★ À maîtriser
Le tableau périodique classe aussi les éléments selon leur configuration électronique en blocs s, p, d et f.
Les blocs et leurs principales familles sont :
Les électrons occupent successivement les orbitales des niveaux énergétiques les plus bas.
Compléments
En 1869, Mendeleïev classe les éléments selon leur masse atomique.
En 1913, Moseley classe les éléments selon leur numéro atomique Z.
📌 Une orbitale atomique ne peut accepter que deux électrons, et le principe d’exclusion de Pauli interdit à deux électrons d’un atome d’avoir les mêmes nombres quantiques.
📌 La règle de Hund place d’abord un maximum d’électrons de même spin dans des orbitales différentes d’une même sous-couche avant d’apparier des spins opposés.
★ À maîtriser
Pour les éléments de transition, les électrons d du niveau inférieur peuvent être pris en compte dans la valence, et leur nombre d’électrons de valence correspond généralement à leur nombre d’oxydation.
Les atomes tendent à capter ou céder des électrons pour acquérir la configuration électronique du gaz rare le plus proche.
Compléments
Le fluor F possède 7 électrons de valence et le germanium Ge en possède 4.
La charge ionique la plus probable d’un élément correspond à la valeur de son nombre d’oxydation usuel.
Anion capte des électrons ; cation les cède.
★ À maîtriser
Les rayons caractérisent : les molécules par le rayon covalent, les métaux par le rayon métallique, deux atomes non liés par le rayon de van der Waals
Dans une même période, le rayon atomique diminue lorsque le numéro atomique Z augmente, en raison de l’accroissement de la charge du noyau.
Dans une même colonne, le rayon atomique augmente avec Z parce que les électrons occupent des régions de plus en plus éloignées du noyau.
📌 Un cation a toujours un rayon inférieur à celui de l’atome dont il provient, tandis qu’un anion a un rayon supérieur.
Compléments
En mécanique quantique, l’atome n’a pas de limite ni de frontière précises, car les électrons sont décrits par leur probabilité de présence.
Un picomètre vaut 10⁻¹² m, et 1 Å = 100 pm = 0,1 nm.
À nombre d’électrons identique, le rayon ionique diminue lorsque Z augmente.
Z augmente dans une période → le rayon atomique diminue.
★ À maîtriser
Les ionisations successives arrachent les électrons un à un, par exemple X(g) → X⁺(g) + e⁻ puis X⁺(g) → X²⁺(g) + e⁻.
L’énergie d’ionisation augmente considérablement lorsque l’arrachement concerne des électrons des couches internes.
Compléments
L’énergie de première ionisation diminue avec Z selon la tendance présentée dans le cours.
Dans une période, le gaz rare possède l’énergie de première ionisation la plus élevée.
X → X⁺ → X²⁺ : arracher chaque électron demande davantage d’énergie.
★ À maîtriser
📌 Les métaux sont généralement solides, brillants, ductiles et malléables, et conduisent bien l’électricité ; les métalloïdes sont cassants et ont une conductivité intermédiaire à bonne ; les non-métaux sont majoritairement gazeux, cassants et de faible conductivité.
📌 Les métaux ont une faible électronégativité et donnent des électrons, tandis que les non-métaux ont une forte électronégativité et acceptent des électrons.
Compléments
Les métaux réagissent avec les acides et forment des cations ainsi que des halogénures ioniques.
Les non-métaux ne réagissent pas avec les acides et forment des anions ainsi que des halogénures covalents.
Métaux : donnent des électrons ; non-métaux : en acceptent.
★ À maîtriser
L’hydrogène constitue un groupe à lui seul : il n’est pas un alcalin, car son électron est relativement difficile à arracher et il n’a pas de caractère métallique, mais il est comparable aux halogènes parce qu’il lui manque un électron pour atteindre la configuration de l’hélium.
Les métaux alcalins Li, Na, K, Rb, Cs et Fr sont des solides métalliques dont la chimie est gouvernée par la formation de cations M⁺.
Les métaux alcalins sont très réactifs avec l’eau et l’oxygène, car leur électron de valence ressent peu la charge nucléaire et leur orbitale s est grande et diffuse.
