La classification périodique des éléments

[modifier ( modifier-68-section-1.cours)]Introduction

De nombreux chimistes du 19ème siècles ont essayé de classer les éléments chimiques,
souvent sans grand succès. C'est Dimitri Ivanovitch Mendeleïev (1834 - 1907) qui proposa la classification la plus convaincante, aujourd'hui appelée Classification périodique des éléments. C'est cette classification que nous utilisons de nos jours, et que je vous propose de (re)découvrir.

La classification périodique des éléments se présente sous la forme d'un tableau (le tableau de Mendeleïev), la voici :

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[modifier ( modifier-68-section-2.cours)]Principe (chimique)

Comme vous l'aurez remarqué, chaque case correspond à un élément : H pour l'hydrogène, He pour l'hélium, etc... (nous verrons plus tard à quoi correspond le chiffre en haut à droite de chaque case)
Quel est le principe de cette classification ? Tout cela a l'air très compliqué, mais il n'en est rien, et c'est là que Mendeleïev a fait très fort :
Les éléments sont rangés par ordre de masse croissante et les éléments de chaque colonne ont des propriétés chimiques semblables.(dans le tableau établi par Mendeleiev)
Les éléments sont rangés par ordre de numero atomique croissant (dans le tableau actuel)
Pour respecter ces conditions, Mendeleïev a bien entendu laissé quelques trous. Et coup de génie, notre savant prédit : toute case vide correspond à un élément que nous n'avons pas encore découvert. Mendeleïev avait raison, les trous laissés ont été comblés au fur et à mesure par de nouveaux éléments.

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[modifier ( modifier-68-section-3.cours)]Principe (physique)

Le tableau de Mendeleïev permet de mettre en évidence et de comprendre de nombreux principes physiques (qui lui étaient alors inconnus !)

Numéro atomique

Revenons au nombre en haut à droite de chaque colonne : il s'agit du numéro atomique de l'élément concerné, c'est à dire le nombre de protons que contient son noyau ([plus d'infos|4-la-structure-de-la-matiere.cours#noyau_atom]). Les atomes étant électriquement neutres, il s'agit donc également du nombre d'électrons présents dans l'atome (l'électron est de charge - , le proton de charge +). Vous remarquerez que ce nombre va du plus petit au plus grand : les éléments sont donc rangés par numéro atomique croissant ! (ce qui est logique, car la plus grande partie de la masse d'un atome se trouve dans son noyau).

Structure électronique

Observez le tableau : chaque colonne est désignée en chiffres romains, allant de I à VIII. Cela ne vous rappelle rien ? Il s'agit en fait du nombre d'électrons sur la couche externe de l'élément ! ([plus d'infos|40-la-structure-electronique-des-atomes-et-des-ions-simples.cours]) (les éléments de chaque colonne ayant également des propriétés chimiques semblables, on peut en conclure que le nombre d'électrons sur la couche externe d'un atome est responsable de ses propriétés chimiques !). Si vous étudiez plusieurs tableaux différents, vous remarquerez que parfois la dernière colonne n'est non pas désignée par VIII mais par 0. Pourquoi ? Car l'hélium s'y trouve également, sa couche externe étant complète à 2 électrons. La colonne VIII, ou 0, comprend donc tous les éléments qui ont leur couche externe complète (c'est à dire à 8 électrons, sauf pour l'hélium dont la seule et unique couche électronique est complète à deux électrons).
De plus la ligne du tableau nous permet de savoir à quelle couche on se situe. En effet les couches possèdent des noms. Ainsi la première couche se nomme K, la deuxième L, la troisième M et ainsi de suite dans l'ordre alphabêtique.

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[modifier ( modifier-68-section-4.cours)]Structure électronique des ions

Vous savez sûrement que seuls les ions et les atomes qui ont leur couche périphérique complète (à 2 ou 8 électrons) sont stables. Mais quel rapport avec la classification périodique ? Et bien comme vous pouvez le remarquer, seuls les éléments de la dernière colonne sont stables : ce sont les gaz rares (ou nobles). Les autres éléments, instables, ont tendance à devenir des ions en perdant ou en gagnant des électrons, pour avoir leur dernière couche électronique complète. Chaque élément a donc tendance a obtenir la structure électronique du gaz rare le plus proche dans la classification périodique des éléments

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[modifier ( modifier-68-section-5.cours)]Quelques familles d'éléments

Grâce à cette classification, on peut définir des familles d'élements : chaque famille correspond en fait à une colonne, et les éléments d'une même famille auront donc des propriétés chimiques semblables.
Voici les familles des éléments :

Métaux alcalins : colonne Ia (sauf H)
Exemples : Lithium, Sodium, Potassium...

Métaux alcalinos - terreux : colonne IIa (Entre les terreux et les alcalins)
Exemples : Béryllium, Magnésium

Métaux terreux : colonne IIIa
Exemples : Bore, Aluminium

Carbonides : colonne IVa
Exemples : Carbone, Silicium

Azotides : colonne Va
Exemples : Azote, Phosphore

Sulfurides : colonne VIa
Exemples : Oxygène, Soufre

Halogènes : colonne VIIa
Exemples : Fluor, Chlore

Les gaz rares : colonne VIIIa (ou 0)
Exemples : Hélium, Néon

En plus de cela, on peut parler quelque peu du sous-tableau composé d'éléments radioactifs :
La première ligne de ce sous-tableau correspond aux Lanthinides.
La deuxième ligne de ce sous-tableau correspond aux actinides.

• Les métaux

Ils sont rarement à l'état atomique. En effet, ils s'associent pour former des corps simples : association de plusieurs atomes identiques. Dans les conditions normales de pressions et de températures, ils sont solides mis à part le mercure. Ils possèdent des propriétés thermiques et électriques intéressantes, et sont de très bons réducteurs dans les réactions chimiques : ils captent des électrons.

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[modifier ( modifier-68-section-6.cours)]Conclusion

La classification périodique des éléments est donc un outil très puissant, utile dans de nombreux cas. Sur certains tableaux de Mendeleïev, on trouve même d'autre informations sur l'élément concerné comme sa masse molaire atomique, sa densité, etc...

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