Exploitation du tableau de classification périodique des éléments

Les essais de classification 

• 1839 : Döbereiner regroupa certains éléments en triades : trois éléments de propriétés chimiques voisines, dont le poids équivalent de l’un est égal à la demi – somme de ceux des deux autres (comme le chlore, le brome et l’iode, ou le lithium, le sodium et le potassium). Plus tard de nombreux chimistes ont suivi cette voie, comme Gmelin, von Pettenkofer, Dumas, Gladstone.
• 1850 : Thénard classa les métaux suivant leur comportement chimique : les métaux nobles, inoxydables (or, platine), les métaux très oxydables à température ordinaire, et deux groupes intermédiaires.
• 1863 : Apparition de la notion de périodicité dans les classifications proposées. Beguyer de Chancourtois plaça les éléments par ordre croissant de poids atomique sur une hélice s’enroulant autour d’un cylindre. Les éléments disposés sur une même génératrice du cylindre différaient de 16 unités en poids atomique, et possédaient des propriétés analogues.
• 1865:Newlands remarqua qu’en classifiant les éléments par ordre croissant de poids atomique, les éléments de propriétés semblables se retrouvaient lorsqu’on augmentait de 7 leur poids atomique : d’où sa définition de la loi des octaves.
• 1864 : Meyer publia un système de 28 éléments : en vertical, les poids atomiques augmentaient d’environ la même valeur à chaque fois, tandis qu’en horizontal la valence des éléments changeaient de +4 à –2.
• 1869 : Mendeleïev publia un premier tableau, où les 63 éléments connus étaient classés verticalement, en 6 groupes. Les éléments avec des propriétés chimiques analogues se retrouvaient sur une même horizontale.
• 1871 : Mendeleïev publie un tableau amélioré, très proche de sa forme actuelle Certaines de ces masses ont été modifiées depuis 1869 et l’article contient également la prédiction des propriétés des éléments manquants qu’il appelle « ekabore », « ekaaluminium » et « ekasilicium ». Il souligne en outre qu’on peut prévoir l’existence d’une longue série de terres rares.
• Amélioration  Le rythme des découvertes fut alors assez régulier : un nouvel élément en moyenne tous les deux ans et demi. La plus récente accélération eut lieu de 1940 à1952 avec la synthèse de 8 éléments, dits transuraniens, de numéros atomiques 93 à 100. Les derniers éléments en date à avoir été créés sont les éléments 116 et 118 en juin 1999.

Le tableau actuel 

– Le tableau actuel comporte 118 éléments répartis sur 7 lignes et 18 colonnes formant ainsi 4 blocs (s, p, d, f).
– Le classement se fait selon le numéro atomique Z croissant.
– La structure est liée au remplissage successif des différentes sous couches selon l’ordre donné par la règle de Kleschkovski.
– Chaque période ou ligne débute par le remplissage d’une sous-couche ns et s’achève par celui de la sous-couche np ; n augmente d’une unité quand on passe d’une période à une autre.
– Chaque colonne regroupe les éléments qui ont la même configuration électronique de valence et correspond à une famille ou groupe chimique.
– Les éléments d’une même colonne appartiennent à une famille.

L’atome de Rutherford 

• L’hypothèse Rutherford :Rutherford a basé son hypothèse sur les faits suivants :
– l’atome est constitué surtout d’espace vide
– il y a un cœur central (le noyau ou les charges positives sont concentrées)
– les masses sont concentrées au noyau, autour du noyau gravite une série d’électrons
• Le modèle de Rutherford Il a proposé comme base d’étude le modèle planétaire
• La traduction mathématique du modèle de Rutherford sur l’atome d’hydrogène .L’unique électron (de charge q=-e) se déplace sur une orbite circulaire autour du proton de charge q’=+e qui est supposé immobile.

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Analyse du tableau par ligne

1ère ligne : ce sont les éléments qui correspondent à la première période c’est-àdire pour n=1. Ils sont composés de deux éléments
2ème ligne : Ils répondent à la deuxième période (n=2). Ils sont au nombre de huit
3ème ligne : Ces éléments coïncident à la troisième période (n=3). Ils sont formés par Huit éléments
4ème ligne : ces élément sont marqués par la première intervention de l’orbitale « d », ils sont classés sur la quatrième période. Ils sont au nombre de 18 Deux (2) exceptions à la règle de remplissage :
Le Cr : 4s1 3d5 au lieu de 4s2 3d4 (configuration moins stable)
Le Cu : 4s1 3d10 au lieu de 4s2 3d9 (configuration moins stable).
5 ème ligne : Ils sont placés sur la cinquième période (n=5) .ils sont au nombre de 18
6ème ligne : 32 éléments ; elle comprend 2 séries de transition : après les 6s, sous couches de 4f (Lanthanides) puis les 5d (métaux de transition). Les 2 séries sont imbriquées.
7ème ligne : cette ligne est formée à partir des éléments dont le niveau d’énergie n=7

