Mis à jour le mardi 24 mai 2016
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J'ai tout compris !

Classons les éléments !

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Maintenant que vous savez ce qu'est un atome, vous allez voir qu'il en existe une centaine. Tous différents, ils constituent tout ce qui nous entoure. Une centaine d'atomes, c'est peu, mais beaucoup en même temps.

C'est peu, parce que tout ce que vous voyez n'est fait "que" de cette centaine d'atomes, alors qu'on pourrait s'attendre à en avoir des milliers voire des millions... Et encore, certains atomes sont très rares sur Terre voire inexistants !

Et une centaine, c'est beaucoup, car pour savoir quel atome peut s'associer avec un autre ou pour connaître leurs propriétés, vous vous doutez que c'est vraiment la galère ! Du moins, ça l'était jusqu'à ce qu'un certain Dmitri Mendeleïev classe tous ces atomes dans un tableau périodique des éléments. Fameux boulot !

Le tableau périodique

Présentation du tableau

Vous l'aurez compris, le tableau périodique est un peu magique car non seulement il regroupe les atomes connus, mais en plus il les classe et nous donne des propriétés et informations intéressantes pour chacun d'eux.

Voici ce fameux tableau périodique :

Tableau périodique des éléments chimiquesCliquez pour agrandir

Je vous invite à le télécharger et à l'imprimer, ce tableau périodique étant libre de droit vu que je l'ai fait moi-même (et rien que pour vous ! :) ).
Vous verrez qu'à partir de maintenant, vous aurez toujours besoin de ce tableau... C'est un compagnon indispensable en chimie, et il faut savoir l'utiliser !

Premières observations

Vue d'ensemble

À première vue, ça vous parait complètement indigeste comme truc, non ? Je vous comprends : il y a plein de couleurs, de lettres, de nombres... Waw !

Allez, calmons-nous et regardons ce tableau dans son ensemble.

Comme tout tableau, nous remarquons qu'il est constitué de cases. Et en y regardant de plus près, on se rend compte qu'elles sont numérotées (en haut à gauche de chaque case) de 1 à 118. Tiens donc, serait-ce ça la centaine d'atomes ? Eh bien oui, chaque case concerne un atome.

La légende

On remarque aussi que chaque case respecte plus ou moins le même schéma : chaque case contient plusieurs nombres et un "mot" d'une, deux ou trois lettres. Mais qu'est-ce que tout cela signifie ?

Pour le savoir, il faut jeter un coup d'œil dans la légende située sous le titre du tableau. Elle nous indique par exemple que les lettres représentent le symbole atomique. Et le nombre rouge de chaque case ? On retourne dans la légende qui nous informe qu'il s'agit de l'électronégativité.

Nous verrons plus tard la signification de chaque chose, ne vous en faites pas. Ce qui est important pour le moment, c'est que vous sachiez vous servir de la légende.

Des liens entre les cases

En continuant notre observation, nous remarquons que les cases qui se côtoient ont beaucoup de points communs. En ne regardant par exemple que la couleur de fond, on remarque que le tableau est divisé en parties : les non-métaux (en fond bleu) sont regroupés à droite du tableau, sans tenir compte de l'hydrogène qui fait exception ; les métaux (fond rose) occupent la partie gauche du tableau ; etc.
Autre exemple : les nombres verts situés à droite de chaque case ne varient que très peu comparé à ces mêmes nombres situés dans les cases voisines.

On peut encore trouver beaucoup de similitudes de la sorte, c'est justement ça qui fait la richesse du tableau périodique. D'ailleurs, vous en verrez normalement apparaître de plus en plus au fur et à mesure de votre lecture du cours... Et vous vous direz : "Waaaaw, la chimie, que c'est beau !". Si, si !

Première lecture d'une case

Trêve de bavardages, voyons plutôt le côté pratique du tableau périodique : à quoi va-t-il nous servir au juste ?
Comme je l'ai dit précédemment, il nous donne des informations sur chaque atome. Prenons par exemple la case n°16 traitant du soufre :

Lecture d'une case du tableau périodique

J'ai mis en évidence les 4 informations qui nous seront utiles pour le moment :

A : Il s'agit du nom de l'atome. Nous en avons déjà vu rapidement quelques-uns dans le chapitre précédent : hydrogène, oxygène, ...

