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Chimie PTSI

De
288 pages

L'enseignement de chimie de la filière PTSI abordé en un seul volume, sous la forme d'un cours clair et concis. Des pages de méthode et des exercices corrigés, variés et progressifs, permettent un entraînement et une préparation efficaces.

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CHAPITRE 1
La classification périodique
I n t r o d u c t i o n
Les chimistes ont toujours cherché les tendances et les similitudes dans les propriétés et les réactions des différents corps purs dont ils disposaient. e La nécessité de classer les corps est apparue dès la fin duXIXsiècle, la classification périodique actuelle est une amélioration de celle de Mendeleiev, datant de 1869.
Plan du chapitre 1
A. Historique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B. La classification périodique des éléments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Définition dun élément 2.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Présentation . 3.Structure en blocs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C. Évolution de quelques propriétés atomiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Énergie dionisation dun atome (E.I.) 2.Affinité électronique (A.E.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.Électronégativité() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D. Évolution de quelques propriétés chimiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Caractère acidobasique des oxydes e e 2.Propriétés des chlorures des éléments de la 2 . . . . . . . . . . . . .période . et 3
10 11 11 11 14 14 15 16 16 18 18 19
9
1.Critiques contre les octaves de Newlands :
il assurait que tous les éléments étaient découverts (en 1866, seuls 56 éléments étaient connus) ;
pour obtenir la répétition des octaves, il était obligé de mettre deux éléments dans la même case, Ni et Co ; Ce et La ;
certaines familles comprenaient des éléments très différents, comme Co, Ni, Cl et Br, ou Cu, Li, Na et K.
2.Dmitri Ivanovitch Mendeleïev, chimiste russe, 18341907. Il occupe la chaire de chimie à luniversité de SaintPétersbourg, travaille sur la compression des gaz et les propriétés de lair raréfié. Mais surtout en 1869, il publie une classification périodique des éléments dans laquelle il laisse des cases vides. Les éléments manquants, gallium, scandium et germanium, seront découverts quelques années plus tard avec des propriétés en accord avec celles prédites par D. I. Mendeleïev.
1
0
A. Historique Le classement des éléments chimiques a semblé nécessaire aux chimistes du e XIXsiècle pour rassembler de petits groupes déléments ayant des propriétés semblables. Par exemple, le sodium et le potassium, découverts en 1807, réa gissent avec lair en donnant loxydeM O, avec leau en donnant du 2 dihydrogène. Ces deux éléments sont des métaux, ils ont les mêmes proprié tés chimiques et des propriétés physiques voisines(fig. 1). Éléments Na K T /°C97,8 63,2 fus T /°C883 760 éb 3 /gcm0,971 0,862 Fig. 1 Quelques propriétés de Na et K. Ces analogies se retrouvaient pour dautres groupes déléments et ont permis des débuts de classement. Dès 1830,J. W. Döbereiner (17801849) propose un classement de cer tains éléments entriades: celles des métaux alcalins et des halogènes. En mars 1864,Newlandspropose un article à la Chemical Society of Lon don, où il suggère que, lorsque les éléments sont rangés par ordre de masse croissante, tout élément a des propriétés semblables à celui qui est à huit cases avant lui et huit cases après lui (un peu comme lesoctavesdune gamme de musique). Cette répétition périodique déléments semblables à intervalles réguliers dans les octaves de Newlands a conduit au nom detableau périodique. Cepen dant, la classification de Newlands fut critiquée pour trois raisons 1 essentielles et finalement rejetée et même ridiculisée par ses collègues. Lun des plus acerbes lui demanda même sil nenvisageait pas un classement par ordre alphabétique. En 1869, le chimiste allemand J. L. Meyer et le chimiste russe D. Mendeleïev publient séparément des résultats mettant en évidence les idées de périodicité. J. L. Meyerles courbes de propriétés variées, comme le point de publie fusion, la température débullition, la densité déléments connus en fonction de leurs masses. Les éléments appartenant à la même famille apparaissaient dans des positions identiques sur les courbes. 2 D. Mendeleïevpublie un tableau périodique(fig. 2)regroupant bon nom bre déléments rangés en fonction de leur masse atomique croissante dans des cases où il a eu legénie de laisser des places vides, car il pensait, à juste titre, que lélément était encore inconnu. Les éléments de propriétés chimi ques voisines sont dans une même colonne appeléegroupe; les lignes hori zontales sont appeléespériodes. Groupe Groupe Groupe Groupe Groupe Groupe Groupe Groupe I II III IV V VI VII VIII Période 1H Période 2Li Be B C N O F Période 3ClAl Si P S Na Mg K Ca * Ti V Cr Mn Période 4Fe Co Ni Cu Zn * * As Se Br Rb Sr Y Zr Nb Mo * Période 5Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Fig. 2 Le tableau périodique de Mendeleïev (1869).
