Karamö, le prof virtuelLeçon 5 sur 5
Position d'un élément dans la classification périodique
Je sais trouver la place (période et colonne) d'un élément à partir de son numéro atomique, et retrouver un élément à partir de sa place ou de l'un de ses ions.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Déterminer la période et la colonne d'un élément à partir de Z (Z ≤ 20)
- Retrouver Z et l'élément à partir de la période et de la colonne
- Identifier un élément à partir d'un de ses ions ou de la composition de son noyau
- Faire le lien entre colonne du tableau simplifié et groupe du tableau à 18 colonnes
Avant de commencer : La leçon « Relation entre la classification périodique et la structure atomique » : période = nombre de couches, colonne = nombre d'électrons externes.
1Je découvre
Au lycée de Kankan, le professeur de chimie organise un jeu. Il distribue à chaque élève une carte qui porte seulement un nombre. Ousmane reçoit « 15 », Aïssatou « 20 », Lansana « 9 ». Consigne : « Chacun doit aller se placer sur la grande grille dessinée au sol de la cour, à la case de son élément, sans regarder le tableau affiché en classe ! »
Ousmane hésite : « Avec seulement le nombre 15, comment savoir s'il faut aller sur la ligne 2 ou sur la ligne 3, dans la colonne V ou dans la colonne VII ? »
Aïssatou, elle, a un autre problème : « Mon nombre est 20, et le tableau que nous avons appris s'arrête à 18 ! »
Le professeur leur donne un indice : « Tout est caché dans la façon dont les électrons se rangent. »
Comment trouver la position d'un élément dans la classification périodique à partir de son numéro atomique, et comment faire le chemin inverse ?
2Je comprends
1. Rappel des deux règles
Dans la leçon précédente, tu as établi que :
- le numéro de la période est égal au nombre de couches électroniques occupées ;
- le numéro de la colonne (de I à VIII dans le tableau simplifié) est égal au nombre d'électrons de la couche externe, sauf pour l'hélium, placé dans la colonne VIII avec seulement 2 électrons.
La position d'un élément se donne donc par un couple : (période ; colonne).
2. Du numéro atomique à la position
Pour placer un élément, on passe toujours par sa structure électronique.
Méthode
Pour trouver la position d'un élément dont on connaît Z :
- J'écris la structure électronique de l'atome neutre (Z électrons) : K (2 au plus), L (8 au plus), M (8 au plus pour Z ≤ 20), puis N.
- Je compte les couches occupées : c'est le numéro de la période.
- Je compte les électrons de la dernière couche : c'est le numéro de la colonne (He : colonne VIII).
- Je nomme l'élément si possible, et je donne sa famille.
- 1Donnée : Z = 15, donc 15 électrons.
- 2Structure : (K)² (L)⁸ (M)⁵, car 2 + 8 + 5 = 15.
- 33 couches occupées : période 3.
- 45 électrons externes : colonne V.
- 5C'est le phosphore P, sous l'azote N.
Exemple
Placer le fluor (Z = 9) et l'aluminium (Z = 13).
Fluor : 9 électrons → (K)² (L)⁷. Deux couches : période 2. Sept électrons externes : colonne VII. C'est un halogène.
Aluminium : 13 électrons → (K)² (L)⁸ (M)³. Trois couches : période 3. Trois électrons externes : colonne III. C'est un métal.
3. Au-delà de Z = 18 : le potassium et le calcium
Après l'argon (Z = 18), la couche M contient 8 électrons. Pour les deux éléments suivants, les nouveaux électrons vont sur une quatrième couche, N (tu apprendras plus tard pourquoi la couche M, qui peut en contenir 18, n'est pas remplie d'abord).
- Potassium K (Z = 19) : (K)2 (L)8 (M)8 (N)1 → période 4, colonne I : c'est un alcalin, sous le sodium.
- Calcium Ca (Z = 20) : (K)2 (L)8 (M)8 (N)2 → période 4, colonne II : c'est un alcalino-terreux, sous le magnésium.
Voilà la réponse pour Aïssatou : sa carte « 20 » l'envoie à la 4e ligne, colonne II. Au-delà de Z = 20, apparaissent au centre du tableau complet des éléments comme le fer, le cuivre ou l'or ; leur placement dépasse le programme de cette classe.