Les métaux alcalino-terreux sont moins réactifs que les alcalins, mais leur réactivité augmente lorsqu’on descend dans la colonne.
Les alcalino-terreux ont deux électrons de valence et leur chimie est gouvernée par l’état d’oxydation +2.
Compléments
Les alcalino-terreux réagissent avec l’eau pour former des hydroxydes, brûlent dans l’oxygène pour former des oxydes qui donnent des hydroxydes dans l’eau, et leurs hydroxydes réagissent avec le CO₂ pour former des composés insolubles.
Les réactifs de Grignard sont des composés organomagnésiens et les réactifs lithiens sont des composés organolithiés.
Les éléments du bloc d ont une configuration générale ns²(n−1)dˣ, avec 1 ≤ x ≤ 10.
Les métaux de transition sont utilisés comme catalyseurs et pigments ; leurs complexes de coordination sont colorés, et leurs électrons non appariés peuvent leur conférer des propriétés paramagnétiques.
Le cours cite Mg, I, Fe, Cu, Zn, Se, Cr, Mo et B comme oligo-éléments chez l’homme ; leur absence provoque des anomalies structurelles et physiologiques.
★ À maîtriser
Les éléments du groupe 14 ont quatre électrons de valence et leur état d’oxydation peut être −4 ou +4 selon l’électronégativité de l’élément lié.
Les pnictogènes du groupe 15 ont la configuration ns²np³ et les états d’oxydation −3, +3 et +5 ; les éléments cités sont N, P, As, Sb et Bi.
Les halogènes du groupe 17 ont sept électrons de valence, sont des oxydants très puissants et forment des molécules diatomiques très réactives, absentes naturellement selon le cours ; leur réactivité diminue lorsque Z augmente.
Les gaz rares du groupe 18 ont huit électrons de valence, sauf l’hélium qui en a deux, et leurs orbitales atomiques sont pleines.
Compléments
Le carbone est le seul non-métal du groupe 14 et existe à l’état libre, notamment sous forme de graphite ou de diamant, ainsi qu’à l’état combiné.
Les chalcogènes du groupe 16 ont la configuration ns²np⁴ ; les éléments cités sont O, S, Se, Te et Po, et le cours indique des états d’oxydation −1 et −2 pour l’oxygène, ainsi que +4, +6 et −2.
Les fluorures de gaz rares cités sont :
★ À maîtriser
Les réserves estimées sont de 40 ans pour Pb, 45 ans pour Zn, 10 ans pour Ge avec 35 % de recyclage, 15 ans pour In, 20 ans pour Hf et 35 ans pour Cu.
Les difficultés d’accès documentées comprennent :
Le recyclage du cuivre et du zinc réduit l’activité d’extraction et entraîne une baisse de la production d’indium et de germanium, qui sont des sous-produits.
Compléments
Le cours regroupe parmi les métaux précieux Au, Ag et les métaux du groupe du platine Pt, Pd et Rh ; parmi les métaux légers Al, Mg et Ti ; parmi les métaux ferreux Fe, Ni, Mn, Cr, Co, Mo, W, V et Nb.
Le cours cite comme métaux nucléaires U, Zr, Hf, Be, Cs et les terres rares, comme métaux électroniques Cd, Ga, Ge, Hg, Se, Te, Ta et In, et parmi les autres métaux et métalloïdes K, Bi, B, Li, F, S, Ba et Sb.
Récupérer Cu et Zn → réduire l’extraction → diminuer la production d’In et Ge.
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1. Quel critère permet de répartir les éléments du tableau périodique en blocs s, p, d et f ?
2. Un élément appartient au bloc f : à quelles familles peut-il être associé ?
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Quels électrons sont les électrons de valence des éléments des blocs s et p ?
Ceux de la couche externe, correspondant au nombre quantique principal le plus élevé.
Quel critère Mendeleïev utilise-t-il pour classer les éléments en 1869 ?
La masse atomique.
Quel critère Moseley utilise-t-il pour classer les éléments en 1913 ?
Le numéro atomique .
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