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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 71 — #79
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Classification
périodique des éléments
La classification périodique des éléments est l’objet le plus œcuménique de la chimie :
du laboratoire de chimie la plus théorique à la plus appliquée, elle semble être un point
de référence. Existant depuis deux siècles, elle n’a eu de cesse d’être complétée et perfectionnée mais jamais elle n’a été remise en cause, et surtout pas par l’avènement de la
chimie quantique qui a précisément justifié sa forme actuelle. Historiquement attribuée
à Dimitri Ivanovitch MENDELEIEV, elle témoigne des ressemblances chimiques entre
éléments, à intervalle périodique de numéros atomiques. La classe de seconde a vu l’introduction de la structure de l’atome et la répartition des électrons en différentes couches,
ainsi qu’une présentation de la structure actuelle de la classification périodique. La notion
d’électronégativité a été évoquée en terminale, en lien avec la position d’un élément dans
la classification périodique. Le but est ici d’approfondir ces notions et de mettre en évidence les principales propriétés chimiques des éléments en fonction de leur localisation
dans la classification périodique.
La réactivité chimique d’un élément est liée au comportement de certains de ses électrons, aussi nous présenterons une introduction à la chimie quantique qui gouverne le
comportement des électrons dans l’atome. Cette présentation s’appuie sur la dualité ondecorpuscule rencontrée en terminale. Nous étudierons la structure de la classification périodique à la lumière des principaux résultats de chimie quantique. L’évolution de plusieurs
paramètres atomiques au sein de cette classification (énergie d’ionisation, affinité électronique, électronégativité. . .) sera mise en évidence. Certaines familles retiendront notre
attention : les principales caractéristiques physico-chimiques des halogènes, métaux alcalins, métaux alcalino-terreux et métaux de transition seront évoquées.
1 Structure de l’atome
1.1 Protons, neutrons et électrons
Premières expériences de caractérisation de l’atome : l’électron
L’une des premières expériences visant à identifier les sous-structures de l’atome fut réalisée
par J.J. THOMSON en 1897. THOMSON découvrit que lorsqu’on appliquait une importante
différence de potentiel entre deux électrodes scellées aux extrémités d’un tube en verre dans
lequel règne un vide partiel, une décharge électrique (courant lumineux) était émise par la cathode (électrode négative). Ce rayon provenant de l’électrode négative était dévié (repoussé)
par le pôle négatif d’un champ électrique extérieur (figure 2.1). THOMSON émit l’hypothèse
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Classification
périodique des éléments
La classification périodique des éléments est l’objet le plus œcuménique de la chimie :
du laboratoire de chimie la plus théorique à la plus appliquée, elle semble être un point
de référence. Existant depuis deux siècles, elle n’a eu de cesse d’être complétée et perfectionnée mais jamais elle n’a été remise en cause, et surtout pas par l’avènement de la
chimie quantique qui a précisément justifié sa forme actuelle. Historiquement attribuée
à Dimitri Ivanovitch MENDELEIEV, elle témoigne des ressemblances chimiques entre
éléments, à intervalle périodique de numéros atomiques. La classe de seconde a vu l’introduction de la structure de l’atome et la répartition des électrons en différentes couches,
ainsi qu’une présentation de la structure actuelle de la classification périodique. La notion
d’électronégativité a été évoquée en terminale, en lien avec la position d’un élément dans
la classification périodique. Le but est ici d’approfondir ces notions et de mettre en évidence les principales propriétés chimiques des éléments en fonction de leur localisation
dans la classification périodique.
La réactivité chimique d’un élément est liée au comportement de certains de ses électrons, aussi nous présenterons une introduction à la chimie quantique qui gouverne le
comportement des électrons dans l’atome. Cette présentation s’appuie sur la dualité ondecorpuscule rencontrée en terminale. Nous étudierons la structure de la classification périodique à la lumière des principaux résultats de chimie quantique. L’évolution de plusieurs
paramètres atomiques au sein de cette classification (énergie d’ionisation, affinité électronique, électronégativité. . .) sera mise en évidence. Certaines familles retiendront notre
attention : les principales caractéristiques physico-chimiques des halogènes, métaux alcalins, métaux alcalino-terreux et métaux de transition seront évoquées.
1 Structure de l’atome
1.1 Protons, neutrons et électrons
Premières expériences de caractérisation de l’atome : l’électron
L’une des premières expériences visant à identifier les sous-structures de l’atome fut réalisée
par J.J. THOMSON en 1897. THOMSON découvrit que lorsqu’on appliquait une importante
différence de potentiel entre deux électrodes scellées aux extrémités d’un tube en verre dans
lequel règne un vide partiel, une décharge électrique (courant lumineux) était émise par la cathode (électrode négative). Ce rayon provenant de l’électrode négative était dévié (repoussé)
par le pôle négatif d’un champ électrique extérieur (figure 2.1). THOMSON émit l’hypothèse