4. De la position au numéro atomique
On peut aussi faire le chemin inverse : connaissant la période et la colonne, on reconstruit la structure électronique, puis on additionne les électrons.
Exemple
Un élément est situé dans la 2e période, colonne VI. Quel est-il ?
2e période : deux couches, K et L. La couche K, qui n'est pas la dernière, est pleine : 2 électrons.
Colonne VI : 6 électrons sur la couche externe L.
Structure : (K)² (L)⁶. Nombre d'électrons : 2 + 6 = 8, donc Z = 8.
C'est l'oxygène.
Exemple
Un élément est situé dans la 3e période, colonne II. Quel est-il ?
3e période : couches K, L et M ; K et L sont pleines (2 et 8).
Colonne II : 2 électrons sur M.
Structure : (K)² (L)⁸ (M)². Z = 2 + 8 + 2 = 12 : c'est le magnésium.
5. Identifier un élément à partir d'un ion ou de son noyau
Souvent, l'énoncé ne donne pas Z directement. Il faut alors le retrouver.
À partir d'un ion. Un ion a le même nombre de protons que l'atome, mais un nombre d'électrons différent :
- pour un cation Xn+ : Z = (nombre d'électrons de l'ion) + n ;
- pour un anion Xn- : Z = (nombre d'électrons de l'ion) - n.
Exemple
L'ion X³⁺ possède 10 électrons. Placer l'élément X.
X³⁺ a perdu 3 électrons : l'atome X en a 10 + 3 = 13. Donc Z = 13.
Structure de l'atome : (K)² (L)⁸ (M)³ → période 3, colonne III.
X est l'aluminium, le métal que l'on tire de la bauxite de Boké.
À partir du noyau. Si l'on connaît A et le nombre de neutrons N, alors Z = A - N. Si l'on connaît la charge du noyau q, alors Z = qe avec e = 1,6 × 10-19 C.
6. Tableau simplifié et tableau complet
Dans le tableau complet à 18 colonnes, les colonnes sont numérotées de 1 à 18. Les dix colonnes centrales (3 à 12), où l'on trouve le fer, le cuivre, le zinc ou l'or, n'existent qu'à partir de la 4e période. La correspondance avec le tableau simplifié est la suivante :
| Tableau simplifié | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tableau complet (groupe) | 1 | 2 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
Ainsi, le chlore est dans la colonne VII du tableau simplifié, c'est-à-dire dans le groupe 17 du tableau complet.
- Z
- période et colonne
- ion Xⁿ⁺ avec p électrons
- ion Xⁿ⁻ avec p électrons
- A et nombre de neutrons N
- charge du noyau q
- la structure électronique, puis période et colonne
- la structure, puis Z = somme des électrons
- Z = p + n
- Z = p − n
- Z = A − N
- Z = q ÷ e
3Je retiens
Je retiens
Position d'un élément = (période ; colonne).
Période = nombre de couches occupées ; colonne = nombre d'électrons externes (He : colonne VIII).
Méthode : Z → structure électronique → période et colonne.
Chemin inverse : période et colonne → structure électronique → Z = somme des électrons.
Ion Xⁿ⁺ : Z = électrons + n ; ion Xⁿ⁻ : Z = électrons − n ; noyau : Z = A − N ou Z = q ÷ e.
K (Z = 19) : période 4, colonne I ; Ca (Z = 20) : période 4, colonne II.
Colonnes I à VIII du tableau simplifié = groupes 1, 2, 13 à 18 du tableau complet.
4Erreurs fréquentes
- Oublier de remplir complètement les couches internes dans le chemin inverse : en 3e période, K et L sont pleines (2 et 8) avant les électrons de M.
- Utiliser le nombre d'électrons d'un ion comme s'il s'agissait de Z : l'ion Cl⁻ a 18 électrons, mais le chlore a Z = 17.
- Placer le calcium (Z = 20) avec 10 électrons sur la couche M : pour Z = 19 et 20, les derniers électrons vont sur la couche N.
