Chimie TP 3 :La Classification périodique des éléments

 

Références :

-chapitres 11 et 12 du livre pages 166 à 197

-A retenir : essentiel page 191 , règles du duet et de l’octet page 175

-chrono :page 192

-Exercice résolu : page 194

I/Critère de construction de la classification périodique :

a)Remarque préalable :

Deux atomes qui ont le même numéro atomique (le noyau contient le même nombre de protons) appartiennent au même élément chimique.

b)Le critère de Mendeleiv

Mendeleiv (XIX ème siècle) eu l’idée de classer les éléments chimiques dans une tableau . Il classa dans une même colonne des éléments qui avaient des propriétés chimiques semblables .

Lancer à partit de l’ordinateur :

classper

Q1)Quels évènements ont permis à Mendeleiv d’être pris au sérieux ?

c)Le critère actuel de la classification :

Q2)Quelle est la démarche actuelle à partir de laquelle est construite la classification périodique ou plus exactement, quels sont les deux critères utilisés pour classer les éléments ?

Q3)Classer les éléments ci-dessous par numéros atomiques croissants :aluminium Al: Z = 13 ;azote N: Z = 7 ; béryllium Be: Z = 4 ; bore B: Z = 5 ;brome Br :Z = 35 ; carbone C: Z = 6 ; chlore Cl: Z = 17 ; fluor F :Z = 9 ; lithium Li:Z = 3 ; magnésium Mg :Z = 12 ;oxygène O :Z = 8 ; phosphore P : Z = 15 ; silicium  Si: Z = 14 ; sodium  Na :Z = 11 ; soufre S : Z = 16 ;   hydrogène Z = 1

Q4)Noter  pour chaque élément sa structure électronique
Q5)Classer les éléments dans un tableau en utilisant les deux critères relevés

Q6)Pourquoi selon vous (penser à la structure électronique) , les éléments d’une même colonne ont-ils des propriétés chimiques semblables ?

II/Stabilités des éléments chimiques

a)les gaz nobles :

Ce sont les éléments de la dernière colonne de la classification périodique . Ils possèdent 8 électrons sur leur dernière couche électronique . Ce sont des éléments stables (autrement dit ils ne réagissent pratiquement pas avec d’autres espèces chimiques)

Q7)En utilisant une table de la classification périodique , nommer les gaz nobles.

b)Règles du duet et de l’octet

Q8)Qu’est-ce qu’un ion ?

*Règle du duet : au cours de leurs transformations chimiques, les atomes et les ions évoluent de manière à avoir 2 électrons sur la couche externe lorsque leur numéro atomique est inférieur ou égal à 4.

*Règle de l’octet : au cours de leurs transformations chimiques, les atomes et les ions évoluent lorsque leur numéro atomique est supérieur à 4, de manière à avoir 8 électrons sur la couche externe .

Q9)Quelle est la structure électronique de l’atome de sodium Na (Z=11) ? Quel ion stable  peut être obtenu à partir de cet élément ?Donner sa structure électronique.

Q10)Quelle est la structure électronique de l’élément fluor F (Z=9) ? Quel ion stable peut être obtenu à partir de cet élément ?Donner sa structure électronique.

c)anions et cations :

Un anion est un ion chargé négativement , alors qu’un cation est un ion chargé positivement.

III/Propriétés chimiques de familles d’éléments

a)Expérience 1

Les éléments chimiques , chlore Cl , brome Br et iode I appartiennent à la colonne VII de la classification périodique (ce sont des halogènes). Les molécules stables correspondantes sont Cl2 (dichlore), Br2(dibrome) et I2 (diiode) .

Q11)Combien d’électrons ces trois éléments chimiques ont-ils sur leur dernière couche ?

Expérience

*Verser environ  1 mL d’eau de dibrome apvec une pipette dans le tube à essais 1 ; 1 mL d’eau de diiode dans le tube à essais 2.

*Dans chacun des tubes, verser environ 1 mL de cyclohexane. Boucher les tubes, puis agiter-les vigoureusement pendant quelques secondes.

Q12)Quelle est la couleur de chacune des solutions aqueuses ?

Q13)Représenter sur un schéma les deux tubes à essai après les avoir agités et laisser reposer quelques instants. Dans quel solvant la couleur du diiode est-elle la plus intense ?Même question pour le dibrome .

Q14)Interprétation :dans quel solvant  le dibrome et le diode sont-ils les plus solubles ? En quoi peut-on affirmer que les propriétés chimiques sont semblables ?

b)Expérience 2 :

           

*Prendre trois nouveaux tubes à essais.

*Verser environ 1 mL de la solution de chlorure de potassium (K+ et Cl-) dans le tube à essais 1 ; 1 mL de la solution de bromure de potassium (K+ et Br-)dans le tube à essais 2 ; 1 mL de la solution d’iodure de potassium (K+ et I-) dans le tube à essais 3.

*Dans chacun des tubes, verser environ 1 mL de la solution aqueuse de nitrate d’argent (Ag+ et NO3-)

Q15)Faire les schémas qui illustrent l’expérience.

