Karamö, le prof virtuelLeçon 6 sur 22
La position d'un élément dans la classification périodique
Je sais trouver la période et le groupe d'un élément à partir de son numéro atomique, et inversement retrouver un élément à partir de sa position ou de l'un de ses ions.
- 50 min
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Déterminer la position (période, groupe) d'un élément à partir de Z
- Retrouver Z et identifier un élément à partir de sa position
- Identifier un élément à partir de la structure d'un de ses ions
- Utiliser la position pour prévoir la famille, le caractère métallique, la valence et l'ion formé
Avant de commencer : La structure de l'atome et la répartition électronique ; le tableau des 20 premiers éléments ; la relation entre la classification et la structure de l'atome.
1Je découvre
Pour préparer la composition du trimestre à Labé, Ousmane et Fatoumata s'entraînent avec des « devinettes de chimie ». Fatoumata lance :
« Je suis un élément. Mon atome a 3 couches électroniques et 6 électrons sur la dernière. Qui suis-je ? »
Ousmane réfléchit. Il sait que la dernière couche et le nombre de couches ont un lien avec le tableau périodique, mais il hésite : faut-il chercher d'abord la ligne ou la colonne ? Et comment trouver le numéro atomique ?
Fatoumata ajoute une deuxième devinette, plus difficile : « Mon ion porte deux charges positives et possède 18 électrons. Qui suis-je ? »
Ce genre de questions revient très souvent dans les devoirs et les examens. Il faut une méthode sûre.
Comment trouver rapidement la position d'un élément dans le tableau, et comment identifier un élément à partir de sa position ou de son ion ?
2Je comprends
1. Rappel : les deux règles de position
Tu as vu dans la leçon précédente :
- période (ligne) = nombre de couches électroniques occupées ;
- groupe (colonne I à VII) = nombre d'électrons périphériques ; colonne VIII si la couche externe est pleine (gaz rare).
Ces deux règles marchent dans les deux sens : de Z vers la position, et de la position vers Z.
- 1Je pars du numéro atomique Z (nombre d'électrons de l'atome neutre).
- 2J'écris la répartition électronique sur K, L, M, N.
- 3Je compte les couches occupées : c'est la période.
- 4Je compte les électrons de la couche externe : c'est le groupe.
- 5J'identifie l'élément et sa famille dans le tableau.
2. Cas 1 : on connaît Z
Exemple
Situer l'élément de numéro atomique Z = 15.
- L'atome a 15 électrons.
- Répartition : K² L⁸ M⁵ (vérification : 2 + 8 + 5 = 15).
- 3 couches occupées : 3ᵉ période.
- 5 électrons périphériques : groupe V.
- Dans le tableau, 3ᵉ période, groupe V : c'est le phosphore, P. C'est un non-métal, de valence 8 − 5 = 3.
3. Cas 2 : on connaît la position
Si on connaît la période et le groupe, on reconstruit la répartition électronique :
- la période donne le nombre de couches ;
- toutes les couches intérieures sont pleines (K : 2 ; L : 8 ; M : 8 pour les 20 premiers éléments) ;
- le groupe donne le nombre d'électrons de la dernière couche.
On additionne : on obtient Z.
Exemple
Réponse à la première devinette : 3 couches et 6 électrons sur la dernière.
- 3 couches : K et L sont pleines, M est la couche externe.
- Répartition : K² L⁸ M⁶.
- Z = 2 + 8 + 6 = 16.
- C'est le soufre, S, placé dans la 3ᵉ période et le groupe VI. Non-métal, il gagne 2 électrons pour former l'ion S²⁻.
Astuce : pour les 20 premiers éléments, en descendant d'une case dans la même colonne, Z augmente de 8 (sauf de la 1ʳᵉ à la 2ᵉ période, où il augmente de 2 pour la colonne I : H → Li). Exemples : Li (3) → Na (11) → K (19) ; O (8) → S (16).
4. Cas 3 : on connaît un ion
Un ion a le même noyau que l'atome, donc le même Z. Seul le nombre d'électrons change.
- Un ion positif Xn+ a perdu n électrons : Z = nombre d'électrons de l'ion + n.
- Un ion négatif Xn- a gagné n électrons : Z = nombre d'électrons de l'ion − n.
Exemple
Réponse à la deuxième devinette : un ion X²⁺ qui possède 18 électrons.
- L'ion porte 2 charges positives : l'atome a perdu 2 électrons.
- L'atome neutre avait donc 18 + 2 = 20 électrons : Z = 20.
- Répartition de l'atome : K² L⁸ M⁸ N². 4ᵉ période, groupe II.
- C'est le calcium, Ca, un alcalino-terreux. Son ion Ca²⁺ a la structure K² L⁸ M⁸, celle de l'argon.
Exemple
Un ion Y⁻ possède 10 électrons. Identifier Y.
- L'ion a une charge −1 : l'atome a gagné 1 électron.
- L'atome neutre avait 10 − 1 = 9 électrons : Z = 9.
- Répartition : K² L⁷. 2ᵉ période, groupe VII.
- C'est le fluor, F, un halogène. Son ion F⁻ a la structure du néon.
5. Ce que la position permet de prévoir
Une fois l'élément placé, on peut prévoir beaucoup de choses :
| Position | Ce qu'on en déduit |
|---|---|
| Groupes I, II, III (à gauche) | métal (sauf H et B) ; perd 1, 2 ou 3 électrons ; ion positif |
| Groupes V, VI, VII (à droite) | non-métal ; gagne 3, 2 ou 1 électrons ; ion négatif (surtout VI et VII) |
| Groupe VIII | gaz rare, très stable, ne forme ni ion ni liaison |
| Même colonne qu'un élément connu | mêmes propriétés chimiques, même valence |
Méthode
Pour résoudre un exercice de position :
- Je repère ce que l'on me donne : Z, la position (période et groupe), la répartition, ou un ion.
