13 | L'aluminium est le deuxième métal le plus produit au monde, battu seulement par le fer. C'est un métal léger et argenté qui résiste à la corrosion grâce à la formation d'une fine couche d'oxyde à sa surface. C'est un bon conducteur de chaleur et d'électricité. |
| Le silicium | Si | 14 | Les silicates et autres minéraux contenant du silicium constituent plus de 90 % de la croûte terrestre. Le silicium est utilisé non seulement pour fabriquer de la porcelaine, mais aussi les puces semi-conductrices de la plupart des appareils électroniques. Il possède à la fois des propriétés métalliques et non métalliques. C'est un solide dur et cassant qui, à l'état pur, est un mauvais conducteur d'électricité. Cependant, il devient un semi-conducteur lorsqu'il est combiné à d'autres éléments. |
| Phosphore | P | 15 | Le phosphore existe sous différentes formes, notamment le phosphore blanc (un solide cireux et inflammable), le phosphore rouge (une forme moins réactive) et le phosphore noir (une structure en couches aux propriétés semi-conductrices). Le mot phosphorus signifie "porteur de lumière", grâce au fait que le phosphore blanc brille lorsqu'il est exposé à l'oxygène. |
| Le soufre | S | 16 | Le soufre est un solide jaune et cassant qui peut former des composés aux couleurs et aux odeurs très variées. Il est utilisé dans les engrais, l'acide sulfurique, le caoutchouc, etc. Plus de 80 % du soufre extrait aujourd'hui est transformé en acide sulfurique, qui était en 2010 le produit chimique organique le plus produit aux États-Unis. |
| Le chlore | Cl | 17 | Le chlore est un gaz vert pâle à l'odeur piquante. Il est très réactif et est couramment utilisé comme désinfectant et dans la production de divers produits chimiques, notamment les plastiques, les solvants et les pesticides. Le chlore a la troisième valeur d'électronégativité la plus élevée du tableau périodique, dépassée seulement par l'oxygène et son collègue halogène, le fluor. Il est couramment utilisé dans les stations d'épuration des eaux usées. |
| Argon | Ar | 18 | Le mot argon est dérivé du mot grec signifiant "paresseux", en raison du fait que ce gaz noble est un gaz inerte, c'est-à-dire extrêmement peu réactif. Il est incolore, inodore et insipide. L'argon est le gaz noble le plus abondant dans l'atmosphère terrestre et est utilisé dans diverses applications, comme le remplissage des ampoules à incandescence et comme gaz de protection dans le soudage. |
Tendances des éléments de la période 3
La période 3 du tableau périodique est un excellent exemple depériodicité . En chimie, cela signifie la répétition de tendances dans les propriétés après un certain intervalle de numéro atomique. En termes simples, la périodicité nous indique qu'il existe des schémas clairs en ce qui concerne des propriétés atomiques particulières. Ceux-ci se répètent à chaque nouvelle période du tableau périodique. Dans cet article, nous allons explorer quatre de ces propriétés.
- Rayon atomique
- Point de fusion
- Énergie de première ionisation
- Conductivité électrique
Rayon atomique
Le rayon atomique diminue au fur et à mesure que l'on avance dans la période 3 du tableau périodique. Pour comprendre pourquoi, nous devons revenir à la structure atomique des éléments de la période 3.
Tu te souviens que le numéro atomique augmente à mesure que tu traverses une période du tableau périodique ? Cela signifie que le nombre de protons augmente. Chaque élément a le même nombre de protons que d'électrons, donc le nombre d'électrons augmente également. Ces électrons se trouvent en orbite autour du noyau dans des coquilles. (Pour plus d'informations, consulte la rubrique Tendances périodiques).
Cependant, bien que les éléments d'une même période aient des nombres différents d'électrons, ils ont le même nombre d'enveloppes d'électrons. Dans la période 3, tous les éléments ont trois enveloppes d'électrons. Cela signifie également qu'ils ont le même nombre d'enveloppes électroniques internes. Les enveloppes électroniques internes protègent l'enveloppe électronique externe d'une partie de la charge du noyau. L'attraction entre la charge restante du noyau et l'enveloppe électronique externe détermine le rayon atomique.
