Compétences : Utiliser la classification périodique des éléments.
Objectifs
• Connaître la règle de classification des éléments
• Savoir comment utiliser cette classification
Activité : Observation et exploitation d’un extrait d’une case du tableau de classification des éléments. (TCPE) : \({}_6^{12}C\)

I. Notion d’élément chimique et numéro atomique

Un élément chimique

est la classe des atomes dont le noyau compte un même nombre de protons dans le noyau.

Ce nombre, noté \(Z\), est le numéro atomique de l'élément, qui détermine la configuration électronique des atomes correspondants, et donc leurs propriétés physicochimiques. Ces atomes peuvent en revanche compter un nombre variable de neutrons dans leur noyau, ce qu'on appelle des isotopes.

Exemple d’éléments chimiques : L'hydrogène (\(Z=1\)), le carbone (\(Z=6\)), l'azote (\(Z=7\)), l'oxygène (\(Z=8\)), le fer(\(Z=26\)), le cuivre(\(Z=29\)), l'argent(\(Z=47\)), l'or (\(Z=79\), etc.,

Chaque élément est conventionnellement désigné par un symbole chimique :
L'hydrogène (\(H\)), le carbone (\(C\)), l'azote (\(N\)), l'oxygène (\(O\)), le fer(\(Fe\)), le cuivre(\(Cu\)), l'argent(\(Ag\)), l'or (\(Au\)), etc.,

Au total, 118 éléments chimiques ont été observés à ce jour, de numéro atomique 1 à 118. Parmi eux, 94 éléments ont été identifiés sur Terre dans le milieu naturel et les 24 autres sont des éléments synthétiques.

Un élément synthétique

est un élément chimique absent du milieu naturel et qui, pour être observé, doit être produit artificiellement par une réaction nucléaire.

Les éléments chimiques peuvent se combiner entre eux au cours de réactions chimiques pour former d'innombrables composés chimiques. Ainsi, l'eau résulte de la combinaison d'oxygène et d'hydrogène en molécules de formule chimique \({H_2}O\) — deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Réciproquement, chaque composé chimique peut être décomposé en éléments chimiques distincts, par exemple l'eau peut être électrolysée en oxygène et hydrogène.
Une substance pure constituée d'atomes du même élément chimique est appelée corps simple, et ne peut pas être décomposée en d'autres éléments distincts, ce qui différencie un corps simple d'un composé chimique. L'oxygène est un élément chimique, mais le gaz appelé couramment « oxygène » est un corps simple dont le nom exact est dioxygène, de formule \({O_2}\).,
Les éléments chimiques sont communément classés dans une table issue des travaux du chimiste russe Dmitri Mendeleïev et appelée « tableau périodique des éléments »

II. La construction du tableau de classification des éléments chimiques

La construction de la classification périodique est basée sur le remplissage progressif des couches électroniques des atomes.
Les critères utilisés dans la classification moderne des éléments sont :
• Les éléments chimiques sont rangés par ordre de numéro atomique Z croissant.
• Les éléments placés sur une même ligne possèdent la même couche externe.
• Les éléments placés sur une même colonne ont le même nombre d'électrons sur leur couche externe.

Une période chimique

est une ligne de la table de classification périodique.

Les éléments chimiques d'une même période ont le même nombre de couches électroniques.
Une colonne regroupe les éléments possédant le même nombre d'électrons sur leur couche externe et appartenant donc à la même famille chimique.
La classification périodique des éléments compte ainsi 18 colonnes et 7 lignes. Dans chacune de ces cases, la notation symbolique correspondant à l'isotope de l'élément le plus abondant dans la nature, est indiquée.

NB : Un espace entre les colonnes du béryllium et du bore est laissé vacant pour rappeler qu'il y a 10 autres colonnes à placer plus bas.
• La première colonne de la classification regroupe la famille des métaux alcalins (l'hydrogène étant exclu) : (le lithium le sodium le potassium), ils possèdent un unique électron sur leur couche externe et forment facilement des cations portant une seule charge élémentaire
• La deuxième colonne de la classification regroupe la famille des métaux alcalino-terreux : ( béryllium).
Ils possèdent deux électrons sur leur couche externe et forment facilement des cations portant deux charges élémentaires
• L'avant-dernière colonne de la classification regroupe la famille des halogènes : fluor chlore brome iode…
Les halogènes sont aussi très réactifs. Ils possèdent sept électrons sur leur couche externe et forment facilement des anions portant une seule charge élémentaire.
• La dernière colonne de la classification regroupe la famille des gaz nobles : hélium, néon krypton, etc.
On les appelle également gaz inertes, car ils sont chimiquement très stables et participent à très peu de réactions chimiques, ne forment pas facilement de molécules ou d'ions. Cette stabilité est due à leur structure électronique externe.

III. Les utilisations de la classification périodique

Chaque case de la classification périodique regroupe des caractéristiques importantes de l'élément chimique considéré, comme son numéro atomique Z, sa masse molaire atomique,
On s'y référer pour :
• Trouver rapidement ses informations ;
• Prévoir les ions monoatomiques formés par des éléments chimiques.
Les atomes d'une même famille ayant la même structure électronique sur leur couche externe, forment des ions monoatomiques de même charge électrique