Classification périodique des éléments

1 Classification périodique des éléments chimiques

1.4 Description selon les blocs

On peut aussi avoir une vision de la classification périodique en termes de blocs, car il apparaît comme étant un assemblage de quatre blocs correspondant au remplissage progressif des sous - couches s, p, d et f.
• Bloc s : [(n-2)fxns2, x = 1.....14]. Il est constitué des groupes 1 et 2 des métaux alcalins et des métaux alcalino-terreux, et sont caractérisés par une tendance à céder facilement leurs électrons externes et acquérir ainsi une structure de gaz rare. Ces éléments ont un caractère métallique très marqué. Ils sont très électropositifs car ils ont une forte tendance à céder facilement leurs électrons pour acquérir la configuration du gaz rare qui les précède et donner un cation. D'où le caractère réducteur de ces familles et des états d'oxydation respectivement +1 et +2. Ces caractères augmentent dans le tableau périodique en descendant dans la colonne de haut en bas et de gauche à droite dans la période.
Les alcalins sont situés à l'extrême gauche du tableau périodique, ils :
- sont tous des métaux,
- n'ont qu'un électron de valence (famille IA),
- auront tendance à donner facilement cet électron pour saturer le niveau d'énergie et à former un cation de charge +1 : Li+, Na+, K+,... M → M+ + 1 e-.
L'hydrogène se trouve dans la première colonne (groupe IA) mais il n'est pas considéré comme un alcalin, en effet ses propriétés chimiques différent nettement d'un alcalin. C'est l'élément le plus léger : il n'est formé que d'un proton et d'un électron. C'est l'élément le plus commun dans l'univers.
Les alcalino – terreux possèdent deux électrons de valence (famille IIA). Ils auront tendance à donner facilement deux électrons pour saturer le niveau d'énergie et à former un cation de charge +2 : Be2+, Mg2+, Ca2+,... M → M2+ + 2 e-.
Ces éléments ne se trouvent jamais sous forme métallique libre dans la nature car comme les alcalins, ils sont très réactifs et réagissent moins violemment que les alcalins.
L'hélium : Bien qu'appartenant au bloc s (1s2), celui – ci est placé dans le bloc p car il possède les propriétés des gaz rares.
• Bloc p : [ns2npx, x = 1,....,6]. Il est constitué des groupes 13 à 18. A l'exception des gaz rares, les éléments de ce bloc peuvent avoir plusieurs états d'oxydation, mais chaque groupe demeure caractériser par un degré d'oxydation usuel. Le bloc p est constitué des sous groupes IIIA à VIIA et du groupe 0 et il regroupe les familles suivantes :
- Sous groupes IIIA et IVA : les éléments de ces deux familles (B, Al... et C, Si...) forment des composés covalent. Ils sont pour la plupart des « non métaux », mais le caractère métallique croit de droite à gauche et de haut en bas de la classification périodique.
- Les terreux constituent la famille du bore et comportent 3 électrons de valence (famille IIIA). Ils auront tendance à donner facilement 3 électrons pour saturer le niveau d'énergie et à former un cation de charge +3 : B3+, Al3+,...
- Les carbonides : c'est la famille du carbone. Ses éléments possèdent tous 4 électrons de valence (famille IVA) donc ils peuvent en céder ou en attirer pour se saturer et former un cation de charge +4 ou un anion de charge -4. Le carbone C, le silicium Si et le germanium Ge sont des métalloïdes. L'étain Sn et le plomb Pb sont des métaux.
- Les azotides possèdent 5 électrons de valence (famille VA). Ils auront tendance à attirer 3 électrons pour obéir à la règle de l'octet et à former un anion de charge -3 : N3-, P3-,... Les éléments les plus importants sont l'azote et le phosphore, éléments essentiels à la vie des animaux et des végétaux et dont nombreux de leurs composés ont des applications importantes.
- Les sous groupes VIA et VIIA constituent respectivement les familles des chalcogènes (ou sulfurides O, S,...) et des halogènes (F, Cl, Br,...). Les halogènes réagissent violemment. Ce sont des substances colorés qui forment des sels avec des bases et qui forment des acides avec l'hydrogène. Halogène veut dire : générateur de sels. Les éléments de ces deux familles ont tendance à former des anions par gain respectivement de deux électrons et d'un électron ; d'où leur caractère oxydant et électronégatifs. Ces caractères augmentent de bas en haut dans une colonne et de gauche à droite dans une période du tableau périodique. Les sulfurides possèdent 6 électrons de valence ; ils auront tendance à attirer 2 électrons pour obéir à la règle de l'octet et à former un anion de charge -2 : O2-, S2-,... X + 2 e- → X2-. Les sulfurides prennent 2 électrons à ceux qui s'y risquent. Ils font des liens ioniques avec les autres familles de la région des métaux, aussi bien que des liens covalents avec les non métaux. Les halogènes ont tous 7 électrons de valence ; ils ont tendance à attirer un électron pour obéir à la règle de l'octet et à former un anion de charge -1 : F-, Cl-,... X + e- → X-.