Ainsi, en traversant une période, le numéro atomique augmente - chaque élément a un proton et un électron de plus que l'élément qui le précède. Cela signifie que la charge du noyau augmente. Cependant, le nombre de coquilles internes reste le même, de sorte que tous les éléments de la période 3 subissent le même blindage de la charge nucléaire. Cela signifie qu'au fur et à mesure que tu traverses une période, l'enveloppe électronique extérieure ressent une charge nucléaire globale plus importante. L'enveloppe électronique la plus externe subit une attraction plus forte vers le noyau chargé positivement, de sorte que les électrons négatifs sont attirés plus près du noyau au centre de l'atome. Le rayon atomique s'en trouve diminué.
Point de fusion
Le point de fusion varie en fonction de la période 3 du tableau périodique. Tout cela est lié à lastructure et à la liaison.
Fig. 2 - Point de fusion des éléments de la période 3
Voici pourquoi.
- Le sodium (Na), le magnésium (Mg) et l'aluminium (Al) ont des points de fusion moyennement élevés. C'est parce que ce sont desmétaux . Le magnésium a un point de fusion plus élevé que le sodium parce qu'il a un rayon atomique plus petit et qu'il forme des ions plus chargés : le sodium forme des ions 1+, alors que le magnésium forme des ions 2+. L'aluminium a un point de fusion plus élevé que le sodium et le magnésium car, une fois de plus, il a un rayon atomique plus petit et forme des ions avec une charge encore plus élevée.
- Le silicium (Si) a un point de fusion très élevé. Cela s'explique par le fait qu'il existe en tant que macromolécule covalente géante maintenue par de nombreuses liaisons covalentes. Pour faire fondre le silicium, tu dois surmonter ces liaisons covalentes, ce qui nécessite beaucoup d'énergie.
- Le phosphore (P), le soufre (S) et le chlore (Cl) ont despoints de fusion bas. C'est parce qu'il s'agit de molécules covalentes simples. Bien qu'il existe de fortes liaisons covalentes à l'intérieur des molécules, les seules forces entre les molécules sont de faibles forces intermoléculaires. Celles-ci ne nécessitent pas beaucoup d'énergie pour être rompues. Le soufre forme des molécules plus grandes que le phosphore, qui à son tour forme des molécules plus grandes que le chlore. Cela augmente la force des forces intermoléculaires, ce qui augmente le point de fusion de l'élément.
- L'argon (Ar) a un point de fusion très bas. Cela s'explique par le fait qu'il s'agit d'ungaz monoatomique ; il ne forme pas de molécules. Les forces intermoléculaires entre ses atomes sont très faibles et ne nécessitent pratiquement pas d'énergie pour être surmontées.
Énergie d'ionisation
En général, l'énergie de première ionisation augmente au fur et à mesure que l'on se déplace dans la période 3 du tableau périodique. Comme pour le rayon atomique, cela est dû au nombre et à la disposition des protons et des électrons dans l'élément.
L'énergie de première ionisation est l'énergie nécessaire pour qu'une mole d'atomes gazeux perde chacun son électron le plus externe, formant ainsi une mole de cations gazeux.
Fig. 3 - Énergie de première ionisation des éléments de la période 3
À mesure que tu traverses la période, chaque élément possède un proton et un électron de plus que l'élément qui le précède. Cela signifie que la charge nucléaire augmente. Cependant, tous les éléments de la période 3 ont le même nombre d'enveloppes électroniques. Cela signifie que le blindage de la charge nucléaire par les enveloppes internes reste le même. Une charge nucléaire plus élevée, mais le même niveau de protection, entraîne une attraction plus forte entre le noyau et l'électron le plus externe, ce qui augmente l'énergie de première ionisation.
Tu remarqueras qu'il y a un creux entre les groupes 2 et 3, et 5 et 6. Cela est dû aux sous-coquilles d'électrons et aux orbitales ; nous examinons cela plus en détail dans Tendances de l'énergie d'ionisation. l'énergie d'ionisation.
Conductivité électrique
La dernière tendance que nous examinerons est la conductivité électrique. Elle varie au cours de la période. Nous avons indiqué toutes les valeurs par rapport à la conductivité de l'aluminium, qui est le meilleur conducteur du lot.
