Chapitres
Caractéristiques chimiques
Dans la classification actuelle tous les éléments peuvent être classés au sein d'une famille chimique.
A l'intérieur d'une même famille, les éléments ont le même nombre d’électrons sur leur couche externe ce qui leur donne des propriétés chimiques analogues : ils réagissent avec le même type de composés, forment des molécules et des ions comparables.
Voici quelques familles importantes à connaître.
Rappel sur les propriétés des éléments du tableau périodique
Le tableau périodique des éléments ou tableau de Mendeleïev a été crée en 1869 par Dimitri Mendeleïev.
Ce tableau permet de classer tous les éléments chimiques en fonction de leurs caractéristiques. Les éléments sont ainsi classés en fonction de leur numéro atomique croissant.
Le nom des éléments chimiques est lié à sa propriété physico-chimique mais peut aussi être inspiré d’un personnage, d’un animal ou encore d’un lieu…
Ce tableau est aussi appelé tableau périodique des éléments car certains atomes présentent régulièrement des propriétés similaires en raison de leur configuration électronique semblable.
Le tableau présente 7 lignes appelées périodes et 18 colonnes. Ces colonnes sont désignées par un chiffre romain (I, II…) et des lettres minuscules (a, b…).
Les colonnes permettent de classer les éléments par famille, en fonction des caractéristiques communes des atomes.
La dernière mise à jour de ce tableau date de 2016 : le tableau périodique des éléments compte à ce jour 118 éléments.
Tableau ci après donne un aperçu de 4 grandes familles chimiques :
| Famille | Exemple d'élément |
|---|---|
| Métaux alcalins | Potassium (K) |
| Métaux alcalino-terreux | Calcium (Ca) |
| Halogènes | Chlore (Cl) |
| Gaz rares | Néon (Ne) |
Le saviez vous ? Les derniers éléments a être classés dans le tableau périodique sont les éléments Nihonium (Ni), Moscovium (Mc), Tennessine (Ts) et Organesson (Og). (de numéro atomique : 113, 115, 117 et 118) en 2016.
La famille chimique de la première colonne
La première colonne correspond à la famille des métaux alcalins
Elle comprend le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium, le césium et le francium.
Le lithium (Z=3): c'est le plus léger des métaux, il est utilisé pour fabriquer des piles et des batteries, des verres et céramiques.
Le sodium (Z = 11) : il est retrouvé dans la composition du sel de cuisine et est utilisé pour la fabrication de l’indigo artificiel ou purifier les métaux fondus ou encore dans les lampes à vapeur de sodium.
Le potassium (Z = 19) : c'est un métal très réactif est utilisé dans la fabrication des engrais, c’est aussi un nutriment essentiel du corps humain.
Le rubidium (Z=37) : c'est un métal rare qui est utilisé dans la fabrication des cellules photoélectriques ou les verres de sécurité.
Le césium (Z= 55) : il s'agit d'un métal rare qui peut être utilisé dans la fabrication d’horloges atomiques.
Le francium (Z = 87) : il est le plus lourd des métaux alcalin, il est radioactif.
Ces éléments doivent leur nom à leurs propriétés chimiques : il peuvent donner des bases fortes quand ils sont avec de l’eau. Ils doivent donc être toujours conservés dans de l’huile pour ne pas provoquer de réactions avec l’eau. Dans cette famille, les propriétés globales des éléments sont très semblables.
Attention, l’hydrogène n’en fait pas parti !
Tous les éléments de cette colonne possèdent une couche externe avec un électron. Ils forment tous des cations en perdant un électron (Li+, Na+, K+, etc…) tout simplement car ils cherchent à obtenir la configuration la plus stable, celle du gaz rare le plus proche. Ainsi le sodium aura tendance à s’ioniser en Na+ pour ressembler au Néon, de même que le potassium aura tendance à s’ioniser en K+ pour ressembler à l’argon.
Les métaux alcalins représentent une part importante de la croûte terrestre.
La famille chimique de la deuxième colonne
La deuxième colonne correspond à la famille des métaux alcalino terreux :
Elle comprend le béryllium, le magnésium, le calcium, strontium, le baryum et le radium.
Le béryllium (Z = 4) : c'est un métal fragile et toxique, il est utilisé dans certains alliages et est retrouvé dans la composition de clubs de golf.
Le magnésium (Z = 12) : c'est un élément très abondant sur Terre, il est aussi essentiel pour le bon fonctionnement du corps humain, il entre dans la composition d’alliages et est utilisé en aéronautique grâce à sa légèreté.
Le calcium (Z = 20) : c'est un élément très abondant au niveau de la croûte terrestre et il est indispensable au développement du squelette osseux. Le calcium entre dans la composition du ciment.