B : C'est le symbole de l'atome. Nous utiliserons ce symbole pour représenter l'atome dans des réactions chimiques ou des dessins.
Nous remarquons que ce symbole :

  • A sa première lettre écrite en majuscule et les suivantes en minuscules. Ça a son importance, attention !

  • Ne dépasse jamais trois lettres.

  • Reprend parfois la première ou les deux premières lettres du nom de l'atome. Dans notre exemple, le symbole est S pour Soufre. Le symbole Al, lui, reprend les deux premières lettres d'ALuminium (n°13).

  • De temps en temps, les lettres utilisées ne sont pas les premières du nom de l'atome. C'est le cas, entre autres, pour le ChLore dont le symbole est Cl (n°17).

  • Dans les autres cas, les lettres utilisées pour le symbole ne sont même pas contenues dans le nom de l'atome.
    Par exemple, l'or (n°79) est représenté par le symbole Au. En fait, dans ce cas, il faut faire appel au latin : or se dit AUrum dans cette langue ancienne, et c'est de là que vient le symbole de cet atome.

Vous ne devez pas connaître tous les symboles par cœur ! Le tableau périodique est là pour vous les donner, ce serait bête de s'en passer. Cependant, vous verrez que certains atomes, comme l'hydrogène ou l'oxygène, reviennent fréquemment. Et vous finirez par connaître les symboles correspondants tellement vous les aurez utilisés.

C : Il s'agit du numéro atomique. Nous le noterons dorénavant Z.
Le numéro atomique correspond au nombre de protons que contient l'atome. Bonne nouvelle : en général, le nombre de protons est égal au nombre d'électrons.

Z = nombre de p+ = nombre de e-
Grâce à notre case-exemple, nous apprenons que l'atome de soufre est constitué de 16 protons et de 16 électrons.

Sachez que ce nombre ne varie jamais : c'est la carte d'identité d'un atome. En d'autres mots, chaque atome possède son propre numéro atomique Z ! C'est ça qui différencie les atomes les uns des autres. Le soufre possède 16 protons. Si Z = 17, nous avons un atome de 17 protons, et nous ne pouvons plus parler de soufre : il s'agit d'un atome de chlore.

Retenez que le numéro atomique Z définit le nombre de protons propre à un seul atome.

D : Enfin, analysons la masse atomique relative. Comme son nom l'indique, il s'agit tout simplement de la masse de l'atome.

Cependant, pour l'instant, retenez juste ceci : la masse atomique relative est également appelée nombre de masse, que nous noterons A. Dans nos calculs, nous arrondirons ce nombre à l'unité (je ne vais pas vous expliquer pourquoi, c'est un peu plus subtil) : ici 32,06 sera arrondi à 32. L'intérêt du nombre de masse, c'est qu'il nous donne le nombre de nucléons (protons + neutrons) contenus dans l'atome. Ainsi, nous pouvons trouver le nombre de neutrons :

nombre de nucléons (n0 et p+) - nombre de p+ = nombre de n0 = A - Z
Dans le cas du soufre, nous avons A = 32 et Z = 16. Le soufre contient donc 32 - 16 = 16 neutrons. Nous n'utilisons pas l'unité "uma" ici car nous ne parlons plus de la masse de l'atome mais du nombre de nucléons, grandeur sans unité.

Comme les nombres A et Z nous permettent de déterminer la composition d'un atome, les scientifiques utilisent la notation suivante : $^{A}_{Z}X$. Par exemple, si nous utilisons cette notation sur le soufre, ça donne : $^{32}_{16}S$.

Remarques en vrac

Certains d'entre vous se posent peut-être des questions concernant le tableau périodique et sa structure (du moins j'espère, il faut être curieux ! :p ). Je vais vous aiguiller un petit peu.

Périodique ?

Je n'ai pas arrêté de parler de tableau périodique. Mais pourquoi périodique ?

Une période est une des lignes du tableau, celles-ci étant sont numérotées à gauche de 1 à 7. L'organisation des électrons n'est pas aléatoire et c'est pour cela qu'il existe plusieurs périodes. Nous en reparlerons au chapitre suivant.

