Tableau périodique

Quelle est la fonction du tableau périodique des éléments ?

Le tableau périodique des éléments est un outil essentiel dans l'étude de la chimie, et chaque lycéen l'a rencontré à un moment ou à un autre. Cependant, d'où vient exactement le tableau périodique ? D'ailleurs, pourquoi l'appelle-t-on tableau périodique ?

À partir du XIXe siècle, les scientifiques ont utilisé de nombreux paramètres et critères pour identifier et regrouper les éléments. Par exemple, le scientifique allemand Johann Wolfgang Döbereiner a observé que le calcium, le baryum et le strontium avaient des qualités similaires et a donc nommé cet ensemble de trois éléments une triade. En \( 1863 \) , le chimiste britannique John Newlands a classé les éléments connus en sept groupes de huit éléments chacun et a défini la loi des octaves.

On sait aujourd'hui que cette loi est fausse, mais elle n'en reste pas moins un élément important de l'histoire de la chimie.

C'est quoi une classification périodique des éléments ?

Je suis sûr que tu sais maintenant que, pour tout ce qui touche à la science, il y a beaucoup d'essais et d'erreurs. Le tableau périodique a lui aussi connu un processus similaire. Différents scientifiques ont tenté d'élaborer un tableau périodique représentant tous les éléments (naturels et artificiels). Cependant, l'homme à qui l'on attribue la plus grande contribution au tableau périodique est le scientifique russe Dimitri Mendeleïev.

En \( 1869 \) , Mendeleïev a proposé que les propriétés des éléments soient fonction de leur masse atomique. Le scientifique russe, aux côtés de son collègue Meyer, construit un tableau des éléments en huit colonnes, dans lequel sont regroupés les composants ayant des qualités similaires.

Le tableau de Mendeleïev, qui regroupe les éléments par ordre croissant de masse atomique, démontre que les attributs des éléments se répètent dans un ordre exact.

Selon Mendeleïev, les propriétés des éléments sont une fonction périodique de leur masse atomique (loi périodique).

Comme tu le verras ci-dessous, le tableau périodique de Mendeleïev de \( 1871 \) est quelque peu différent de celui que nous utilisons aujourd'hui, mais il apporte une contribution essentielle au tableau périodique moderne.

Fig. 1- Le tableau périodique.

Qu'est-ce que le tableau périodique de Mendeleïev avait de si spécial ? Eh bien, il a prévu la découverte de nouveaux éléments et a prévu des emplacements dans son tableau périodique pour les accueillir. Cependant, en envisageant la périodicité comme une loi fondamentale déterminant la nature des éléments, il est allé beaucoup plus loin que ses prédécesseurs.

Sur la base de cette révélation, il a laissé une place vide dans son tableau pour les éléments qui n'étaient pas découverts si les qualités d'un élément particulier ne correspondaient pas au modèle général. Le scientifique russe nommait alors ces éléments "hypothétiques" avec des préfixes tels que eka, dvi et tri. En sanskrit, cela signifie un, deux et trois.

À l'époque, Mendeleïev a attribué ces préfixes à huit éléments inconnus. Par exemple, l'eka-aluminium a été nommé ainsi parce qu'il était placé sous l'aluminium sur le tableau de Mendeleïev, il a ensuite été renommé Gallium.

Mais avec le succès viennent les échecs. Tu te souviens du processus d'essais et d'erreurs que j'ai mentionné plus haut ? Eh bien, nos scientifiques russes en ont été victimes.

Malheureusement, le tableau périodique de Mendeleïev présentait certaines limites. En effet, son tableau était incapable d'expliquer certaines choses comme le fait que le cobalt, bien qu'ayant une masse atomique supérieure à celle du nickel, possède des propriétés qui pourraient le placer avant cet élément. Ces incohérences rendaient difficile une bonne compréhension des éléments.

Comme tu peux le constater, la masse atomique n'est pas un prédicteur parfait des propriétés des éléments. Ce qui est plus souvent utilisé aujourd'hui est le nombre de protons (également connu sous le nom de numéro atomique). Le tableau périodique moderne est le suivant, et nous pouvons y voir cette manifestation !

Loi périodique

Comme mentionné ci-dessus, la loi périodique a été réexaminée en raison de certaines incohérences dans la catégorisation des éléments basée sur la masse atomique.

Maintenant que nous avons fait l'historique, entrons dans le vif du sujet : l'organisation du tableau périodique et la façon de le comprendre !

Élément chimique

Le tableau périodique organise et localise tous les éléments connus en groupes, périodes, blocs, métaux, non-métaux, lanthanoïdes et actinides en fonction de leurs caractéristiques et de leurs relations les uns avec les autres.

Numéro atomique

Le tableau périodique est une liste d'éléments chimiques classés selon leur numéro atomique, leurs qualités et leurs caractéristiques.

L'Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée (UICPA) a confirmé \( 118 \) éléments, parmi lesquels :

• \( 94 \) éléments sont dits "naturels" (car ils ont été trouvés dans la nature).
• \( 24 \) éléments sont dits "synthétiques" (car ils ont été fabriqués artificiellement).

Configuration électronique

Les configurations électroniques des éléments expliquent la forme par ailleurs particulière du tableau périodique. Bien que le tableau ait été organisé à l'origine sur la base de similitudes physiques et chimiques entre les éléments au sein des groupes, ces similitudes sont finalement attribuables aux niveaux d'énergie orbitale et au principe de Pauli, qui entraînent le remplissage des sous-couches individuelles dans un ordre particulier. En conséquence, le tableau périodique peut être divisé en "blocs" correspondant au type de sous-couche à remplir .

C'est quoi les groupes dans un tableau périodique ?