Fig. 4 - Conductivité électrique des éléments de la période 3
Note ce qui suit :
- Le sodium (Na), le magnésium (Mg) et l'aluminium (Al) ont desconductivités élevées. Cela s'explique par le fait qu'il s'agit demétaux , constitués d'un réseau d'ions métalliques positifs dans une mer d'électrons délocalisés. Les électrons sont libres de se déplacer et portent une charge, ce qui leur permet de conduire l'électricité. Le magnésium est un meilleur conducteur que le sodium car il possède plus d'électrons délocalisés par ion métallique positif. L'aluminium est un meilleur conducteur encore parce qu'une fois de plus, il a plus d'électrons délocalisés par ion métallique positif.
- Le silicium (Si) a uneconductivité faible . Cela s'explique par le fait qu'il s'agit d'unmétalloïde , et donc d'un semi-conducteur.
- Le phosphore (P), le soufre (S), le chlore (Cl) et l'argon (Ar) ne conduisent pas l'électricité. C'est parce qu'ils forment des molécules covalentes ou, dans le cas de l'argon, des gaz monoatomiques. Il n'y a pas de particules chargées libres de se déplacer et de porter une charge.
Tu peux en savoir plus sur les métalloïdes dans le tableau périodique.
C'est tout pour les tendances des propriétés des éléments de la période 3. Passons maintenant au sujet suivant - certaines de leurs réactions.
Réactions des éléments de la période 3
Nous allons examiner les réactions des éléments de la période 3 avec trois espèces différentes :
- l'oxygène
- le chlore
- L'eau
Réaction avec l'oxygène
Tous les éléments de la période 3 (à l'exception du chlore et de l'argon) réagissent avec l'oxygène (soit dans l'air, soit dans l'oxygène gazeux pur, sauf indication contraire) pour produire unoxyde . L'état d'oxydation de l'élément de la période 3 augmente et l'état d'oxydation de l'oxygène diminue. Cette réaction est donc uneréaction d'oxydoréduction .
Consulte Redox pour en savoir plus sur les états d'oxydation et les réactions d'oxydoréduction.
Voici un tableau pratique qui compare les réactions des éléments de la période 3 avec l'oxygène. Nous avons inclus l'élément, les conditions, le produit, l'observation, l'équation et l'état d'oxydation final de l'élément de la période 3.
| Élément | Conditions d'utilisation | Produit | Observation | Equation | État d'oxydation |
| Na | Chaleur | Oxyde de sodiumPeroxyde de sodium | Flamme orange, poudre blanche | \(4Na(s) + O_2(g) \rightarrow 2Na_2O(s)\) | +1 |
| Mg | Chaleur | Oxyde de magnésium | Flamme blanche, poudre blanche | \(2Mg(s) + O_2(g) \rightarrow 2MgO(s)\) | +2 |
| Al | Chaleur, aluminium en poudre | Oxyde d'aluminium | Paillettes blanches, poudre blanche | \(4Al(s) +3O_2(g) \rightarrow 2Al_2O_3(s)\) | +3 |
| Si | Chaleur, oxygène pur | Dioxyde de silicium | Paillettes blanches, poudre blanche | \(Si(s) + O_2(g) \rightarrow SiO_2(s)\) | +4 |
| P (blanc) | Température ambiante | Oxyde de phosphore(III)Oxyde de phosphore(V) | Flamme jaune/blanche, fumée blanche | \(P_4(s)+ 3O_2(g) \rightarrow P_4O_6(g)\)\(P_4(s) + 5O_2(g) \rightarrow P_4O_{10}(g)\) | +3+5 |
| S | Chaleur, oxygène pur | Dioxyde de soufre | Flamme bleue, gaz incolore | \(S(s) + O_2(g) \rightarrow SO_2(g)\) | +4 |
L'aluminium réagit extrêmement rapidement avec l'oxygène de l'air. Cependant, nous pouvons utiliser l'aluminium dans des secteurs tels que la construction, les transports et les emballages alimentaires car il forme une couche protectrice d'oxyde d'aluminium à la surface, ce qui empêche le métal situé en dessous de réagir davantage.
