Comment les éléments sont-ils regroupés dans le tableau périodique?

À la fin du 19e siècle, le chimiste russe Dmitri Mendeleev a publié sa première tentative de regroupement des éléments chimiques en fonction de leur poids atomique. Il n'y avait qu'une soixantaine d'éléments connus à l'époque, mais Mendeleev s'est rendu compte que lorsque les éléments étaient organisés en poids, certains types d'éléments se produisaient à intervalles réguliers, ou périodes..

Aujourd'hui, 150 ans plus tard, les chimistes reconnaissent officiellement 118 éléments (après l'ajout de quatre nouveaux venus en 2016) et utilisent toujours le tableau périodique des éléments de Mendeleev pour les organiser. Le tableau commence par l'atome le plus simple, l'hydrogène, puis organise le reste des éléments par numéro atomique, qui est le nombre de protons que chacun contient. À quelques exceptions près, l'ordre des éléments correspond à la masse croissante de chaque atome.

Le tableau comporte sept lignes et 18 colonnes. Chaque ligne représente une période; le numéro de période d'un élément indique combien de ses niveaux d'énergie abritent des électrons. Le sodium, par exemple, se situe dans la troisième période, ce qui signifie qu'un atome de sodium a généralement des électrons dans les trois premiers niveaux d'énergie. En descendant la table, les périodes sont plus longues car il faut plus d'électrons pour remplir les niveaux externes plus grands et plus complexes.

Les colonnes du tableau représentent des groupes, ou familles, d'éléments. Les éléments d'un groupe se ressemblent souvent et se comportent de la même manière, car ils ont le même nombre d'électrons dans leur coquille la plus externe - le visage qu'ils montrent au monde. Les éléments du groupe 18, à l'extrême droite de la table, par exemple, ont une coque extérieure complètement pleine et participent rarement aux réactions chimiques.

Les éléments sont généralement classés en métal ou en non-métal, mais la ligne de démarcation entre les deux est floue. Les éléments métalliques sont généralement de bons conducteurs d'électricité et de chaleur. Les sous-groupes au sein des métaux sont basés sur les caractéristiques similaires et les propriétés chimiques de ces collections. Notre description du tableau périodique utilise des regroupements d'éléments communément acceptés, selon le laboratoire national de Los Alamos.

Métaux alcalins: Les métaux alcalins constituent l'essentiel du Groupe 1, la première colonne du tableau. Brillant et suffisamment doux pour être découpés au couteau, ces métaux commencent par le lithium (Li) et se terminent par le francium (Fr). Ils sont également extrêmement réactifs et vont s'enflammer ou même exploser au contact de l'eau, de sorte que les chimistes les stockent dans des huiles ou des gaz inertes. L'hydrogène, avec son seul électron, vit également dans le groupe 1, mais le gaz est considéré comme un non-métal.

Métaux alcalino-terreux: Les métaux alcalino-terreux constituent le groupe 2 du tableau périodique, du béryllium (Be) au radium (Ra). Chacun de ces éléments a deux électrons dans son niveau d'énergie le plus externe, ce qui rend les alcalino-terreux suffisamment réactifs pour qu'ils soient rarement trouvés seuls dans la nature. Mais ils ne sont pas aussi réactifs que les métaux alcalins. Leurs réactions chimiques se produisent généralement plus lentement et produisent moins de chaleur que les métaux alcalins.

Lanthanides: Le troisième groupe est beaucoup trop long pour tenir dans la troisième colonne, il est donc éclaté et renversé sur le côté pour devenir la rangée supérieure de l'île qui flotte au bas du tableau. Il s'agit des lanthanides, éléments 57 à 71 - du lanthane (La) au lutétium (Lu). Les éléments de ce groupe ont une couleur blanc argenté et se ternissent au contact de l'air.

Actinides: Les actinides tapissent la rangée inférieure de l'île et comprennent des éléments 89, actinium (Ac), à 103, lawrencium (Lr). Parmi ces éléments, seuls le thorium (Th) et l'uranium (U) sont naturellement présents sur Terre en quantités substantielles. Tous sont radioactifs. Les actinides et les lanthanides forment ensemble un groupe appelé les métaux de transition internes.

Métaux de transition: Pour en revenir au corps principal du tableau, le reste des groupes 3 à 12 représente le reste des métaux de transition. Dur mais malléable, brillant et possédant une bonne conductivité, ces éléments sont ce à quoi vous pensez généralement lorsque vous entendez le mot métal. Beaucoup des plus grands succès du monde du métal - y compris l'or, l'argent, le fer et le platine - vivent ici.

Métaux post-transition: Avant le saut dans le monde non métallique, les caractéristiques partagées ne sont pas clairement divisées le long de lignes de groupe verticales. Les métaux post-transition sont l'aluminium (Al), le gallium (Ga), l'indium (In), le thallium (Tl), l'étain (Sn), le plomb (Pb) et le bismuth (Bi), et ils couvrent le groupe 13 au groupe 17. Ces éléments ont certaines des caractéristiques classiques des métaux de transition, mais ils ont tendance à être plus mous et à conduire plus mal que les autres métaux de transition. De nombreux tableaux périodiques comporteront une ligne «escalier» en gras sous la diagonale reliant le bore à l'astatine. Le groupe de métaux post-transition en bas à gauche de cette ligne.

Métalloïdes: Les métalloïdes sont le bore (B), le silicium (Si), le germanium (Ge), l'arsenic (As), l'antimoine (Sb), le tellure (Te) et le polonium (Po). Ils forment l'escalier qui représente la transition progressive des métaux aux non-métaux. Ces éléments se comportent parfois comme des semi-conducteurs (B, Si, Ge) plutôt que comme des conducteurs. Les métalloïdes sont également appelés «semi-métaux» ou «métaux pauvres».

Non-métaux: Tout le reste en haut à droite de l'escalier - plus l'hydrogène (H), échoué dans le groupe 1 - est un non-métal. Ceux-ci comprennent le carbone (C), l'azote (N), le phosphore (P), l'oxygène (O), le soufre (S) et le sélénium (Se).

Halogènes: Les quatre éléments supérieurs du groupe 17, du fluor (F) à l'astatine (At), représentent l'un des deux sous-ensembles des non-métaux. Les halogènes sont chimiquement réactifs et ont tendance à s'associer aux métaux alcalins pour produire divers types de sel. Le sel de table dans votre cuisine, par exemple, est un mariage entre le sodium de métal alcalin et le chlore halogène.

Gaz nobles: Incolores, inodores et presque totalement non réactifs, les gaz inertes ou nobles complètent le tableau du groupe 18. De nombreux chimistes s'attendent à ce que l'oganesson, l'un des quatre éléments nouvellement nommés, partage ces caractéristiques; cependant, comme cet élément a une demi-vie mesurée en millisecondes, personne n'a pu le tester directement. Oganesson termine la septième période du tableau périodique, donc si quelqu'un parvient à synthétiser l'élément 119 (et que la course pour le faire est déjà en cours), il fera une boucle pour commencer la ligne huit dans la colonne des métaux alcalins..

En raison de la nature cyclique créée par la périodicité qui donne son nom à la table, certains chimistes préfèrent visualiser la table de Mendeleev sous forme de cercle.

Additionnel Ressources:

• Regardez cette brève vidéo sur le tableau périodique et les groupes d'éléments, de Crash Course.
• Parcourez ce tableau périodique interactif des éléments.
• Consultez cette ressource éducative gratuite en ligne pour comprendre les groupes élémentaires de CK-12.