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La classification périodique des éléments chimiques

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Objectifs
  • Connaitre les critères qui ont permis à Mendeleïev d'établir sa classification.
  • Savoir quelle est son utilité pour un chimiste.
Points clés
  • Dans la classification périodique, les éléments sont classés par numéro atomique Z croissant.
  • La classification périodique des éléments comporte 7 lignes et 18 colonnes. Les lignes ou périodes représentent le nombre de couches électroniques autour du noyau de l'atome correspondant. Les colonnes représentent le nombres d'électrons sur la couche externe de l'atome.
  • Les éléments placés dans une même colonne forment une famille chimique. Ils ont les mêmes propriétés chimiques.

C'est en 1869, que Dimitri Mendeleïev a proposé la classification périodique des éléments qui lui permit de regrouper et de classer tous les atomes connus à cette époque. Ce classement diffère peu de celui que l'on connait actuellement.
L'élaboration de cette classification a joué un grand rôle dans l'évolution des connaissances et l'avancée de la chimie.

1. La classification périodique
a. Un peu d'histoire

Dimitri Mendeleïev a eu l'idée de classer les éléments connus à l'époque par masse atomique croissante (seul paramètre accesssible à son époque puisque les électrons ne furent mis en évidence que bien plus tard, par J.J. Thomson en 1897).

Son génie réside dans le fait qu'il a prévu une place pour les éléments manquants et qu'il a estimé leur masse. De plus il a remarqué que certains éléments avaient les mêmes propriétés chimiques, anticipant ainsi la notion de famille.

Certains éléments lui ont cependant posé quelques problèmes car il ne savait pas où les placer (par exemple les lanthanides et les gaz nobles).

b. La classification

La classification actuelle regroupe près de 114 éléments, dont 90 naturels (que l'on peut trouver sous forme d'oxyde dans les minerais, etc.).

Les autres sont créés artificiellement au laboratoire et ont parfois une durée de vie très courte (de l'ordre de la microseconde : 10-6 s). Les éléments sont classés par numéro atomique Z croissant et sont regroupés en métaux d'un côté et non-métaux de l'autre.


La classification périodique
c. Organisation

La classification périodique est un tableau divisé :

  • en 7 lignes, appelées périodes ;
  • en 18 colonnes qui forment les familles.

Le numéro de la ligne indique le nombre de couches électroniques autour du noyau de l'atome correspondant.

Le numéro de la colonne indique le nombre d'électrons sur la couche externe de l'atome correspondant.

Exemple
L'atome de carbone  (Z = 6) a 6 électrons qui sont répartis sur 2 couches électroniques : (K)2(L)4
L'élément carbone se situe donc à l'intersection de la 2e ligne (car 2 couches occupées) et de la 4e colonne (car 4 électrons externes) 
2. Utilisation

En fonction de la place de l'élément, la classification permet de connaitre le nombre d'électrons sur la couche externe et le nombre de couches électroniques de l'atome correspondant à l'élément, et réciproquement.

Connaissant le nombre d'électrons externes de l'atome, on peut déterminer le nombre de liaisons covalentes que l'atome établit dans la formation d'une molécule.

Exemple 
Les atomes des éléments situés sur la colonne du carbone (famille du carbone) ont tous 4 électrons sur leur couche externe ; il leur manque donc 4 électrons pour ressembler aux gaz rares les plus proches et vérifier la règle de l'octet. Ils forment donc 4 liaisons covalentes dans une molécule. Les éléments de cette famille sont tétravalents.

On peut aussi en déduire le type d'ions que l'atome va former.

Exemple 
Le fluor F (Z = 9) appartient à la 2e période car l'atome correspondant possède 9 électrons répartis sur 2 couches : (K)2(L)7.

Il appartient à la colonne 17 ou avant-dernière colonne : l'atome correspondant possède 7 électrons externes.

Il lui manque 1 électron pour ressembler au néon Ne (Z = 10) et vérifier ainsi la règle de l'octet.
L'atome de fluor tend donc (comme tous les atomes dont les éléments appartiennent à cette colonne) à gagner 1 électron et former l'ion négatif F appelé ion fluorure.

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