Les groupes

Nous venons de parler des lignes du tableau périodique, mais les colonnes ont un sens également (comme quoi ce tableau en réserve des surprises !).

Une colonne du tableau périodique représente un groupe. Ils sont numérotés en haut de 1 à 18 (ou différenciés avec des noms bizarres comme Ia, IIa, ...). Les groupes les plus utilisés ont même un nom (ne vous amusez pas à les retenir, ce n'est pas très important) :

  • Groupe 1 : métaux alcalins

  • Groupe 2 : métaux alcalino-terreux

  • Groupes 3 à 12 : ces groupes forment ce qu'on appelle les métaux de transition

  • Groupe 13 : terres rares (ou terreux)

  • Groupe 14 : cristallogènes (ou carbonides)

  • Groupe 15 : pnictogènes (ou azotides)

  • Groupe 16 : chalcogènes (ou sulfurides)

  • Groupe 17 : halogènes

  • Groupe 18 : gaz rares (ou gaz nobles)

Lanthanides et actinides

Avez-vous remarqué que les 2 dernières lignes du tableau étaient nommées lanthanides et actinides ? De plus, il y a une longue flèche qui les encadre.

En fait, les lanthanides devraient être insérés juste après l'élément n°57, le lanthane. Nous ne le faisons pas car le tableau serait trop large, nous manquons de place.
De même, les actinides devraient être insérés après l'actinium, élément n°89.

Éléments méconnus

Vous pouvez remarquer que les atomes 113 à 118 sont dans une case grisée et ont un drôle de nom : unu ... ununu ... heu pardon, unun-machin. Ce sont des éléments très peu connus, voire parfois carrément inconnus : on n'avait jamais vu de ununseptium avant 2010 et il n'existe pas à l'état naturel sur notre planète (on l'a synthétisé en laboratoire).
À vrai dire, les atomes ayant un Z (numéro atomique) supérieur à 104 sont vraiment méconnus à l'heure actuelle.

Au fait, savez-vous d'où vient leur nom ? Il provient simplement de la décomposition de leur nombre Z. Par exemple, ununseptium vient de la décomposition du nombre 117 : un|un|sept|ium. Parfois, vous devez faire appel au grec : 115 se dit un|un|pent|ium car 5 se dit pénte en grec. L'utilisation des racines grecques est fréquente en français : penta|gone (cinq angles), octo|gone (huit angles), astro|logie (étoile, étude), etc.

Différence entre élément et atome

Tantôt tu parle d'éléments, tantôt tu parles d'atomes, il faudrait te mettre d'accord ! Quelle est la différence ?

Cette distinction n'est pas très importante, d'ailleurs je ne la ferai pas dans ce cours de chimie. Je peux quand même vous expliquer, pour votre information personnelle. :)

Les éléments, ce sont les noms donnés dans le tableau périodique : hydrogène, hélium, oxygène, carbone, etc. Un élément peut être présenté sous différents aspects : les atomes.

Ainsi, par exemple, l'atome de carbone possède généralement 6 neutrons, mais il existe aussi des atomes de carbone ayant 7 ou 8 neutrons. Par conséquent, l'élément "carbone" peut prendre la forme d'atomes différents (ici, j'en ai cité trois).

Exercices

Avant de commencer, résumons

Je ne vais pas vous abandonner dans les exercices sans vous résumer ce qu'on a vu dans ce chapitre ainsi que dans le précédent. ;)

  • Dans la matière, nous avons des molécules.

  • Les molécules sont constituées d'atomes. Un atome est représenté par un symbole défini dans une case du tableau périodique.

  • Un atome est lui-même constitué de particules : les nucléons (protons et neutrons) qui forment le noyau et les électrons.

  • Le numéro atomique Z = nombre de protons. C'est la carte d'identité d'un atome : si le nombre de protons varie, nous ne garderons pas le même atome.

  • Le nombre d'électrons est aussi égal au numéro atomique Z, c'est-à-dire au nombre de protons. Nous verrons cependant que ce n'est pas toujours le cas dans le chapitre suivant.