- Le groupe 0 rassemble la famille des gaz rares (He, Ne, Ar,...). Ils possèdent 8 électrons de valence sauf l'hélium. Ils sont très stables dans la nature et ont un degré d'oxydation nul et ne sont pas intéressés à donner ou à recevoir des électrons. Ils présentent une grande inertie chimique, et ne donnent pratiquement aucune réaction. On les appelle parfois gaz nobles car ils refusent de se mêler aux autres éléments dans les composés chimiques. Ils semblent même répugner à s'unir entre atome du même élément puisqu'il s'agit de gaz monoatomiques. Mais on sait maintenant qu'ils peuvent néanmoins réagir avec d'autres gaz. Ils ne se retrouvent jamais sous forme de composés. Ils sont incolores naturellement. Dans un tube sous vide et traversé d'un courant électrique, ils ont une couleur particulière. Ce sont les seuls gaz monoatomiques, tous les autres gaz ont des molécules diatomiques c'est – à – dire qu'il y a deux atomes d'un même élément qui composent la molécule. La source des gaz rares est l'air.
• Bloc d : [(n-1)dxns2, x = 1.....10]. Il est constitué des groupes 3 à 12 ; soit des éléments des sous groupes IIIB à IIB : ce sont des métaux. Les éléments de ce bloc sont de configuration électronique externe du type ns2(n-1)dz, 1≤ z ≤10 et sont connus sous le nom d'éléments de transition, puisqu'une fois l'orbitale ns remplie, on transite par la sous-couche (n-1)d qu'il faut peupler avant d'entamer le remplissage du niveau . Ils ne diffèrent que par le nombre d'électrons sur le niveau profond d. Ils manifestent des degrés d'oxydation positifs et variables entre 0 et 7. Ce bloc est constitué de 3 séries pleines de 10 éléments chacune et une quatrième série incomplète. Tous les éléments sont des métaux et ont, pour la plupart, tendance à s'unir entre eux, ou encore avec des composés d'autres pour former ce que l'on appelle des alliages.
- Les triades (éléments des sous - groupes VIIIB) font partis aussi des éléments de transition.
- Les éléments des colonnes 6 à 10 admettent des exceptions à la règle de Klechkowsky et ont respectivement une structure électronique externe ns1(n – 1)d5 et ns1(n – 1)d10.
- Les métaux donnent des cations, leurs oxydes sont basiques. Un métal est brillant (éclat métallique), bon conducteur de chaleur et d'électricité, malléable et ductile, donneur d'électrons qui réagit avec les acides, solide à température et pression habituelles (sauf le mercure Hg). Un élément est métallique si le nombre d'électrons de sa couche de n le plus élevé est inférieur ou égal au numéro de sa période (sauf H et Ge).
- Les non métaux donnent des anions, leurs oxydes sont acides. Ils ont un aspect terne (sans éclat), mauvais conducteurs de chaleur et d'électricité et sont fréquemment des gaz ou des liquides.
- Les métalloïdes sont des éléments intermédiaires entre les métaux et les gaz rares. Ils sont difficiles à classer comme métal ou non métal, ils sont à la frontière qui sépare les métaux des non métaux. Ils ressemblent aux non métaux par certaines propriétés mais sont de faibles conducteurs (semi – conducteur)
• Bloc f : [(n-2)fx ns2, x = 1....14]. Il est constitué de deux séries de 14 éléments chacune. Il comporte deux familles où les élément diffèrent simplement par le remplissage des sous – couches (n – 2)f : Les lanthanides correspondent au remplissage de la sous-couche 4f et les actinides ou transuraniens à celle de la sous - couche 5f. Les actinides sont moins connus et moins étudiés que les lanthanides. L'ensemble de ces éléments présente le degré d'oxydation usuelle +III. Mais certains d'entre eux présentent en plus le degré +II ou +IV s'il conduit à une sous-couche f totalement pleine ou à moitié remplie.
- Les éléments 57 et 89 correspondant respectivement au lanthane et à l'actinium présentent des exceptions à la règle de Klechkowsky. Leurs structures réelles sont respectivement [Xe]6s25d1 et [Rn]7s26d1. A ce titre, ils sont les premiers des blocs 5d et 6d.
- Les éléments suivants, Z = 58 et Z = 90 font partie des exceptions de la règle et ont une structure électronique [Xe]6s24f15d1 et [Rn]7s25f06d2 au lieu de [Xe]6s24f2 et [Rn]7s25f2.
- Comme la sous – couche 4f peut contenir 14 éléments au maximum on aura en tout 14 éléments à placer. Pour bien faire il aurait fallu imaginer une classification périodique avec, non pas 18 colonnes, mais plutôt 32 colonnes. Pour des raisons de commodité, on a préféré désolidariser ce bloc de 14 éléments (pour la sous – couche 4f seulement). C'est pour cette raison qu'on rencontre le bloc f placé en dessous des trois blocs accolés s, p et d.
- Les lanthanides font partie, en chimie inorganique, des « terres rares ». Ils sont utilisés dans les écrans de télévision couleur, afin de donner l'effet de couleur ; On les rencontre aussi dans les pierres de briquets.

Description du tableau périodique selon les blocs : présentation avec le schéma de la dernière sous - couche pour chaque élément.

Bloc s                                                    Bloc d                                             Bloc p



Bloc f