Chapitres
Historique de la classification périodique des éléments
Comment classait-on les éléments avant l'apparition du tableau périodique ?
Si l’étude des éléments chimiques intéresse les scientifiques depuis des siècles, c’est au début du XIXème siècle que l’étude de ces éléments et leur classification va connaître de grandes avancées. C’est le chimiste allemand Johann Wolfgang Döbereiner qui imagine le premier regrouper les éléments chimiques entre eux. Il pense en effet que certains éléments ont des propriétés chimiques qui peuvent être comparables et essaye de les associer par triade. Dans ce type de classement, plusieurs éléments peuvent être regroupés en triade. Au milieu du XIXème siècle Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois classe pour la première fois les éléments selon leur masse atomique. Géologue de formation, il utilise des termes peu communs qui font que sa découverte reste peu relayée. John Alexander Reina Newlands publia le premier un tableau périodique des éléments et le compléta par son hypothèse de la loi des octaves : les propriétés chimiques des éléments se répètent tous les 8 fois. Mais c'est réellement un autre scientifique qui va révolutionner la classification des éléments...
Dmitri Ivanovitch Mendeleïev : le père de la classification périodique
- Les propriétés des éléments sont périodiques quand ils sont rangés selon leur masse atomique
- Les éléments possédant des propriétés semblables ont des masses atomiques proches
- L’arrangement des éléments correspond à peu près à leurs valences
- Les éléments les plus répandus ont des petites masses atomiques
- Le caractère de l'élément est fonction de l’importance de la masse atomique,
- D’autres éléments seront à rajouter
- La masse atomique d’un élément peut parfois être modifiée
- Des propriétés caractéristiques des éléments peuvent être envisagées par l’étude leur masse atomique.
Ce tableau périodique comptait à l’époque 63 éléments. Le saviez vous ? Il existe un jeu de société permettant d’apprendre facilement le tableau périodique des éléments. Il s’agit d’un "remake" de la fameuse bataille navale avec les éléments dont Mendeleïev aurait sûrement été fier ! Le jeu de société a vu le jour en 2015.
Principe de la classification périodique actuelle
La classification périodique actuelle a été remaniée et repose sur des critères légèrement différents de ceux du tableau de Mendeleïev:
- Les éléments ne sont plus classés selon leur masse atomique mais par numéro atomique croissant.
- Sur une même colonne sont placés des éléments ayant sur leur couche externe le même nombre d’électron.
Ce dernier critère est comparable à celui utilisé par Mendeleïev car la réactivité et les propriétés d’un élément dépendent du nombre d’électrons sur la couche externe. La classification actuelle comporte 7 lignes appelées périodes ainsi que 18 colonnes appelées familles.
Présentation de la classification périodique actuelle
La dernière mise à jour de la classification actuelle date de 2016. C’est l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée (UICPA), qui représente l’autorité reconnue pour les règles et nomenclatures de chimie, qui a fixé les caractéristiques du tableau de classification périodique.
Le tableau comporte 118 éléments.
Le saviez-vous ? Sur les 118 éléments, 83 sont dits primordiaux, ils sont plus anciens que la Terre. Les 24 derniers éléments sont, quant à eux synthétiques, ils n’existent pas à l’état naturel sur Terre et sont fabriqués par l’Homme. D’autres éléments peuvent aussi se retrouver dans l’Univers suite à des destructions de supernovae par exemple.
Classification périodique et structure électronique
Selon les critères de la classification il est facile de trouver la configuration d’un élément à partir de son emplacement.
Exemple du carbone :
- Il est situé sur la deuxième période donc sa première couche K est complète et la deuxième couche L correspond à sa couche externe.
- Il est dans la quatrième famille donc sa couche externe comporte 4 électrons sa configuration électronique est donc: (K)2(L)4.
Inversement la configuration électronique d’un élément permet de le placer facilement dans la classification. Exemple du magnésium : Le magnésium a comme configuration électronique (K)2(L)8(M)2.
- Sa couche externe est la troisième couche donc le magnésium est dans la troisième période.
- Sa couche externe M comporte deux électrons donc il est situé dans la deuxième colonnes.
Les familles d'éléments
Dans la classification actuelle tous les éléments d’une même famille ont le même nombre d’électrons sur leur couche externe ce qui leur donne des propriétés chimiques analogues : ils réagissent avec le même type de composé, forment des molécules et des ions comparables. On distingue plusieurs grandes familles:
- La première colonne correspond à la famille des métaux alcalins: elle comprend le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium, le césium et le francium. Tous les éléments de cette colonne possèdent une couche externe avec un électron. Ils forment tous des cations en perdant un électron ( Li+, Na+, K+ etc… ). Les métaux alcalins sont des métaux brillants, mous et très réactifs. A cause de leur grande réactivité, ces métaux doivent être conservés dans de l’huile minérale : on ne les trouve donc pas tel quel dans la nature. Le sodium (Na+) est le métal alcalin le plus répandu dans la nature.
