1 – ORIGINE DE LA CLASSIFICATION PERIODIQUE

Classer les atomes par "familles" en fonction de leurs

propriétés chimiques.

Objectif des chimistes

(Plusieurs types de classifications des éléments chimiques ont été avancés par les

chimistes avant même la découverte de l’électron)

En 1869 Mendeleïev ⇒ Classification périodique des éléments chimiques en

fonction de leur masse atomique

Les atomes se répartissent en lignes et en colonnes de telle sorte que :

- sur une ligne, de gauche à droite, la masse atomique augmente

- d’une ligne à l'autre n augmente et le masse atomique augmente aussi

- les éléments d'une même colonne ont des propriétés chimiques analogues.

Actuellement, la classification périodique des éléments chimiques

est en fonction de leur numéro atomique Z

- En ligne, appelée période, les éléments de même couche externe sont classés

par ordre de Z croissant.

​

• En colonne, appelée groupe ou famille, les éléments de même configuration

électronique de la couche externe sont classés par ordre de Z croissant.

2 – DESCRIPTION DE LA CLASSIFICATION PERIODIQUE

Bloc s

Bloc d

Bloc p

Bloc f

4 blocs selon la nature de l’O.A. de la couche externe en cours de remplissage :

​

Bloc s : l’O.A. ns en cours de remplissage. ⇒ ns^x (x = 1 ou 2)

Bloc p: l’O.A. np en cours de remplissage. ⇒ ns² np^x (x = 1 à 6)

Bloc d : l’O.A. (n-1)d en cours de remplissage (bloc des éléments de transition)

⇒ (n-1)d^x ns² (x = 1 à 10)

Bloc f : l’O.A. (n-2)f en cours de remplissage (bloc des terres rares).

⇒ (n-2)f^x (n-1)d¹ ns² (x = 1 à 14)

Tableau périodique ⇒ 18 colonnes (groupes) et 7 lignes (périodes)

​

Les colonnes sont désignées par des chiffres romains suivis d’un indice A ou B.

- les chiffres romains I, II, III,… indiquent le nombre d'électrons

sur la couche externe, appelés électrons de valence.

- l’indice A ou B est attribué au groupe selon la couche externe :

* indice A si la couche externe est ns np

* indice B si la couche externe contient la sous couche d.

N.B. : 1985 nouvelle numérotation adoptée par l’IUPAC (Union Internationale de Chimie

Pure et Appliquée), utilisation des chiffres arabes de 1 à 18 pour indiquer les groupes

Groupe I_A (1) appelé famille des alcalins de C.E. de la couche externe ns¹

​

Groupe II_A (2) appelé famille des alcalino-terreux de C.E. de la couche externe ns²

​

Groupe VII_A (17) appelé famille des halogènes de C.E. de la couche externe ns² np⁵

​

Groupe VIII_A (18), noté aussi O, appelé famille des gaz rares de C.E. de la couche externe

ns² np⁶ (couche externe saturée ⇒ éléments à l’état monoatomique)

​

Groupe I_B au VIII_B (3 à 12) éléments de transition de C.E. de la couche externe

(n-1)d^x ns² (x = 1 à 10)

Groupe VIII_B (8, 9 et 10) groupe des triades de C.E. de la couche externe

(n-1)d^x ns² (x = 6, 7 ou 8)

3 – PROPRIETES PHYSIQUES ET CHIMIQUES

Les propriétés physiques et chimiques sont liées au nombre d’électron de valence

a – Rayon atomique r_a

r_a est la moitié de la distance séparant deux atomes liés par une liaison covalente simple

Le long d’une période : r_a diminue car Z augmente

Le long d’une colonne : r_a augmente car n augmente (Z augmente)

b – Rayon ionique r_i

r_i est le rayon de l’atome à l’état ionique (cationique ou anionique)

- Etat cationique :

Le volume du nuage électronique diminue ⇒ r_i (cation) < r_a

car l’atome a perdu un ou plusieurs électrons

Exemple r_a(Li) = 1,34 Å r_i(Li⁺) = 0,68 Å

- Etat anionique :

Le volume du nuage électronique augmente ⇒ r_i (anion) > r_a

car l’atome a gagné un ou plusieurs électrons

Exemple r_a(O) = 0,74 Å r_i(O^2-) = 1,4 Å

c – Energie d’ionisation E_I

E_I est l’énergie nécessaire qu’il faut fournir à un atome à l’état gazeux pour lui

extraire un électron.