Réaction avec le chlore
Il est maintenant temps de voir les réactions des éléments de la période 3 avec le chlore. Ils forment tous deschlorures . Comme précédemment, nous avons préparé un tableau pour t'aider.
| Élément | Conditions d'utilisation | Produit | Observation | Equation | État d'oxydation |
| Na | Chaleur | Chlorure de sodium | Flamme orange, poudre blanche | \(2Na(s) + Cl_2(g) \rightarrow 2NaCl (s)\) | +1 |
| Mg | Chaleur | Chlorure de magnésium | Flamme blanche, poudre blanche | \(Mg(s) + Cl_2(g) \rightarrow MgCl_2 (s)\) | +2 |
| Al | Chaleur | Chlorure d'aluminium | Solide jaune pâle | \(2Al(s) + 3Cl_2 (g) \rightarrow 2AlCl_3(s)\) | +3 |
| Si | Chaleur | Tétrachlorure de silicium | Liquide incolore | \(Si(s) + 2Cl_2 (g) \rightarrow SiCl_4(l)\) | +4 |
| P (blanc) | Température ambiante | Chlorure de phosphore(III)Chlorure de phosphore(V) | Liquide incoloreSolide blanc cassé/jaune | \(P_4(s) + 6Cl_2(g) \rightarrow 4PCl_3(l)\) \(P_4(s) + 10Cl_2(g) \rightarrow 4PCl_5(s)\) | +3+5 |
| S | Chaleur | Dichlorure de disulfure | Liquide orange | \(2S(s)+ Cl_2(g) \rightarrow S_2Cl_2 (l)\) | +1 |
Tu remarqueras que nous avons encore oublié le chlore et l'argon. L'argon ne réagit pas avec le chlore, grâce à son statut de gaz noble, et cela n'a pas de sens de parler de réaction du chlore avec le chlore !
Le dioxyde de soufre est un liquide à l'odeur désagréable utilisé pour préparer le gaz moutarde dans le procédé Levinstein. Il s'agit de faire réagir le dioxyde de soufre avec l'éthène à 60°C.
Réaction avec l'eau
Enfin, explorons comment les éléments de la période 3 réagissent avec l'eau. Heureusement pour toi, tu n'as besoin de connaître que les réactions impliquant le sodium et le magnésium. Ils forment deshydroxydes , mais le magnésium réagit également avec la vapeur pour former un oxyde. Voici comment ces réactions se comparent.
| Élément | Conditions | Produit | Observation | Equation | État d'oxydation |
| Na | Eau froide | Hydroxyde de sodium, hydrogène | Pétillement vigoureux, solution incolore | \(2Na(s) + 2H_2O(l) \rightarrow 2NaOH (aq) + H_2(g)\) | +1 |
| Mg | Eau froideChaleur, vapeur | Hydroxyde de magnésium, hydrogèneOxyde de magnésium, hydrogène | Solution incolore à pétillement lentFlamme blanche, poudre blanche | \(Mg(s) + 2H_2O(l) \rightarrow Mg(OH)_2(aq) + H_2(g)\)\(Mg(s) + H_2O(l) \rightarrow MgO(s) + H_2(g)\) | +2+2 |
L'hydroxyde de sodium est fortement alcalin ; un indicateur universel ajouté à la solution deviendra violet. L'hydroxyde de magnésium est moins alcalin car il n'est que peu soluble. En fait, il forme souvent une fine couche à la surface du métal, empêchant toute réaction ultérieure.
Tu devrais maintenant être en mesure de décrire et d'expliquer les tendances des propriétés des éléments de la période 3, ainsi que de décrire leur réaction avec l'oxygène, le chlore et l'eau. Si tu veux en savoir plus sur les oxydes et les chlorures de la période 3, nous te recommandons de lire Oxydes de la période 3, qui te dira tout ce que tu dois savoir sur ces composés.
Éléments de la période 3 - Principaux enseignements
- Période 3 est la troisième rangée du tableau périodique. Elle contient les éléments sodium, magnésium, aluminium, silicium, phosphore, soufre, chlore et argon.
- La période 3 montre des tendances dans les propriétés atomiques :
- Le rayon ionique diminue au cours de la période.
- L'énergie de première ionisation augmente tout au long de la période.
- Les points de fusion et la conductivité électrique varient au cours de la période.
- Les éléments de la période 3 réagissent avec l'oxygène pour former des oxydes, et avec le chlore pour former des chlorures. Certains éléments de la période 3 réagissent également avec l'eau pour former des hydroxydes.
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