Chapitre 1 : La classification périodique
1.Lununoctium Uno a été découvert et synthétisé en 1999.
2.Cette définition ne présente pas dexception.
3.Des exemples sont donnés dans la partie D.1 de ce chapitre.
Durant la vie de Mendeleïev (18341907), les quatre éléments manquants furent découverts avec des propriétés en accord avec leur position prévue par Mendeleïev.
B. La classification périodique des éléments
B.1.Définition dun élément
Définition 1 Unélémentest une entité chimique fondamentale commune aux diver ses variétés dun même corps simple ainsi quaux combinaisons de ce corps simple avec dautres corps.
B.2.Présentation La classification périodique des éléments se présente sous la forme dun tableau àdixhuit colonnes ou groupeset àsept lignes ou périodes(fig. 3).
Propriété 1 Les éléments sontclassés par numéro atomique Z croissant, de 1 Z=1pour lhydrogène H àZ=118pour lununoctium Uno .
Chaque période (sauf la première, la plus courte :H,He) commence par 1 2 un alcalinLi,Na,K,Rb,Cs,Fr) et se termine par un gaz rare 3 11 19 37 55 87 (Ne,Ar,Kr,Xe,Rn,Uno). 10 18 36 54 86 118 Les éléments dune même colonne ont des propriétés physiques et chimiques voisines. On distingue généralement :  Les métauxalcalins(colonne 1) deLiàFr. 3 87  Les métauxalcalinoterreux(colonne 2) deBeàRa. 4 88  Les métaux detransition(colonnes 3 à 12).  Leschalcogènes(colonne 16) deOàPo. 8 84  Leshalogènes(colonne 17) deFàAt. 9 85  Lesgaz rares(colonne 18) deHeàRn. 2 86 Les autres familles déléments placés dans une même colonne nont pas de nom particulier (colonnes 13, 14, 15). Nous distinguons dans la classification périodique les métaux et les non métaux.
Définition 2  Un élément est unmétalsi lun au moins de ses oxydes a des propriétés basiques.  Un élément est unnonmétalsi aucun de ses oxydes na de propriétés 2 basiques .
Un oxyde basique se dissout dans une solution acide. Un oxyde a un caractère acide si sa solution aqueuse est acide ou sil se dissout dans une solution 3 basique .
Cours
1
1
Métaux de 9
27 58,9 Co
107 (262) Bh
3
Alcalins
25 54,9 Mn
7
6
5
23 50,9 V
24 52,0 Cr
95 (243) Am
90 232,0 Th
7
106 (263) Sg
75 186,2 Re
109 (266) Mt
Alcalino terreux
4
63 151,9 Eu
22 47,9 Ti
40 91,2 Zr
41 92,9 Nb
104 (261) Rf
105 (262) Db
74 183,8 W
42 95,9 Mo
77 192,2 Ir
45 102,9 Rh
72 178,5 Hf
LU.I.C.P.A. (Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée) a retenu les noms et symboles suivants pour les éléments artificiels tels queZ103 : Z104 : Rf,Rutherfordium Z105 : Db, Dubnium Z106 : Sg, Seaborgium Z107 : Bh, Bohrium Z108 : Hs, Hassium Z109 : Mt, Meitnerium Z110 : Ds, Darmstadtium
59 140,9 Pr
73 180,9 Ta
Chapitre 1 : La classification périodique
Fig. 3 Classification périodique des éléments.
94 (244) Pu
62 150,3 Sm
91 231,0 Pa
93 237,0 Np
61 (145) Pm
60 144,2 Nd
58 140,1 Ce
89 227,0 Ac
57 138,9 La
Métaux
3
39 88,9 Y
21 44,9 Sc
7
12 24,3 Mg
19 39,1 K
11 23,0 Na
5
37 85,5 Rb
1
2
2
3 6,9 Li
87 (223) Fr
4
P É R I O D E
1
88 226,0 Ra
56 137,3 Ba
44 101,1 Ru
43 (98) Tc
76 190,2 Os
38 87,6 Sr
20 40,1 Ca
6
6
26 55,8 Fe
8
4 9,0 Be
2
1
108 (265) Hs
55 132,9 Cs
92 238,0 U
Groupe
1 1,0 H
Chalcogènes
35 79,9 Br
34 78,9 Se
52 127,6 Te
32 72,6 Ge
84 (209) Po
33 74,9 As
11
56 (247) Cm
46 106,4 Pd
64 157,2 Gd
Halogènes
103 (260) Lr
71 174,9 Lu
85 (210) At
47 107,9 Ag
79 197,0 Au
29 63,5 Cu
99 (252) Es
98 (251) Cf
101 (258) Md
69 168,9 Tm
70 173,0 Yb
66 162,5 Dy
67 164,9 Ho
97 (247) Bk
 1 Masse atomique (gmol ) Symbole
102 (259) No
12,0 C
14
14 28,1 Si
31 69,7 Ga
9
19,0 F
14,0 N
16,0 O
15
16
65 158,9 Tb
51 121,7 Sb
50 118,7 Sn
82 207,2 Pb
49 114,8 In
81 204,4 Tl
114 Unq Ununquadium
28 58,7 Ni
transition 10
118 Uno Ununoctium
Gaz rares
30 65,4 Zn
12
112 (277) Unb Ununbium
48 112,4 Cd
3
111 (272) Unu Unununium
1
Cours
6
10,8 B
5
13
Non métaux
Métaux
13 27,0 Al
110 (269) Ds Darmstadtium
Lanthanides
Numéro atomique
80 200,6 Hg
Actinides
78 195,1 Pt
10 20,2 Ne
2 4,0 He
Groupe
18
54 131,3 Xe
36 83,8 Kr
86 (222) Rn
53 126,9 I
83 209,0 Bi
116 Unh Ununhexium
17
100 (257) Fm
68 167,2 Er
7
17 35,5 Cl
15 31,0 P
18 40,0 Ar
16 32,1 S
8