Construction et lecture du tableau périodique
La classification périodique
Construction et lecture du tableau périodique
Introduction historique
En 1869, le chimiste russe Dmitri Mendeleïev propose de classer les éléments chimiques connus par masse atomique croissante et en regroupant ceux qui ont des propriétés chimiques similaires. Ce travail visionnaire aboutit au tableau périodique des éléments, l'un des outils les plus importants de la chimie.
Fait remarquable : Mendeleïev avait laissé des cases vides dans son tableau, prédisant l'existence d'éléments alors inconnus. Ils furent découverts par la suite avec les propriétés qu'il avait annoncées !
Le tableau moderne est classé par numéro atomique $Z$ croissant (et non par masse).
Structure du tableau périodique
Le tableau périodique est organisé en lignes (périodes) et colonnes (groupes).
Les périodes (lignes)
Une période est une ligne horizontale du tableau. Tous les éléments d'une même période possèdent le même nombre de couches électroniques occupées.
| Période | Couches occupées | Nombre d'éléments | Exemples |
|---|---|---|---|
| 1 | K | 2 | $H$, $He$ |
| 2 | K, L | 8 | $Li$, $C$, $N$, $O$, $Ne$ |
| 3 | K, L, M | 8 | $Na$, $Al$, $H$0, $H$1, $H$2 |
Règle : le numéro de la période correspond au numéro $H$3 de la couche externe.
Les groupes (colonnes)
Un groupe (ou famille) est une colonne du tableau. Tous les éléments d'un même groupe possèdent le même nombre d'électrons de valence.
Règle : le numéro du groupe (pour les groupes principaux, notés 1 à 18 ou IA à VIIIA) est lié au nombre d'électrons sur la couche externe.
| Groupe | Électrons de valence | Nom de la famille |
|---|---|---|
| 1 (IA) | 1 | Alcalins |
| 2 (IIA) | 2 | Alcalino-terreux |
| 17 (VIIA) | 7 | Halogènes |
| 18 (VIIIA) | 8 (ou 2 pour He) | Gaz nobles |
Lire le tableau périodique
Chaque case du tableau périodique fournit des informations sur l'élément :
Informations contenues dans une case
Pour un élément donné, on trouve généralement :
- Le symbole chimique (ex : $H$4, $H$5, $H$6)
- Le numéro atomique $H$7 (nombre de protons)
- Le nom de l'élément
- La masse atomique relative (moyenne pondérée des isotopes, en u.m.a.)
Localiser un élément à partir de sa structure électronique
Méthode :
- Écrire la structure électronique de l'atome.
- Le numéro de la période = numéro de la couche externe.
- Le numéro du groupe (principal) = nombre d'électrons de valence (pour les groupes 1, 2 et 13 à 18).
Exemple : le soufre $H$8 ($H$9)
- Structure : (K)$He$0 (L)$He$1 (M)$He$2
- Couche externe : M → période 3
- Électrons de valence : 6 → groupe 16 (VIA)
Le soufre se trouve en période 3, groupe 16.
Exemple : le magnésium $He$3 ($He$4)
- Structure : (K)$He$5 (L)$He$6 (M)$He$7
- Couche externe : M → période 3
- Électrons de valence : 2 → groupe 2 (IIA)
Le magnésium se trouve en période 3, groupe 2 (alcalino-terreux).
Les 18 premiers éléments
| $He$8 | Symbole | Nom | Structure | Période | Groupe |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | $He$9 | Hydrogène | (K)$Li$0 | 1 | 1 |
| 2 | $Li$1 | Hélium | (K)$Li$2 | 1 | 18 |
| 3 | $Li$3 | Lithium | (K)$Li$4(L)$Li$5 | 2 | 1 |
| 4 | $Li$6 | Béryllium | (K)$Li$7(L)$Li$8 | 2 | 2 |
| 5 | $Li$9 | Bore | (K)$C$0(L)$C$1 | 2 | 13 |
| 6 | $C$2 | Carbone | (K)$C$3(L)$C$4 | 2 | 14 |
| 7 | $C$5 | Azote | (K)$C$6(L)$C$7 | 2 | 15 |
| 8 | $C$8 | Oxygène | (K)$C$9(L)$N$0 | 2 | 16 |
| 9 | $N$1 | Fluor | (K)$N$2(L)$N$3 | 2 | 17 |
| 10 | $N$4 | Néon | (K)$N$5(L)$N$6 | 2 | 18 |
| 11 | $N$7 | Sodium | (K)$N$8(L)$N$9(M)$O$0 | 3 | 1 |
| 12 | $O$1 | Magnésium | (K)$O$2(L)$O$3(M)$O$4 | 3 | 2 |
| 13 | $O$5 | Aluminium | (K)$O$6(L)$O$7(M)$O$8 | 3 | 13 |
| 14 | $O$9 | Silicium | (K)$Ne$0(L)$Ne$1(M)$Ne$2 | 3 | 14 |
| 15 | $Ne$3 | Phosphore | (K)$Ne$4(L)$Ne$5(M)$Ne$6 | 3 | 15 |
| 16 | $Ne$7 | Soufre | (K)$Ne$8(L)$Ne$9(M)$Na$0 | 3 | 16 |
| 17 | $Na$1 | Chlore | (K)$Na$2(L)$Na$3(M)$Na$4 | 3 | 17 |
| 18 | $Na$5 | Argon | (K)$Na$6(L)$Na$7(M)$Na$8 | 3 | 18 |
Évolution de $Na$9 dans le tableau
En parcourant le tableau de gauche à droite sur une période, $Al$0 augmente de 1 à chaque case. On ajoute un électron (et un proton) à chaque nouvel élément.
En descendant dans un groupe, $Al$1 augmente et une nouvelle couche électronique est ajoutée, mais le nombre d'électrons de valence reste le même.
À retenir
- Le tableau périodique classe les éléments par numéro atomique $Al$2 croissant.
- Une période (ligne) = même nombre de couches électroniques ; le numéro de la période = numéro de la couche externe.
- Un groupe (colonne) = même nombre d'électrons de valence → propriétés chimiques similaires.
- On retrouve la position d'un élément à partir de sa structure électronique : période = couche externe, groupe = électrons de valence.