- La deuxième colonne correspond à la famille des métaux alcalino terreux: elle comprend le béryllium, le magnésium, le calcium, strontium, le baryum et le radium. Tous les éléments de cette famille possèdent 2 électrons sur leur couche externe. Ils forment tous des cations en perdant deux électrons ( Be2+, Mg2+, Ca2+ etc ). Les métaux alcalino-terreux possède un éclat caractéristique argenté.
Le saviez vous ? Le terme alcalino-terreux provient du mot Terre, en référence à la particularité de ces métaux à résister au feu.
- La famille des lanthanides : comprend 15 éléments. Le nom lanthanide provient du chef de file des éléments composant cette famille : le lanthanide. Il s’agit de métaux brillants qui ternissent rapidement à l’air libre. On trouve dans cette famille des éléments comme le lanthane, le cérium, le gadolinium ou le terbium.
- La famille des actinides : est une famille chimique comprenant 15 éléments également. Ce sont des métaux lourds qui tirent leur nom de leur chef de file, l’actinium. Les actinides sont tous radioactifs. Ce sont des métaux mous aux reflets argentés. On peut citer parmi les actinides : l’uranium, le plutonium ou le thorium.
Le saviez-vous ? Un des actinides se nomme Mendélévium. Cet élément, de numéro atomique 101 a été dénommé ainsi en hommage à Dmitri Mendeleïev.
- La famille des métaux de transition : cette famille regroupe de nombreux éléments possédant une configuration électronique particulière. Ce sont des éléments qui possèdent une grande variété de couleurs. Ce sont tous des métaux conduisant l’électricité. On trouve dans cette famille des métaux comme le rhodium, le palladium, le cuivre, le platine ou le titane.
- La famille des métaux pauvres : ce sont des métaux mous ou fragiles. Ils ont tendance à former des liaisons covalentes et possèdent un caractère amphotère acide basique. On trouve dans cette famille l’aluminium, le zinc, l’étain, le mercure ou le plomb.
- La famille des métalloïdes : il s’agit d’une famille ou les éléments qui la composent possèdent des caractéristiques particulières. Ils ressemblent à des métaux, ils sont fragiles et ne conduisent pas l’électricité. Parmi eux, on trouve le bore, le silicium, l’arsenic ou l’antimoine.
- La famille des non-métaux : il s’agit d’éléments qui se trouvent être de très bon isolants thermiques et électriques. Les non-métaux représentent la presque totalité de la constitution des être vivants : on trouve parmi eux le carbone, l’azote, l’oxygène, le soufre, le chlore…
- L’avant dernière colonne est celle des halogènes: elle comprend le fluor, le chlore, le brome, l’iode et l’astate. A chacun de ces éléments il manque un électron pour que la dernière couche soit complète et lorsqu’ils se transforment en ion il gagnent cet électron et forme les ions F–, Cl–, Br–, I– et At–.
- La dernière colonne correspond à la famille des gaz rares aussi appelés gaz nobles (on parle même parfois de gaz inerte): elle comprend l’hélium, le néon, l’argon, le krypton, le xénon et le radon. Ils possèdent tous une couche externe complète ce qui les rend (d’après les règles du duet et de l’octet) très peu réactifs: ils ne forment pas d’ion et ne participent à aucune molécule.
Le saviez-vous ? on parle de gaz rare également parce que les éléments de cette famille se trouvent en très faible quantité au niveau de notre environnement (mis à part l'hélium) et qu'ils ont été découverts très tard. Le tableau suivant présente un exemple d élément de chaque famille de la classification périodique :
| Famille | Exemple |
|---|---|
| Alcalins | Sodium |
| Alcalino-terreux | Calcium |
| Lanthanides | Lanthane |
| Actinides | Uranium |
| Métaux de transition | Platine |
| Métaux pauvres | Aluminium |
| Métalloïdes | Silicium |
| Non métaux | Azote |
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Merci énormément
Vien la
Bonsoir Messieurs. Je vous remercie vivement pour la création de cette plateforme d’échanges.
Je suis initialement un ingénieur en chimie, enseignant.
Pouvez vous me dire si les éléments de 109 à 118 sont tous chimiquement caractérisés ? Merci d’avance.
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Merci pour l’enseignement.