Q16)Dans cette expérience , les ions potassium K+ et NO3- sont inertes (ils ne réagissent pas).Quels sont les ions qui réagissent ?

Q17)Quelle propriété commune ont les ions Cl- , Br- et I- vis à vis des ions Ag+  ?Identifier le solide formé dans chaque cas.

IV/Exercices :

1-Activité documentaire page 169

2-pages 176 et suivantes : n°s 7,8,9,12,16

3-pages 192 et suivantes : 4,6,7,11,15,17,21

TP3 chimie - correction :

1)Mendeleïev avait fait des prévisions: il avait annoncé l’existence d’éléments chimiques qu’il a appelés ekaaluminium (gallium aujourd’hui) et ekasilicium (germanium) et ces éléments ont été découverts plus tard avec les propriétés prévues .

Ces évènements ont notamment permis à Mendéleïev d’être pris au sérieux.

2)Dans le tableau de la classification périodique , les éléments chimiques , lorsque l’on « balaye » la table de gauche à droite et de haut en bas sont classés par numéros atomiques (nombre de protons dans le noyau) croissants . C’est le premier critère qui est retenu aujourd’hui.

Le second critère consiste à « ranger » dans une même colonne les éléments dont la dernière couche contient le même nombre d’électrons

3)Classons les éléments par numéros atomiques croissants (le numéro atomique de chaque élément est indiqué entre parenthèses):

H(1) ;

Li(3) ; Be (4) ; B(5) ; C (6) ; N (7) ; O (8) ; F(9)

Na (11) ; Mg (12) ; Al(13) ; Si(14) ; P(15) , S(16) ; Cl(17)

Br (35)

4)Structure électronique de ces éléments :

Les électrons sont répartis en couches : K (2 électrons au maximum) , L (8 électrons au maximum) , M (18 électrons au maximum) , N (32 électrons au maximum).

Pour les éléments ci-dessus , nous obtenons par conséquent :

H : (K)1 ce qui signifie 1 électron sur la couche K

Li : (K)2(L)1 [2 électrons sur la couche K et 1 électron sur la couche M]

Be : (K)2(L)2 ; B :(K)2(L)3 ; C :(K)2(L)4 ; N :(K)2(L)5 ; O : (K)2(L)6 ; F : (K)2(L)7

Na : (K)2(L)8(M)1; Mg (K)2(L)8(M)2;Al:(K)2(L) 8(M)3;Si:(K)2(L)8(M) 4;P:(K)2(L)8(M)5;S:(K) 2(L)8(M)6; Cl :(K)2(L)8(M)7

Br : (K)2(L)8(M)18(N)7

5)Nous classons dans un tableau  par numéros atomiques croissants les éléments ci-dessus de façon à ce que ceux qui ont le même nombre d’électrons sur leur dernière couche appartiennent à la même colonne :

Nb électrons dernière couche

1

2

3

4

5

6

7

 

H

 

 

 

 

 

 

 

Li

Be

B

C

N

O

F

 

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

 

 

 

 

 

 

 

Br

6)Les éléments d’une même colonne ont des propriétés chimiques semblables parce que ces éléments ont leurs dernières couches électroniques qui sont identiques .

7)Les gaz nobles sont les éléments de la dernière colonne de la classification périodique : Hélium (He) , Néon (Ne) ,Argon (Ar) , Krypton (Kr) , Xénon (Xe) , Radon (Rn)

8)Un ion est un atome ou un groupement d’atome qui a gagné ou perdu des électrons.

9)Na : (K)2(L)8(M)1 . Si l’atome de sodium perd l’électron de sa dernière couche , on obtient un ion Na+ dont la structure électronique est alors : (K)2(L)8 :c’est la structure électronique du néon , gaz noble . L’ion Na+ satisfait à la règle de l’octet .C’est une espèce stable.

10)F :(K)2(L)7 .Si l’atome de fluor gagne un électron , on obtient l’ion F- dont la structure électronique est (K)2(L)8 , c’est à dire la structure électronique du néon . Cet ion satisfait à la règle de l’octet . C’est un ion stable .

11)Le chlore (Cl) , le brôme (Br) et l’iode (I) ont 7 électrons sur leur dernière couche. On peut s’attendre à ce qu’ils aient des propriétés chimiques semblables .

12)La solution aqueuse de diiode est jaune-brunâtre , la solution aqueuse de dibrome est jaunâtre.

13)

C’est dans le cyclohexane que les couleurs dues au dibrome et au diode sont les plus intenses .

14) Ceci nous incite à penser que le diiode et le dibrome sont plus solubles dans le cyclohexane que dans l’eau. Cette expérience montre que ces deux espèces constituées d’éléments halogènes ont une « préférence » pour le cyclohexane plutôt que pour  l’eau . Nous pouvons alors parles de propriétés chimiques semblables.

15)

Nous obtenons trois précipités

16)Les ions qui ont réagi sont les ions Ag+ avec les ions halogénures (Cl- , Br- et I-)

17)les précipités sont AgCl ( Ag+ + Cl- ), AgBr ( Ag+ + Br- )et AgI ( Ag+ + I- )