Fiche de révision : Classification périodique des éléments

📋 Plan du Cours

1. Organisation en blocs, familles et périodes
2. Stabilité et propriétés des familles
3. Exceptions à la règle de Klechkowski
4. Définitions des propriétés atomiques
5. Facteurs périodiques et évolution des propriétés

📖 1. Organisation en blocs, familles et périodes

★ À maîtriser

• Les éléments sont rangés par numéro atomique Z croissant de gauche à droite puis de haut en bas.

• La classification comprend 18 colonnes, ou familles, dont les éléments ont la même configuration électronique externe et des propriétés chimiques proches.

• La classification comprend 7 lignes, ou périodes, dont les éléments ont le même nombre quantique principal n.

Compléments

• Les blocs s, d, p et f correspondent respectivement aux sous-couches s, d, p et f en cours de remplissage.

📌 Deux espèces situées dans des colonnes différentes peuvent avoir des propriétés chimiques différentes parce que leur nombre d’électrons de valence diffère.

📖 2. Stabilité et propriétés des familles

★ À maîtriser

📌 Un élément est stable lorsque sa couche externe est saturée et tend à acquérir la configuration électronique du gaz rare le plus proche.

• Les alcalins de la colonne 1 ont une couche de valence ns¹, forment des cations monovalents comme Na⁺ et K⁺ et des oxydes basiques.

• Les alcalino-terreux de la colonne 2 ont une couche de valence ns², forment des cations divalents comme Mg²⁺ et Ca²⁺ et des oxydes basiques.

• Les métaux de transition des colonnes 3 à 12 ont une configuration de valence ns¹ à ns² et (n−1)d¹ à (n−1)d¹⁰, et peuvent former des cations de valence multiple comme Fe²⁺ et Fe³⁺.

• Les halogènes de la colonne 17 ont une couche de valence ns²np⁵ et forment des anions monovalents comme F⁻ et Cl⁻.

• Les gaz rares de la colonne 18 ont une couche externe saturée, avec la configuration 1s² pour He ou ns²np⁶, et sont inertes, mais peuvent former des composés avec O et F.

Compléments

• La famille du carbone, en colonne 14, a une couche de valence ns²np² et forme des liaisons covalentes.

• La colonne de l’azote (15) a une couche de valence ns²np³ et forme des liaisons covalentes ainsi que des oxydes acides.

• La colonne de l’oxygène (16) a une couche de valence ns²np⁴ et forme des anions divalents comme O²⁻ ainsi que des oxydes acides.

• Lors de l’ionisation d’un élément du bloc d, les électrons s sont arrachés avant les électrons d.

💡 Astuce mémo

Les alcalins perdent des électrons, les halogènes en gagnent.

📖 3. Exceptions à la règle de Klechkowski

★ À maîtriser

• Dans la colonne 6, Cr (période 4) et Mo (période 5) sont des exceptions à la règle de Klechkowski, tandis que W (période 6) ne l’est pas.

Compléments

• Pour Cr et Mo, la configuration ns²(n−1)d⁴ devient ns¹(n−1)d⁵.

• Pour les éléments de la colonne 11, la configuration ns²(n−1)d⁹ devient ns¹(n−1)d¹⁰.

• Dans le cas de l’or, la configuration indiquée est 6s¹ 4f¹⁴ 5d¹⁰.

📖 4. Définitions des propriétés atomiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Rayon de covalence : le rayon d’un atome engagé dans une liaison de covalence simple
• Rayon atomique : le rayon de l’atome isolé
• Première énergie d’ionisation : La première énergie d’ionisation est l’énergie minimale à fournir à un atome gazeux isolé pour arracher l’électron le moins lié, selon M₍g₎ → M⁺₍g₎ + e⁻ ; I₁ est positive.
• Affinité électronique : L’affinité électronique est l’énergie libérée par un atome gazeux isolé lors du gain d’un électron, selon A₍g₎ + e⁻ → A⁻₍g₎ ; A₁ est négative.
• Électronégativité : la tendance d’un atome à attirer les électrons et à les retenir

📝 Points essentiels

📌 Le rayon de covalence est inférieur au rayon atomique.

📐 Formule - Selon Mulliken, l’électronégativité vérifie $\chi = \text{cste}(I + A)$, avec une constante d’environ 0,5.

• Selon Pauling, l’électronégativité est définie à partir des énergies de dissociation E_diss.

📖 5. Facteurs périodiques et évolution des propriétés

★ À maîtriser

• Dans une période, de gauche à droite, Z et l’attraction nucléaire augmentent, de sorte que l’effet de charge est prépondérant.

• Dans une colonne, de haut en bas, Z et le nombre quantique principal n augmentent, de sorte que l’effet de distance est prépondérant.

📌 Pour un même élément, le rayon du cation est inférieur à celui de l’atome, lui-même inférieur à celui de l’anion.

• Dans une période, le rayon atomique diminue de gauche à droite et, dans une colonne, il augmente de haut en bas.

• L’électronégativité suit les mêmes variations périodiques que l’énergie d’ionisation et l’affinité électronique : elle augmente dans une période et diminue dans une colonne.

Compléments

• La première énergie d’ionisation est très élevée pour les gaz rares, et les exceptions indiquées sont I₍B₎ < I₍Be₎ et I₍O₎ < I₍N₎.

• La deuxième énergie d’ionisation I₂ est très élevée pour les alcalins, et chaque énergie d’ionisation suivante vérifie Iₙ₊₁ > Iₙ.

• L’affinité électronique A ne concerne que les éléments situés à droite de la classification périodique, et A₁ est nulle pour les gaz rares.

• Quand l’électronégativité augmente, le niveau d’énergie des orbitales atomiques devient plus négatif et l’écart entre les sous-couches 2s et 2p augmente.

• Sur l’échelle de Pauling, les valeurs indiquées sont χ(F) = 4, χ(O) = 3,5, χ(N) = χ(Cl) = 3 et χ(Cs) = 0,7.

💡 Astuce mémo

Dans une période, l’attraction nucléaire croît ; dans une colonne, la distance devient prépondérante.