- Confondre colonne VII et groupe 7 : le chlore est dans la colonne VII du tableau simplifié, c'est-à-dire le groupe 17 du tableau complet.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Donne la position (période et colonne) des éléments de numéros atomiques : Z = 3 ; Z = 7 ; Z = 10 ; Z = 16 ; Z = 19.
Voir le corrigéCacher le corrigé
- Z = 3 : (K)2 (L)1 → période 2, colonne I (lithium).
- Z = 7 : (K)2 (L)5 → période 2, colonne V (azote).
- Z = 10 : (K)2 (L)8 → période 2, colonne VIII (néon).
- Z = 16 : (K)2 (L)8 (M)6 → période 3, colonne VI (soufre).
- Z = 19 : (K)2 (L)8 (M)8 (N)1 → période 4, colonne I (potassium).
2Exercice 2
Retrouve le numéro atomique et le nom de l'élément situé :
a) dans la 2e période, colonne IV ;
b) dans la 3e période, colonne VII ;
c) dans la 3e période, colonne I ;
d) dans la 1re période, colonne VIII.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) (K)2 (L)4 : Z = 2 + 4 = 6, le carbone.
b) (K)2 (L)8 (M)7 : Z = 2 + 8 + 7 = 17, le chlore.
c) (K)2 (L)8 (M)1 : Z = 11, le sodium.
d) 1re période : seule la couche K, et la colonne VIII signifie qu'elle est pleine : (K)2, Z = 2, l'hélium.
3Exercice 3
Place dans le tableau l'élément qui forme :
a) un ion X2+ possédant 10 électrons ;
b) un ion Y2- possédant 18 électrons ;
c) un ion W- possédant 10 électrons.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) X2+ a perdu 2 électrons : Z = 10 + 2 = 12. Structure (K)2 (L)8 (M)2 : période 3, colonne II (magnésium).
b) Y2- a gagné 2 électrons : Z = 18 - 2 = 16. Structure (K)2 (L)8 (M)6 : période 3, colonne VI (soufre).
c) W- a gagné 1 électron : Z = 10 - 1 = 9. Structure (K)2 (L)7 : période 2, colonne VII (fluor).
4Exercice 4
Le noyau d'un atome contient 20 neutrons et son nombre de masse est A = 40.
a) Calcule son numéro atomique.
b) Écris sa structure électronique et donne sa position dans le tableau.
c) À quelle famille appartient-il ? Quel ion forme-t-il ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Z = A - N = 40 - 20 = 20.
b) (K)2 (L)8 (M)8 (N)2 : quatre couches, période 4 ; deux électrons externes, colonne II. C'est le calcium.
c) Il appartient à la famille des alcalino-terreux. Il perd ses 2 électrons externes et forme l'ion Ca2+, de structure (K)2 (L)8 (M)8.
5Exercice 5
(Type examen) Trois éléments X, Y et W sont situés ainsi : X est dans la 2e période et possède 5 électrons externes ; Y est juste en dessous de X ; W est dans la même période que Y, dans la dernière colonne.
a) Écris la structure électronique de X, Y et W et déduis-en leurs numéros atomiques.
b) Identifie les trois éléments (Z = 7 : azote ; Z = 15 : phosphore ; Z = 18 : argon).
c) Pourquoi X et Y ont-ils la même valence ? Donne cette valence et la formule du composé de X avec l'hydrogène.
d) Pourquoi W est-il chimiquement inerte ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) X : 2e période, 5 électrons externes → (K)2 (L)5, Z = 7.
Y : juste en dessous, donc 3e période, même colonne (V) → (K)2 (L)8 (M)5, Z = 15.
W : 3e période, dernière colonne (VIII) → (K)2 (L)8 (M)8, Z = 18.
b) X est l'azote, Y le phosphore et W l'argon.
c) X et Y sont dans la même colonne : ils ont le même nombre d'électrons externes (5). Il leur manque 8 - 5 = 3 électrons : leur valence est III. Avec l'hydrogène (valence I), l'azote donne NH3 (l'ammoniac).
d) W (l'argon) a une couche externe pleine de 8 électrons : il n'a tendance ni à en perdre ni à en gagner. C'est un gaz noble, pratiquement inerte.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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