- Si c'est un ion, je retrouve d'abord Z : Z = électrons + charge (positif) ou électrons − charge (négatif).
- J'écris la répartition électronique de l'atome neutre.
- J'en déduis la période (nombre de couches) et le groupe (électrons périphériques).
- J'identifie l'élément, sa famille, et je prévois sa valence et son ion.
- Je vérifie en additionnant les électrons : la somme doit donner Z.
3Je retiens
Je retiens
Période = nombre de couches occupées ; groupe = nombre d'électrons périphériques (VIII : couche pleine).
De la position vers Z : couches intérieures pleines (2, 8, 8) + électrons de la dernière couche.
Dans une même colonne, Z augmente de 8 d'une période à l'autre pour les périodes 2, 3 et 4.
Un ion garde le Z de son atome. Ion Xⁿ⁺ : Z = électrons + n. Ion Xⁿ⁻ : Z = électrons − n.
Gauche du tableau : métaux, ions positifs. Droite : non-métaux, ions négatifs. Colonne VIII : gaz rares stables.
4Erreurs fréquentes
- Utiliser la charge de l'ion à l'envers : un ion X²⁺ a MOINS d'électrons que l'atome, donc Z = électrons + 2, et non électrons − 2.
- Écrire la répartition de l'ion au lieu de celle de l'atome pour trouver la position : la position se lit toujours sur l'atome neutre.
- Oublier de remplir complètement les couches intérieures : un élément de la 3ᵉ période a obligatoirement K² et L⁸.
- Placer un élément dont la couche externe a 8 électrons dans le groupe « 8 » sans dire que c'est un gaz rare : on précise la famille.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Donne la période et le groupe des éléments de numéros atomiques : Z = 3 ; Z = 7 ; Z = 13 ; Z = 17 ; Z = 19.
Voir le corrigéCacher le corrigé
- Z = 3 : K2 L1 ; 2ᵉ période, groupe I (lithium).
- Z = 7 : K2 L5 ; 2ᵉ période, groupe V (azote).
- Z = 13 : K2 L8 M3 ; 3ᵉ période, groupe III (aluminium).
- Z = 17 : K2 L8 M7 ; 3ᵉ période, groupe VII (chlore).
- Z = 19 : K2 L8 M8 N1 ; 4ᵉ période, groupe I (potassium).
2Exercice 2
Trouve Z et identifie les éléments :
a) 2ᵉ période, groupe IV ;
b) 3ᵉ période, groupe I ;
c) 3ᵉ période, groupe VIII ;
d) 4ᵉ période, groupe II.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) K2 L4 : Z = 6, carbone (C).
b) K2 L8 M1 : Z = 11, sodium (Na).
c) K2 L8 M8 : Z = 18, argon (Ar).
d) K2 L8 M8 N2 : Z = 20, calcium (Ca).
3Exercice 3
Identifie l'élément à partir de son ion :
a) un ion X^+ qui possède 10 électrons ;
b) un ion Y2- qui possède 18 électrons ;
c) un ion W3+ qui possède 10 électrons.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Ion positif de charge +1 : Z = 10 + 1 = 11. Répartition de l'atome : K2 L8 M1. C'est le sodium ; l'ion est Na^+.
b) Ion négatif de charge −2 : Z = 18 − 2 = 16. Répartition : K2 L8 M6. C'est le soufre ; l'ion est S2-.
c) Ion positif de charge +3 : Z = 10 + 3 = 13. Répartition : K2 L8 M3. C'est l'aluminium ; l'ion est Al3+.
4Exercice 4
Le magnésium (Z = 12) est placé dans le groupe II.
a) Sans écrire de répartition, donne le numéro atomique de l'élément placé juste au-dessus de lui et de celui placé juste en dessous. Identifie-les.
b) Quelles propriétés ces trois éléments ont-ils en commun ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Au-dessus : Z = 12 − 8 = 4, c'est le béryllium (Be). En dessous : Z = 12 + 8 = 20, c'est le calcium (Ca).
b) Ils ont tous 2 électrons périphériques : ce sont des alcalino-terreux, des métaux de valence 2 qui forment des ions X2+ (Be2+, Mg2+, Ca2+).
5Exercice 5
(Type examen) Un élément E appartient à la même période que le sodium et à la même famille que le fluor.
a) Donne la répartition électronique de l'atome E et son numéro atomique. Identifie E.
b) E est-il un métal ou un non-métal ? Justifie.
c) Quel ion E forme-t-il ? Donne le nombre de protons et d'électrons de cet ion.
d) Écris la formule du composé formé par E et le sodium, puis par E et l'aluminium. Nomme le premier composé.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Même période que le sodium : 3ᵉ période, 3 couches. Même famille que le fluor : groupe VII, 7 électrons périphériques. Répartition : K2 L8 M7, Z = 2 + 8 + 7 = 17. E est le chlore (Cl).
b) C'est un non-métal : il est à droite du tableau (groupe VII, famille des halogènes).
c) Il gagne 1 électron pour obtenir l'octet : ion Cl^-, avec 17 protons et 18 électrons.
d) Avec le sodium (valence 1) : NaCl, le chlorure de sodium (sel de cuisine). Avec l'aluminium (valence 3) : AlCl3.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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