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Grand oral du bac : TABLEAU PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS

Publié le 02/02/2019

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Les halogènes

 

Les halogènes occupent l’avant-dernière colonne du tableau périodique des éléments. Ce sont: le fluor (F), le chlore (Cl), le brome (Br), l’iode (I) et l’astate (At). Ils sont tous très électronégatifs, c’est-à-dire qu’ils ont tendance à attirer facilement des électrons. Le fluor est d’ailleurs le plus électronégatif de tous les éléments chimiques. En fait, dans le tableau périodique, l’électroné-gativité des éléments augmente de gauche à droite sur une même ligne, et de bas en haut dans une même colonne. Comme il leur manque un seul électron pour saturer leur dernière couche électronique, les halogènes sont très réactifs: ils acquièrent facilement un électron et réagissent pratiquement avec tous les autres éléments.

 

Les gaz rares

 

Les gaz rares constituent le groupe VIIIA (dernière colonne) du tableau périodique des éléments. Ce sont, dans l’ordre des numéros atomiques croissants: l’hélium (He), le néon (Ne), l’argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe) et le radon (Rn). Pendant longtemps, on a cru que ces gaz ne réagissaient avec aucun élément chimique, car leur couche périphérique est saturée en électrons (elle contient le plus grand nombre d’électrons possible). En fait, le krypton, le xénon et le radon présentent une certaine réactivité chimique. Le radon est radioactif: ses noyaux atomiques se décomposent avec une période radioactive de près de quatre jours.

 

Les lanthanides et les actinides

 

Les lanthanides, ou terres rares, forment le groupe des quinze éléments métalliques dont les numéros atomiques vont de 57 à 71. Dans l’ordre des numéros atomiques croissants, on trouve le lanthane (La), le cérium (Ce), le praséodyme (Pr), le néodyme (Nd), le prométhium (Pm), le samarium (Sm), l’europium (Eu), le gadolinium (Gd), le terbium (Tb), le dysprosium (Dy), l’hol-mium (Ho), l’erbium (Er), le thulium (Tm), l’ytterbium (Yb) et le lutécium (Lu). Un grand nombre de lanthanides présente des propriétés paramagnétiques. Appelé «terres rares», ces éléments sont néanmoins très abondants, parfois plus que le plomb.

 

Les actinides sont les 15 éléments métalliques situés sous les lanthanides dans le tableau périodique des éléments. Les quatre premiers, à savoir l’actinium (Ac), le thorium (Th), le protactinium (Pa) et l’uranium (U), ont été trouvés en quantités non négligeables à la surface de la Terre. Tous les éléments de numéro atomique supérieur à 92 sont uniquement synthétisés en laboratoire ; ce sont les éléments transuraniens.

Le cuivre est un métal de couleur rouge-brun. C’est un très bon conducteur de chaleur et d’électricité. Il fait partie des métaux malléables et ductiles. À l'état pur, il est essentiellement utilisé dans l’industrie électrique, mais il entre également dans la composition des pièces de monnaies.

Il comporte 18 colonnes, configuration qui ne fut expliquée qu’à partir du xxe siècle, grâce à la découverte de la structure électronique des atomes. D’après le modèle révolutionnaire de Bohr, établi par le physicien danois Niels Bohr (1883-1962), les atomes contiennent des électrons qui gravitent autour du noyau atomique, ces électrons étant disposés en couches. Or, les propriétés chimiques d’un élément dépendent du nombre d’électrons périphériques (sur la couche la plus éloignée du noyau) dans ses atomes. Les atomes des éléments, dont le numéro atomique est inférieur à 19 (de l’hydrogène à l’argon inclus), peuvent contenir jusqu’à 8 électrons sur leur couche électronique de valence qui est aussi appelée la couche périphérique. Ceci explique que les lignes -appelées périodes-du tableau périodique correspondant à ces éléments comportent huit colonnes. Le schéma se complique avec les éléments plus lourds, à partir du potassium (K), car ils peuvent contenir jusqu’à 18 électrons de valence.

« Tableau périodique des éléments mique de la matière, postulant que les éléments chimiques différaient les uns des autres par leur masse, et que l'on pouvait donc les classer selon ce critère.

La même année, le physicien et chimiste ita­ lien Amedeo Avogadro (1776-1856) introduisit ce que l'on appelle aujourd'hui la loi d'Avogadro, selon laquelle deux volumes de gaz pris dans les mêmes conditions de température et de pression renferment le même nombre d'atomes.