X(g) → X⁺(g) + e^-

E_I > 0

​

E_I s’exprime en eV (électron volt) ou en J (Joule)

1 eV = 1,602 10^-19 J

Le long d’une période : E_I augmente car r_a diminue et Z augmente

Exemple E_I(Li) = 5,39 eV E_I(F) = 17,42 eV

​

Le long d’une colonne : E_I diminue car r_a augmente et n augmente (Z augmente)

Exemple E_I(Li) = 5,39 eV E_I(Cs) = 3,89 eV

d – Affinité électronique A

Elle correspond à l’énergie libérée par un atome à l’état gazeux lorsqu’il capte

électron.

X(g) + e^- → X^-(g)

A < 0

​

A s’exprime en eV (électron volt) ou en J (Joule)

Variation irrégulière de A dans la classification périodique

​

Les halogènes ont une affinité électronique élevée (en valeur absolue)

(ils captent facilement un électron pour avoir la structure électronique des gaz rares)

Exemple |A(F)| = 3,45 eV

​

Les alcalins ont une affinité électronique faible (en valeur absolue)

ils ne captent pas facilement un électron pour avoir pour compléter l’O.A. ns

Exemple |A(Li)| = 0,82 eV

e – Electronégativité χ

C’est la tendance que possède un atome pour attirer les électrons

Un atome moins électronégatif est dit électropositif

L'électronégativité χ d'un élément peut être calculé selon plusieurs échelles :

* Echelle de Mulliken

L'électronégativité d'un élément est la moyenne arithmétique de l’énergie d’ionisation

et de l’affinité électronique (l’affinité en valeur absolue)

χ = (E_I + |A|) / 2

* Echelle de Pauling

L'électronégativité de deux atomes A et B est liée à l’énergie de dissociation de

la molécule A-B.

- Pour une molécule A-B 100% covalente, l’énergie de dissociation E_A-B est la moyenne géométrique de l’énergie de dissociation des molécules A₂ et B₂:

​

- Pour une molécule A-B avec un caractère ionique, l’énergie de dissociation E_A-B est

supérieur à la moyenne géométrique de l’énergie de dissociation des molécules A₂ et B₂

• Pauling suppose que la différence est égale au carré de la différence d’électronégativité

entre A et B (on suppose que B est plus électronégatif que A)

Remarque

Avec les énergies exprimées en Kcal/mole

* Echelle d’Allred et Rochow

Allred et Rochow ont relié l'électronégativité à la force d’attraction exercée par la charge effective du noyau (Z_eff) sur un électron supplémentaire :

Le long d’une période : χ augmente car Z augmente

Exemple

selon Pauling χ (Li) = 1 χ (F) = 3,98

selon Allred er Rochow χ (Li) = 0,97 χ (F) = 4,1

​

Le long d’une colonne : χ diminue car n augmente (Z augmente)

Exemple

selon Pauling χ (F) = 3,98 χ (I) = 2,5

selon Allred er Rochow χ (F) = 4,1 χ (I) = 2,21

Fin du cours ATOMISTIQUE

Pr. Driss ZAKARIA

Groupe de Pédagogie et de Didactique en Chimie (G.P.D.C.)

Département de Chimie

Faculté des Sciences Université Chouaïb Doukkali

Vos remarques et suggestions seront les bienvenues « zdriss@hotmail.com »