Fiche de révision : CM2

📋 Plan du Cours

1. Nombres quantiques et orbitales atomiques
2. Règles de remplissage électronique
3. Construction du tableau périodique
4. Blocs, périodes et exceptions
5. Familles et stabilité électronique
6. Ions et propriétés périodiques

📖 1. Nombres quantiques et orbitales atomiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Nombre quantique magnétique de spin : précise l’état quantique d’un électron et vaut +1/2 ou -1/2

📝 Points essentiels

• Dans le modèle des cases quantiques, un électron de spin ms = 1/2 est représenté par une flèche vers le haut, tandis qu’un électron de spin ms = -1/2 est représenté par une flèche vers le bas.

💡 Astuce mémo

Spin ms = +1/2 vers le haut, ms = -1/2 vers le bas

📖 2. Règles de remplissage électronique

📝 Points essentiels

📌 La règle de Hund impose que, parmi des orbitales atomiques dégénérées, les électrons occupent d’abord le maximum d’orbitales avec des spins identiques avant qu’une orbitale ne reçoive un deuxième électron.

📌 Le principe d’exclusion de Pauli interdit à deux électrons d’un même atome d’avoir leurs quatre nombres quantiques identiques.

• Une orbitale atomique définie par n, l et ml peut contenir au maximum deux électrons, qui possèdent nécessairement des nombres quantiques de spin opposés, +1/2 et -1/2.

💡 Astuce mémo

Hund répartit d’abord, Pauli limite ensuite à deux électrons

📖 3. Construction du tableau périodique

📝 Points essentiels

• En 1869, Dmitri Ivanovitch Mendeleïev établit une classification périodique de 64 éléments alors connus, introduit les familles chimiques et laisse des cases vides pour des éléments encore inconnus.

📌 La classification périodique moderne ordonne les éléments par numéro atomique Z croissant, et la position d’un élément est reliée à sa configuration électronique, notamment à celle de ses électrons de valence.

📌 Dans le tableau périodique, une ligne correspond à une période et une colonne correspond à une famille ou à un groupe.

• Les éléments d’une même colonne possèdent la même configuration électronique de valence et présentent donc des propriétés similaires.

💡 Astuce mémo

Numéro atomique croissant → configuration électronique → position dans le tableau

📖 4. Blocs, périodes et exceptions

★ À maîtriser

• Le tableau périodique comporte un bloc s à gauche, un bloc p à droite et un bloc d au milieu, correspondant aux orbitales en cours de remplissage.

• La troisième période contient huit éléments correspondant au remplissage des orbitales 3s et 3p, car le niveau 3d se remplit après le niveau 4s selon la règle de Klechkowski.

• Les lanthanides sont 14 éléments du cérium au lutécium, placés après le lanthane de numéro atomique Z = 57 et avant le hafnium de numéro atomique Z = 72.

• Les actinides sont 14 éléments du thorium au lawrencium, intercalés entre l’actinium de numéro atomique Z = 89 et le rutherfordium de numéro atomique Z = 104.

Compléments

• La première période correspond au remplissage de la couche K, n = 1, et contient deux éléments de configurations 1s1 et 1s2.

• La deuxième période correspond au remplissage de la couche L, n = 2, et contient huit éléments, des configurations 2s1 à 2s2 2p6.

• Les quatrième et cinquième périodes contiennent chacune 18 éléments correspondant respectivement au remplissage de 4s, 3d, 4p et de 5s, 4d, 5p.

📌 Une exception à la règle de Klechkowski ne change pas la place de l’élément dans le tableau périodique, comme pour la configuration réelle d10s1 de la colonne 11 au lieu de d9s2.

💡 Astuce mémo

Le tableau est organisé en blocs s, p, d et f selon l’orbitale en remplissage

📖 5. Familles et stabilité électronique

🔑 Notions clés & Définitions

• Règle de l’octet : affirme qu’un atome ou un ion possédant une couche de valence ns2 np6, soit huit électrons, présente une stabilité particulièrement importante

★ À maîtriser

📌 Les atomes ordinaires tendent à gagner ou perdre des électrons pour acquérir la configuration électronique du gaz rare le plus proche dans la classification périodique.

• Les gaz rares de la colonne 18 sont chimiquement très inertes parce que leur couche de valence est saturée à huit électrons, sauf l’hélium dont la configuration stable est 1s2.

📌 La formation d’un cation résulte d’une perte d’électrons et donne une charge positive, tandis que la formation d’un anion résulte d’un gain d’électrons et donne une charge négative.

• Le magnésium Z = 12 perd deux électrons pour atteindre la configuration du néon et forme préférentiellement le cation Mg2+, tandis que le fluor Z = 9 gagne un électron et forme l’anion F-.

📌 Les métaux s’ionisent en cations et forment généralement des oxydes basiques, tandis que les non-métaux s’ionisent en anions et forment généralement des oxydes acides.

Compléments

• Les semi-métaux cités sont:
  • Si
  • Ge
  • As
  • Sb

📌 La règle de Sanderson considère un élément comme métallique si le nombre d’électrons de sa couche de nombre quantique principal n le plus élevé est inférieur ou égal au numéro de sa période, sauf pour Sb et Ge.

💡 Astuce mémo

Métaux → cations et oxydes basiques ; non-métaux → anions et oxydes acides

📖 6. Ions et propriétés périodiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Rayon atomique : est la plus grande distance où la densité radiale de probabilité de présence d’un électron, notamment celui de la couche externe, est maximale

★ À maîtriser

• La configuration électronique d’un cation chargé q+ s’obtient en retirant q électrons de l’orbitale d’énergie la plus élevée, tandis que celle d’un anion chargé q- s’obtient en ajoutant q électrons.

• Dans Ti2+, les deux électrons 4s sont retirés avant les électrons 3d, donnant la configuration 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2.

📌 Le rayon atomique diminue régulièrement de gauche à droite dans une période et augmente régulièrement lorsqu’on descend dans une famille.

Compléments

• La configuration de Na+ est 1s2 2s2 2p6 après retrait de l’électron 3s de l’atome de sodium.

• L’ion chlorure Cl- possède la configuration électronique 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.

💡 Astuce mémo

Charge nucléaire effective croissante → rayon atomique décroissant dans une période

📊 Tableaux de synthèse

Organisation du tableau périodique