• Groupes A (éléments typiques/représentatifs) : Chaque groupe est numéroté de \( 1 \) à \( 8 \) . Le numéro du groupe correspond aux électrons de valence. Par exemple, les éléments du groupe \( VII A \) ont tous la configuration électronique externe \( s^{2}p^{5} \) .

• Groupe B (éléments de transition) : Ils sont disposés à un niveau inférieur à celui de la période. Les éléments de transition sont tous ceux qui, dans le tableau périodique des éléments chimiques, se répartissent en groupes allant de \( 3 \) à \( 12 \) .

Certains groupes ont leurs propres caractéristiques, découvrons-les !

Fig. 3- Groupes dans le tableau périodique.

Groupe \( IA \) : Métaux alcalins

Les métaux alcalins sont caractérisés par une réactivité élevée, une faible énergie d'ionisation, une faible électronégativité et un potentiel de réduction négatif. Ils ont tendance à ne former des composés que dans leur état d'oxydation \( +1 \) .

Groupe \( IIA \) : Métaux alcalino-terreux

Les métaux alcalino-terreux sont mous et ont une faible densité, ils sont très réactifs, bien que moins que ceux du groupe \( 1 \) , et ne forment des composés que dans le degré d'oxydation \( +2 \) .

Groupe \( VII \) : Halogènes

Les halogènes sont des éléments très réactifs qui, lorsqu'ils réagissent avec des métaux, forment des sels. Par exemple, si on combine \( 2 Na \) , un métal, avec \( 2Cl_2 \) , un halogène, on obtient \( 2NaCl \) et beaucoup de chaleur. C'est ce qu'on appelle "l'expérience de la lampe à sel". Dans ce cas, on fait descendre du sodium fondu dans une atmosphère de chlore et on obtient une lumière orange vif et du sel.

Groupe VIII : Gaz nobles (ou gaz inertes)

Les gaz nobles sont caractérisés par une structure électronique fermée, un duo pour l'hélium, et un octuor pour les autres. Ces configurations sont particulièrement stables et expliquent leur réactivité nulle ou faible. Ils sont monoatomiques, incolores, inodores, insipides et non inflammables.

Que représente la période dans un tableau périodique ?

Le tableau périodique comporte sept lignes horizontales appelées périodes. Elles sont classées dans l'ordre de leur numéro atomique. Elles sont liées au concept de nombre quantique principal, essentiellement le numéro de la ligne correspond au nombre quantique principal des orbitales des électrons de valence. Voici un exemple déroutant :

Si l'orbitale la plus externe est appelée \( 5s \) , tu obtiendras \( 5 \) comme numéro quantique principal et, par conséquent, il se trouvera dans la \( 5e \) rangée des éléments. Maintenant, si l'orbitale la plus externe de ton élément est \( 3d \) , il sera placé dans la \( 3ème \) rangée, facile non ?

Période : Les rangées du tableau périodique

• La première période est la plus courte car elle ne comporte que deux éléments ( \( H \) et \( He \) ). Ces éléments n'ont d'électrons que dans une orbitale de type \( s \) . Ils représentent le premier niveau d'énergie ( \( n = 1 \) ).

• Les deuxième et troisième périodes comptent huit éléments. Les électrons se trouvent ici uniquement dans les orbitales de type \( s \) et \( p \) . Ils représentent les éléments chimiques des deuxième ( \( n = 2 \) ) et troisième ( \( n = 3 \) ) niveaux d'énergie respectivement.

• Les quatrième et cinquième périodes comptent \( 18 \) éléments, et les électrons ont ici des orbitales de type \( d \) .

• À partir de la \( 6e \) période, on trouve également des orbitales de type \( f \) .

Fig. 4- Périodes dans le tableau périodique.

Métaux de transition

Les métaux de transition, sont malléables et ductiles, conduisent la chaleur et l'électricité et forment des ions positifs.

Lantinides et actinides : Métaux de transition internes

Les métaux de transition interne, comme mentionné ci-dessus, sont une extension du groupe \( 3 \) . Ils peuvent être divisés en deux sous-catégories :

• Les lanthanides : se trouvent à l'état naturel dans la croûte terrestre, à l'exception d'actinides.

• Les actinides : créés en laboratoire, ils sont de nature radioactive.

Alors que les lanthanides ne présentent jamais plus de deux états d'oxydation et donnent des composés essentiellement ioniques, les actinides présentent un plus grand nombre d'états d'oxydation et la présence d'états d'oxydation stabilise les liaisons covalentes et facilite la formation de complexes.

Tableau périodique organisé par métaux

Trois types d'éléments composent le tableau périodique, en fonction de leurs propriétés chimiques et physiques : les métaux, les métalloïdes et les non-métaux.

• Métaux : solides à température ambiante (le mercure est l'exception - c'est un liquide à température ambiante). Les métaux sont malléables et durables. Ils sont en outre de bons conducteurs de chaleur et d'électricité. Les métaux se trouvent sur le côté gauche du tableau.

• Les non-métaux : ce sont généralement des gaz et des solides, mais le brome est la seule exception. Il est liquide à température ambiante. Ce sont de mauvais conducteurs d'électricité et les forces intermoléculaires entre leurs molécules sont généralement faibles.

• Métalloïdes (également appelés semi-métaux) : ils sont appelés ainsi car ils possèdent à la fois les propriétés des métaux et des non-métaux (d'où le "semi"). Leur conductivité électrique est inférieure à celle des métaux mais supérieure à celle des non métalliques. Ils se trouvent sur le côté gauche du tableau, entre les métaux et les non-métaux.

Le tableau périodique est une bête assez compliquée et nous pourrions en dire beaucoup plus à son sujet, mais nous espérons que cela vous a suffi pour en saisir les parties les plus importantes. Si tu veux en savoir plus, continue à lire nos autres résumés de cours sur le sujet !