La classification périodique

Exercice 1 — Vocabulaire et organisation du tableau (4 pts)
1. Les lignes horizontales s'appellent des périodes. Le tableau comporte 7 périodes numérotées de 1 à 7.

2. Les colonnes verticales s'appellent des familles (ou groupes). Le tableau comporte 18 familles.

3. Le critère de classement moderne est le numéro atomique Z croissant (nombre de protons dans le noyau), de gauche à droite et ligne par ligne.
Remarque : Mendeleïev utilisait la masse atomique en 1869, mais le tableau actuel utilise Z.

4. Deux éléments d'une même famille ont le même nombre d'électrons de valence, donc des propriétés chimiques similaires (réactivité analogue, ions de même type, composés de formules comparables).

Exercice 2 — Structure électronique et position (5 pts)
1. Configuration électronique du phosphore P (Z = 15) :
On remplit les couches dans l'ordre, en respectant les capacités maximales :

• Couche K : 2 e⁻ (pleine)
• Couche L : 8 e⁻ (pleine)
• Couche M : 15 − 2 − 8 = 5 e⁻

Configuration : (K)²(L)⁸(M)⁵

2. Période et famille :

• Période 3 → 3 couches occupées (K, L, M)
• Famille 15 → 5 électrons de valence sur la couche externe M

3. Électrons de valence :
La couche externe est M, qui porte 5 électrons → P possède 5 électrons de valence.

4. Ion formé :
P a 5 e⁻ de valence, il lui manque 3 électrons pour atteindre 8 (configuration de l'argon Ar, Z=18, le gaz noble le plus proche). Il capte 3 électrons → forme l'ion P³⁻.
Configuration de P³⁻ : (K)²(L)⁸(M)⁸, identique à Ar.

Exercice 3 — Familles remarquables (5 pts)
1. Les quatre familles remarquables :

• Alcalins — colonne 1 (Li, Na, K…) — 1 électron de valence, métaux très réactifs
• Alcalino-terreux — colonne 2 (Mg, Ca…) — 2 électrons de valence
• Halogènes — colonne 17 (F, Cl, Br, I…) — 7 électrons de valence, non-métaux très réactifs
• Gaz nobles — colonne 18 (He, Ne, Ar…) — couche externe saturée, inertes chimiquement

2. Formule du composé entre Br et Na :
Br est un halogène (famille 17, 7 e⁻ de valence) : il capte 1 électron → forme l'ion Br⁻.
Na est un alcalin (famille 1, 1 e⁻ de valence) : il perd 1 électron → forme l'ion Na⁺.
1 Na⁺ + 1 Br⁻ → formule NaBr (bromure de sodium), analogue à NaF et NaCl.

3. Pourquoi les gaz nobles sont inertes :
Les gaz nobles ont leur couche externe complètement saturée : 8 électrons (octet) pour Ne, Ar, Kr… ou 2 électrons (duet) pour He. Ils vérifient déjà la règle de l'octet (ou du duet) et n'ont donc pas besoin de gagner, perdre ou partager des électrons. Ils ne réagissent pratiquement pas chimiquement.

Exercice 4 — Métaux, non-métaux et métalloïdes (3 pts)
1. Classification des éléments :

• Cuivre Cu (Z=29) → métal : situé dans la partie centrale du tableau (métaux de transition), conducteur, brillant, malléable.
• Azote N (Z=7) → non-métal : situé dans la partie supérieure droite du tableau (famille 15), gaz à température ambiante, mauvais conducteur.
• Silicium Si (Z=14) → métalloïde : situé sur la diagonale de séparation entre métaux et non-métaux, propriétés intermédiaires.

2. Deux propriétés physiques des métaux :
On accepte deux parmi : bonne conductivité électrique, bonne conductivité thermique, malléabilité (se déforment sans se casser), éclat métallique (brillants), solidité à température ambiante (sauf Hg).

3. Propriété du silicium utilisée en électronique :
Le silicium est un semi-conducteur (métalloïde) : il conduit l'électricité de manière contrôlable. Cette propriété intermédiaire entre métal et non-métal est indispensable à la fabrication de transistors et de puces électroniques.

Exercice 5 — Raisonnement et prédiction (3 pts)
1. Période du rubidium Rb (Z=37) :
Configuration simplifiée de Rb : on remplit les couches successives :
(K)²(L)⁸(M)⁸(N)¹⁸(O)¹ — 5 couches occupées.
→ Rb est dans la période 5.
Justification : le numéro de la période = nombre de couches électroniques occupées. Rb a 5 couches (K, L, M, N, O) → période 5.

2. Comportement du rubidium Rb avec l'eau :
Rb appartient à la famille 1 (alcalins) comme Na. Les éléments d'une même famille ont des propriétés chimiques similaires (même nombre d'électrons de valence = 1). On peut donc prédire que Rb réagit aussi vivement avec l'eau, en libérant du dihydrogène. De plus, étant plus bas dans la famille (couche externe plus éloignée du noyau → électron de valence encore plus facile à perdre), la réaction de Rb avec l'eau est encore plus violente que celle de Na.

3. Formule de l'iodure de calcium (Ca et I) :
Raisonnement par les ions :

• Ca est dans la famille 2 (2 e⁻ de valence) → perd 2 e⁻ → forme Ca²⁺
• I est dans la famille 17 (halogène, 7 e⁻ de valence) → capte 1 e⁻ → forme I⁻
• Pour équilibrer les charges : 1 Ca²⁺ (+2) + 2 I⁻ (−2) → formule CaI₂

La formule de l'iodure de calcium est CaI₂.