Ainsi, pour déterminer la masse atomique relative de l'azote, par exemple, on pouvait considérer deux volumes identiques d'azote et d'oxygène.

Il suffi­ sait ensuite de peser les deux gaz.

Comme on connaissait la masse atomique de l'oxygène, on en déduisait le nombre d'atomes contenus dans le volume de gaz considéré.

Il suffisait alors de calculer la masse atomique de l'azote.

En 1828, le chimiste suédois Jons Jacob Berze­ lius (1779-1848) proposa une première classifi­ cation des éléments, les rangeant dans l'ordre des masses atomiques croissantes à partir de l'hy­ drogène, l'élément le plus léger.

Des expériences de plus en plus poussées permirent de préciser les masses relatives d'un grand nombre d'élé­ ments.

On utilisait généralement l'oxygène comme référence, car il se combine à une multi­ tude de corps.

Ainsi, le chimiste belge Jean Ser­ vais Stas (1813-1891) détermina les masses rela­ tives d'hydrogène et d'oxygène nécessaires à la réaction chimique participant à la formation de l'eau; il découvrit ainsi que l'oxygène est 16 fois plus lourd que l'hydrogène.

Parallèlemen t à ces études, la chimie du XIX' siècle fut caractérisée par d'importants pro- .......

Un alchimiste au travail, d'après le traité d'alchimie De Magno lapide (1677).

On y voit le savant réalisant l'étape dite de "la douzième clef"· La Cabale est..,.._ un tableau tiré d'un très célèbre traité d'alchimie datant de 1616.

Il représente la montagne et la grotte du philosophe, ainsi que les sept étapes successives de l'alchimie et les quatre corps purs.

grès techniques -comme la mise au point du spectroscope, en 1859, par les physiciens alle­ mands Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) et Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887)-qui permi­ rent de découvrir de nombreux éléments et de mesurer encore plus précisément leur masse ato­ mique, déterminée par rapport à celle de l'hydro­ gène.

La notion de masse atomique fut capitale pour le développement de la chimie, car elle fut à la base de la classification des éléments entre­ prise dans la seconde moitié du XIX' siècle.

 Tableau du xvr siècle représentant ai-Jabir, a alchimiste arabe du xtr siècle qui réalisa de nombreuses expériences et fut l'auteur de plusieurs traités sur les éléments.

Parmi ses expériences les plus célèbres, ai-Jabir parvint notamment à synthétiser de l'acide chlorhydrique à partir de sels et de sulfates.

Le chimiste suédois Jons Jacob Berzelius ..,.._ dressa la première liste exhaustive des éléments, classés par ordre de masse croissant.

Il inventa également nombre de leurs symboles (H, 0, Fe, etc.) encore utilisés de nos jours .

.......

Le chimiste flamand Jan Baptista van Helmont (1577-1644) découvrit au xvtr siècle que l'air n'était pas l'unique substance volatile dans la nature, et qu'il existait d'autres vapeurs invisibles douées de propriétés chimiques, qu'il baptisa "gaz"· La classification périodique En 1864, le chimiste britannique John Newlands conçut un tableau en classant les éléments dans l'ordre croissant de leurs masses atomiques; il remarqua que certaines propriétés chimiques semblaient resurgir à intervalles réguliers, tous les huit éléments.

Cette > , qui s'appli­ quait alors à trop peu d'éléments, le nombre d'éléments connus étant insuffisant, lui valut bien des critiques, mais fut admise par le chimiste russe Dmitri Mendeleïev (1834-1907).

En 1869, ce dernier et le chimiste allemand Julius Lothar Meyer (1830-1895) découvrirent indépendam­ ment la loi périodique selon laquelle certaines propriétés chimiques des éléments varient pério­ diquement en fonction de leur masse atomique.

Mendeleïev proposa un tableau des éléments, les classant selon leurs propriétés chimiques.

En 1871, il améliora ce tableau, laissant des cases vides pour les éléments qu'il restait à découvrir.

Le tableau périodique actuel classe les élé­ ê ments non plus selon leur masse atomique, mais 3 selon leur numéro atomique (nombre des pro­ � tons du noyau égal au nombre des électrons de a: l'atome) .

Cependant, plus le numéro atomique § d'un élément est grand, plus sa masse atomique � est grande; le tableau actuel est donc identique i (aux cases vides près) à celui de Mendeleïev.. »

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