Le strontium (Z = 38) : c'est un métal qui s’enflamme facilement , il est utilisé dans les feux d’artifice ou dans les vernis pour céramiques.
Le baryum (Z = 56) : le baryum s’enflamme facilement, il est utilisé en pyrotechnie ou en radiologie.
Le radium (88) : c'est un métal extrêmement radioactif, il fournit du radon comme produit de désintégration. Il est utilisé en médecine pour la curiethérapie, il peut être un traceur de contamination.
On ne retrouve jamais les alcalino-terreux libres dans la nature car ils forment une famille très réactive.
Tous les éléments de cette famille possèdent deux électrons sur leur couche externe. Ils peuvent tous former des cations en perdant deux électrons (Be2+, Mg2+, Ca2+, etc).
La famille chimique de l'avant-dernière colonne
L’avant dernière colonne est celle des halogènes: elle comprend le fluor, le chlore, le brome, l’iode et l’astate. A chacun de ces éléments il manque un électron pour que la dernière couche soit complète et lorsqu’ils se transforment en ions ils gagnent ces électrons et forment les ions F–, Cl–, Br–, I– et At–.
Le fluor (Z=9) : c’est le plus réactif des éléments chimiques, il entre dans la composition des matières plastiques et agit sur l’émail des dents.
Le chlore (Z=17) : il est très répandu dans la nature, c’est un biocide puissant, il est utilisé dans la fabrication de l’eau de javel c’est aussi un élément du corps humain.
Le brome (Z=35) : il est peu abondant, il est utilisé en médecine et a longtemps été utilisé pour la photographie argentique.
L’iode (Z=53) : c’est un élément rare mais indispensable au bon fonctionnement de l’organisme humain, on l’utilise dans les lampes halogènes et en médecine.
L’astate (Z=85) : c’est un élément rare et radioactif, on l’utilise dans le domaine médical et scientifique.
Familles chimiques : dernière colonne
La dernière colonne correspond à la famille des gaz rares (aussi appelées gaz nobles).
Ces gaz sont inodores, incolores et sont peu réactifs, c’est pour cela qu’autrefois on les appelait gaz inertes. Ils possèdent des points d’ébullition et de fusion très bas. Tous ces éléments ont été découverts à la fin du XIXème siècle.
Cette famille comprend l’hélium, le néon, l’argon, le krypton, le xénon et le radon. Les éléments possèdent tous une couche externe complète ce qui les rend (d’après les règles du duet et de l’octet) très peu réactifs : ils ne forment pas d’ions et ne participent à aucune molécule.
L’hélium (Z = 2) : gaz très léger et ininflammable, on l’utilise dans certains réacteurs nucléaires, dans la fabrication des télescopes ou des lunettes. C’est également le gaz qui est utilisé pour gonfler les ballons que les enfants apprécient tant !
Le néon (Z=10) : on le trouve sous forme de traces dans l’atmosphère, il donne la couleur rouge aux lampes à néon, il est aussi utilisé dans la fabrication des téléviseurs plasma.
L’argon (Z = 18) : il fait partie de l’atmosphère terrestre, il est utilisé dans l’industrie agro-alimentaire mais aussi pour la plongée sous marine.
Le krypton (Z = 36) : ce gaz est peu utilisé car il est cher, néanmoins on l’utilise pour les lampes à incandescence et dans le double vitrage.
Le xénon (Z = 54) : c’est le plus rare et le plus cher des gaz nobles, il est utilisé dans les lasers et les écrans plasma.
Le radon (Z = 86) : c’est un des éléments les plus denses capable de persister sous forme de gaz. On l’utilise en médecine et comme traceur radioactif.
Les autres familles
Les autres familles possèdent elles aussi des caractéristiques particulières, on peut citer quelque familles à connaitre :
Au milieu du tableau se trouvent les métaux de transition : ces métaux sont moins réactifs que les métaux alcalins ou les alcalino-terreux mais ce sont de bons conducteurs électriques et ils peuvent servir dans différents alliages. On trouve parmi eux le chrome ou le manganèse.
Les métalloïdes (ou semi-métaux) : ce sont des éléments non métalliques. Cette famille est dispersée sur les colonnes 13 à 16. Parmi eux, on trouve le bore ou le silicium.
Les lanthanides (ou terres rares) : ce sont des éléments contenus dans des minerais, on trouve parmi eux le cérium ou le lanthane.
Les non métaux : ce sont des éléments non métalliques qui peuvent être solides ou gazeux et possédant une mauvaise conductivité thermique ou électrique. L’oxygène ou le soufre en font parti.
Les actinides : ce sont des éléments radioactifs que l’on trouve abondamment dans la nature ou pouvant être produits artificiellement. On trouve parmi ces éléments l’uranium ou le plutonium.
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