Tableau périodique : éléments, périodes et familles
Lire une case du tableau (numéro atomique, symbole, masse atomique) ; le classement de Mendeleïev, ses cases vides et le classement actuel par Z ; périodes et colonnes pour situer un élément ; les familles et les prévisions par analogie ; métaux, non-métaux, métalloïdes et ion prévu par la colonne
À propos de cette page
Cinq problèmes corrigés : la case du lithium des batteries, le pari de l’éka-silicium devenu germanium, les halogènes à −50 °C dans une station polaire, trois alcalins jetés dans l’eau et trois éléments mystères à retrouver par leur place et leur ion.
5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».
Résoudre un problème : la méthode
Je repère les éléments de l’énoncé et, pour chacun, son numéro atomique Z (case ou données).
Je les situe : période grâce à Z, colonne en comptant les cases de la ligne.
Je raisonne par la colonne : famille, formule par analogie, ion prévu (colonnes 1, 2, 13, 16, 17), métal ou non-métal.
Je calcule si on me le demande : écart entre prévision et mesure, moyenne des voisins, électrons d’un ion.
Je vérifie et je rédige : Z entier, ion avec autant d’électrons qu’un gaz noble, phrase avec le vocabulaire du cours.
Problème 1 · Le lithium des batteries★★★Facile
Les batteries des téléphones et des voitures électriques sont des batteries « lithium-ion ». Voici la case du lithium.
1. Nombre de protons d’un atome de lithium :
Z = 3 : 3 protons.
2. Nombre d’électrons d’un atome de lithium :
Atome neutre : 3 électrons.
3. Période du lithium :
Z = 3 est entre 3 et 10 : période 2 (c’est même le premier élément de cette ligne).
4. Colonne du lithium :
Premier élément de sa ligne : colonne 1, celle des alcalins.
5. Le lithium est un (métal, non-métal ou métalloïde).
Colonne 1, à gauche du tableau : un métal, très léger et mou.
Problème 2 · Le pari de l’éka-silicium★★★Facile
En 1871, Mendeleïev décrit l’« éka-silicium », l’élément qui doit occuper la case vide entre le silicium (Z = 14, masse atomique 28,09) et l’étain (Z = 50, masse atomique 118,7). En 1886, Clemens Winkler découvre le germanium.
Grandeur
Prévision (1871)
Germanium (mesure actuelle)
masse atomique
72
72,63
masse volumique (g/cm³)
5,5
5,32
chlorure
liquide qui bout sous 100 °C
liquide qui bout à 86,5 °C
1. Numéro atomique du germanium, entre le silicium et l’étain :
: le Z du milieu est la moyenne, l’estimation par les voisins est possible.
2. Masse atomique estimée par la moyenne des voisins (arrondie au dixième) :
, assez proche de la mesure, 72,63.
3. De combien la masse volumique annoncée en 1871 dépasse-t-elle celle du germanium ? g/cm³
g/cm³.
4. Rapportée à la masse volumique mesurée, cette différence représente environ % (au dixième).
, soit environ 3,4 %.
5. Le silicium forme le tétrachlorure SiCl₄. Formule du chlorure de germanium, par analogie (écris les chiffres à la suite des symboles : SiCl4 pour SiCl₄) :
Même colonne (14), même formule : GeCl₄, le liquide qui bout à 86,5 °C.
Problème 3 · Les halogènes par grand froid★★★Moyen
Températures de changement d’état des corps simples de la colonne 17, sous la pression normale. Une station polaire mesure −50 °C.
Corps simple
Fusion (°C)
Ébullition (°C)
difluor F₂
−220
−188
dichlore Cl₂
−101
−34
dibrome Br₂
−7
59
diiode I₂
114
184
1. État du dichlore à −50 °C :
−50 °C est entre −101 °C (fusion) et −34 °C (ébullition) : le dichlore est liquide.
2. État du difluor à −50 °C :
−50 °C est au-dessus de son ébullition (−188 °C) : gaz.
3. État du dibrome à −50 °C :
−50 °C est en dessous de sa fusion (−7 °C) : solide.
4. L’astate At est juste sous l’iode, dans la colonne 17. À 20 °C, on prévoit qu’il est (solide, liquide ou gaz).
Les températures de changement d’état augmentent en descendant la colonne : l’astate, sous l’iode déjà solide, doit être solide à 20 °C.
Problème 4 · Trois métaux dans l’eau★★★Moyen
Derrière un écran de protection, un professeur dépose de très petits morceaux de trois métaux de la colonne 1 dans de l’eau. Le lithium flotte et fait des bulles régulières ; le sodium fond en une petite boule qui court à la surface en faisant des bulles vives ; le potassium s’enflamme, avec une flamme violette.
1. Famille de ces trois métaux : les
Colonne 1 : les alcalins.
2. Le plus réactif des trois est le .
C’est le potassium, le plus bas des trois dans la colonne : sa réaction est la plus vive.
3. Le césium est encore plus bas dans la colonne. Avec l’eau, sa réaction sera encore plus .
Chez les alcalins, la réactivité augmente en descendant : réaction encore plus vive.
4. Ion formé par le potassium (écris par exemple Ca2+ ou Br-) :
Colonne 1 : un électron perdu, K⁺.
5. On conserve ces métaux dans l’huile pour les isoler de l’air et de l’.
Ils réagissent avec l’eau (et l’humidité de l’air) : l’huile les protège.
Problème 5 · Trois éléments mystères★★★Difficile
L’élément A est le métal de la période 3 situé dans la colonne 13. L’élément B est le non-métal de la période 3 qui gagne deux électrons pour former son ion. L’élément C est le gaz noble qui a autant d’électrons que l’ion de B.
1. Symbole de A :
Période 3 : Na (11) en colonne 1, Mg (12) en colonne 2, puis colonne 13 : l’aluminium, Al (Z = 13).
2. Ion formé par A (écris par exemple Ca2+ ou Br-) :
Colonne 13 : trois électrons perdus, Al³⁺.
3. Nombre d’électrons de cet ion :
électrons, comme le néon.
4. Symbole de B :
Gagner deux électrons : colonne 16. En période 3 : le soufre, S (Z = 16).
5. Nombre d’électrons de l’ion de B :
électrons.
6. Nom de l’élément C :
Le gaz noble à 18 électrons est l’argon (Z = 18), le gaz noble le plus proche du soufre.
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