Utilisateur:Savant-fou/Chimie PCSI/La classification périodique

Historique

On dit souvent, à tort, que la classification périodique est celle de Mendeleïev. Pourtant, celui-ci n'est pas à l'origine de la mouture actuelle. C'est en 1789 que le chimiste français Antoine Lavoisier publie son Traité élémentaire de chimie, présenté dans un ordre nouveau et d'après les découvertes modernes. Cet ouvrage en deux volumes a jeté les bases de la chimie moderne, en faisant le point sur les connaissances de la fin du XVIII^e siècle dans cette discipline. Il y précise notamment le concept d'élément chimique comme une substance simple qui ne peut être décomposée en d'autres substances, avec en corollaire la loi fondamentale de conservation de la masse de chacune de ces substances simples au cours des réactions chimiques : « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ». Il publia dans cet ouvrage un tableau récapitulatif des « substances » considérées à son époque comme des éléments chimiques, en prenant soin d'établir une équivalence avec le vocabulaire hérité des alchimistes afin d'éliminer toute ambiguïté. Ce tableau, qui se voulait exhaustif et outil de référence, mentionnait ainsi, parmi les éléments chimiques, la lumière et le feu, encore considérés à cette époque comme des principes « chimiques » bien que Lavoisier lui-même ait invalidé la théorie du phlogistique.

Le premier à remarquer la périodicité des propriétés chimiques des éléments fut le géologue français Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois lorsqu'il classa en 1862 les éléments chimiques alors connus en fonction de leur masse atomique déterminée en 1858 par le chimiste italien Stanislao Cannizzaro. En 1863, le chimiste anglais John Alexander Reina Newlands publie une classification périodique classant chaque élément par masse atomique croissante dans un tableau à sept lignes en les arrangeant de telle sorte que leurs propriétés chimiques soient similaires par lignes.

Le tableau périodique

>

1 I A

2 II A

3 III B

4 IV B

5 V B

6 VI B

7 VII B

8 VIII B

9 VIII B

10 VIII B

11 I B

12 II B

13 III A

14 IV A

15 V A

16 VI A

17 VII A

18 VIII A

V

1

1 H

2 He

2

3 Li

4 Be

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

3

11 Na

12 Mg

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

4

19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

5

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

43 Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

6

55 Cs

56 Ba

*

72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

7

87 Fr

88 Ra

**

104 Rf

105 Db

106 Sg

107 Bh

108 Hs

109 Mt

110 Ds

111 Rg

112 Cn

113 Uut

114 Fl

115 Uup

116 Lv

117 Uus

118 Uuo

* Lanthanides

57 La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

61 Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

71 Lu

** Actinides

89 Ac

90 Th

91 Pa

92 U

93 Np

94 Pu

95 Am

96 Cm

97 Bk

98 Cf

99 Es

100 Fm

101 Md

102 No

103 Lr

Métalloïdes	Non-métaux	Halogènes	Gaz nobles
Métaux alcalins	Métaux alcalino-terreux	Métaux de transition	Métaux pauvres
	Lanthanides	Actinides

À température et pression ambiante, les éléments dont le numéro atomique est rouge sont gazeux, ceux dont le numéro atomique est bleu sont liquides, ceux dont le numéro atomique est noir sont solides. Concernant leur abondance, les éléments ayant une bordure continue grise se trouvent naturellement sur Terre, ceux avec une bordure en tirets noirs apparaissent naturellement lors de la désintégration d'autres éléments et ceux avec une bordure en pointillés bleus sont artificiels.

Exercices

Les terres rares

Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines. Du point de vue de l'économie mondiale, ils font partie des métaux stratégiques, largement employés en électronique et en optique. Ces métaux rares sont, contrairement à ce que suggère leur appellation, assez répandus dans l'écorce terrestre, à l'égal des métaux usuels. Leur nom vient du fait qu'on les a découverts au début du XIX^e siècle dans des minerais (d'où le nom de « terres », utilisé à l'époque en français, langue des échanges internationaux, pour les oxydes) peu courants à cette époque et à l'exploitation commerciale rendue compliquée par le fait que ces minerais étaient éparpillés et les terres difficiles à séparer les unes des autres. Toutes les terres rares sont situées dans le bloc $f$ du tableau périodique, et se distinguent en deux catégories : les lanthanides et les actinides. On se propose d'en étudier quelques-unes.

1. Donner la configuration-type des lanthanides, en notant $u$ l'ordre de l'élément dans la série, et en sachant que le xénon (Xe) est le gaz rare les précédent.
2. Le lanthane est le premier de la série des lanthanides. Quel est son numéro atomique ?
3. L'ytterbium est le dernier élément de la série des lanthanides. Quel est son numéro atomique ?

Le programme de colles

• Structure de la classification. Organisation en blocs.
• Relation avec la structure électronique.
• Alcalins, alcalino-terreux, halogènes, gaz rares.
• Énergie électronique, énergie d'ionisation, énergie d'attachement, affinité électronique, électronégativité. Formule de Mülliken. Électronégativité de quelques éléments (fluor, hélium, hydrogène, carbone).
• (à compléter)