Représentation de Lewis

Les électrons de valence (ou électrons périphériques) Ce sont les électrons qui se trouvent sur la couche la plus externe. Ces électrons peuvent être célibataires ou appariés. Ils sont responsables des propriétés chimiques des éléments, en particulier de la réactivité chimique. Ils sont plus aptes à participer aux réactions ; Les électrons éloignés du noyau seront arrachés facilement.
Les électrons des couches internes Les électrons internes ne participent pas à la réaction chimique Illustration des électrons des couches internes et des électrons de valence ; atome de soufre
Représentation de Lewis La représentation de Lewis a pour but de schématiser la structure électronique externe d’un atome :
– Le noyau et les électrons de cœur sont représentés par le symbole de l’élément
– Les électrons de valence entourent le symbole, ils sont représentés par un point, s’ils sont célibataires et un tiret ou un « deux points » , s’ils forment un doublet
– La représentation de cases quantiques est nécessaire

Table des matières

Partie I : PARTIE THEORIQUE
1. HISTORIQUE
1.1. L’élément
1.2. Les essais de classification
1.3. Le tableau actuel
2. La structure électronique
2.1. Le niveau d’énergie
2.1.1. L’expression de l’énergie pour un atome mono électronique
2.1.1.1. L’atome de Rutherford
2.1.1.2. Le modèle de BOHR
2.1.2. L’expression de l’énergie pour l’atome poly électronique
2.1.2.1. L’énergie et rayon de l’orbitale atomique selon Slater
2.1.3. Interprétations
2.2. L’atome quantique
2.2.1. Equation de Schrödinger
2.2.1.1. Présentation de l’équation de Schrödinger
2.2.1.2. Résolution de l’équation de Schrödinger : fonctions d’ondes
2.2.2. Les nombres quantiques
2.2.3. Représentation des fonctions d’onde : forme des orbitales
2.2.4. Les configurations électroniques de l’atome à l’état fondamentale
2.2.4.1. Définition
2.2.4.2. Notations spdf
2.2.4.3. Notation abrégée
2.2.4.4. Cases quantiques
2.3. Représentation de Lewis
2.3.1. Les électrons de valence (ou électrons périphériques)
2.3.2. Les électrons des couches internes
2.3.3. Représentation de Lewis
3. La classification périodique des éléments
3.1. Rappels
3.2. Description du tableau périodique de Mendeleïev
3.3. Exploitation du tableau de classification périodique des éléments
3.3.1. Analyse du tableau par groupe
3.3.1.1. Les éléments du groupe A
3.3.1.2. Les éléments du groupe B
3.3.2. Analyse du tableau par ligne
Partie II : ELABORATION ET EXPLOITATION DU DIDACTICIEL
1. Élaboration du didacticiel
2 Exploitation du didacticiel
2.2. Interface pour le test de prérequis
2.2.1. La présentation de la fenêtre
2.2.2. Les rappels
2.3. Les interfaces de menu
2.3.1. Menu principal
2.3.2. Menu cours
2.3.3. Menu exploitation
2.4. Les cours
2.4.1. La présentation de l’interface
2.4.2. Le contenu des cours
2.4.2.1. Le modèle atomique de Rutherford
2.4.2.2. Le modèle atomique de Bohr
2.4.2.3. L’approximation de Slater pour les atomes polyélectroniques
2.4.2.4. L’équation de Schrödinger
2.4.2.5. Les nombres quantiques
2.4.2.6. La configuration électronique
2.4.2.7. La représentation de Lewis
2.4.2.8. La classification périodique des éléments
2.4.2.9. L’étude de la classification des éléments suivant les colonnes
2.5. Les évaluations
2.5.1. La présentation des interfaces
2.5.1.1. Interface pour l’identification
2.5.1.2. Interface pour la constitution de l’atome
2.5.1.3. Interface pour les orbitales atomiques
2.5.1.4. Interface pour la configuration électronique
2.5.3. Les différentes zones de l’interface

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