  • Le nombre de nucléons (neutrons et protons) est donné par le nombre de masse A, lorsqu'on l'arrondit à l'unité. Nous pouvons donc trouver le nombre de neutrons en soustrayant le nombre de protons au nombre de masse A : nombre de neutrons = A - Z.

C'est parti !

Pour tous les exercices qui suivent, vous pouvez utiliser le tableau périodique. Ou plutôt, vous devez le faire !

Exercice 1 : Complétez le tableau suivant.

Nom de l'atome

Symbole de l'atome

Numéro atomique Z

Nombre de masse A

Bore

?

?

?

?

K

?

?

Mercure

?

?

?

?

?

79

?

?

?

?

28

Nom de l'atome

Symbole de l'atome

Numéro atomique Z

Nombre de masse A

Bore

B

5

11 (on est plus proche de 11 que de 10)

Potassium

K

19

39

Mercure

Hg

80

201

Or

Au

79

197

Silicium

Si

14

28

Exercice 2 : Comptons les particules ! Complétez le tableau suivant.

Nom

Symbole

Nombre de p+

Nombre de e-

Nombre de n0

Lithium

?

?

?

?

?

C

?

?

?

?

?

15

?

?

Brome

?

?

?

?

?

O

?

?

?

?

?

53

?

?

Sodium

?

?

?

?

?

Al

?

?

?

?

?

16

?

?

?

?

?

?

0

Nom

Symbole

Nombre de p+

Nombre de e-

Nombre de n0

Lithium

Li

3

3

7 - 3 = 4

Carbone

C

6

6

12 - 6 = 6

Phosphore

P

15

15

16

Brome

Br

35

35

45

Oxygène

O

8

8

8

Iode

I

53

53

74

Sodium

Na

11

11

12

Aluminium

Al

13

13

14

Soufre

S

16

16

16

Hydrogène

H

1

1

0

Exercice 3 : Sans utiliser le tableau périodique, donnez :
  1. Le nombre de protons contenus dans un atome de $^{40}_{20}Ca$.Réponse : 20.
    Le chiffre en indice est Z, le nombre de protons.

  2. Le nombre de neutrons contenus dans un atome de $^{59}_{27}Co$.Réponse : 32.
    Le chiffre en exposant est A et celui en indice est Z. Le nombre de neutrons est donné par A - Z. Ici, A - Z = 59 - 27 = 32.

  3. Le nombre de nucléons contenus dans un atome de $^{48}_{22}Ti$.Réponse : 48.
    Le chiffre en exposant est A, le nombre de nucléons (protons et neutrons).

Exercice 4 : On mélange ce chapitre et le précédent ! Répondez aux questions suivantes :
  1. Une molécule d'acide bromhydrique contient un atome d'hydrogène et un atome de brome. Combien y a-t-il de protons dans deux molécules d'acide bromhydrique ?Réponse : 72.

    J'ai deux molécules constituées chacune d'un H et d'un Br. J'ai donc 2 H et 2 Br au total. H contient un proton et Br contient 35 protons. Au total, j'ai donc 1 + 1 + 35 + 35 = 72 protons.

  2. Une molécule de dioxyde de carbone contient un atome de carbone et deux atomes d'oxygène. Combien y a-t-il de neutrons dans trois molécules de dioxyde de carbone ?Réponse : 66.

    J'ai trois molécules constituées chacune d'un C et de deux O. J'ai donc 3 C et 2 × 3 = 6 O au total.
    C contient 6 neutrons (A - Z = 12 - 6 = 6).
    O contient 8 neutrons (A - Z = 16 - 8 = 8).
    Au total, j'ai donc 3 × 6 + 6 × 8 = 66 neutrons.

    Autre méthode :
    Une molécule contient un C et 2 O. Une molécule contient donc 6 + 2 × 8 = 22 neutrons. Par conséquent, trois molécules contiennent 3 × 22 = 66 neutrons.

Dans ce chapitre, nous nous sommes beaucoup intéressés aux atomes et à leur constitution. Nous avons vu qu'il en existe beaucoup et qu'ils diffèrent par leur nombre de protons, de neutrons et d'électrons.

Nous allons maintenant nous consacrer à une étude plus en profondeur des électrons.

Exemple de certificat de réussite
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