act 3.6 - Mendeleiev _correction

Seconde – Sciences Physiques et Chimiques
Activité 3.6
Correction
1ère Partie : L’Univers – Chapitre 3
La démarche de Mendeleiev (Correction)
Le dix-neuvième est riche en découvertes dans le domaine de la Chimie. Grâce à la mise au
point d’une nouvelle technique, la spectroscopie, c’est-à-dire l’analyse des raies d’émission et
d’absorption de substances, les scientifiques passent en quelques années de trente atomes
connus au début du siècle à soixante-trois.
Les chimistes du monde entier essaient de classer ces atomes, de comprendre ce qui les unit, ce
qui les différencie ; mais à cette époque, la structure de l’atome est complètement inconnue et
on ne peut donc utiliser ni le nombre de protons Z ni le nombre d’électrons externes.
Toutefois, on connaît déjà la masse relative des atomes. A l’hydrogène, le plus léger de tous, on
a attribué arbitrairement une masse de 1 (on parlait alors de masse atomique, sans préciser
d’unité). A l’atome de carbone, qui est douze fois plus lourd que celui d’hydrogène, on a
attribué une masse de 12, et de même pour les 65 atomes de l’époque. On sait aussi que le zinc
et le cadmium ont des propriétés chimiques similaires ; le bore, l’aluminium, l’indium
également. Le carbone, le silicium et l’étain ont quelques ressemblances, tout comme l’azote, le
phosphore, l’arsenic et l’antimoine.
En 1869, le chimiste Dimitri Mendeleiev a l’idée de
classer les atomes par masse croissante, mais aussi de
constituer des séries regroupant ceux dont les
propriétés chimiques sont similaires. Deux cases de
son tableau restent vides : Mendeleiev en déduit
qu’il s’agit d’atomes encore inconnus ; il prédit leur
masse approximative et des propriétés similaires à
celles des atomes de la même série. Il appelle ces
éléments ékaaluminium et ékasilicium.
En 1875, Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran identifie
par spectroscopie un nouvel élément, qui correspond
très exactement à l’ékaaluminium. Onze ans plus
tard, l’Allemand Clemens Winker découvre, toujours
par spectroscopie, l’ékasilicium.
On se propose faire un travail analogue à celui de Mendeleiev.
1. En utilisant les indications du texte, recopier et compléter le
tableau ci-contre avec le symbole des atomes ci-dessous.
En ligne, les atomes sont classés par masse croissante et les atomes
de propriétés similaires sont dans la même colonne.
Zn
B
C
N
Al
Si
P
?
?
As
Cd In
Sn Sb
1
Seconde – Sciences Physiques et Chimiques
1ère Partie : L’Univers – Chapitre 3
Activité 3.6
Correction
Le bore (B) inaugure le bal avec la masse la plus petite (1ère case), puis le carbone (C), puis
l’azote (N).
A la ligne suivante viennent l’aluminium (Al) puis le silicium (Si) et le phosphore (P).
On peut vérifier qu’en colonnes est vérifiée l’idée de propriétés chimiques similaires : on peut
placer l’arsenic (As) puis l’antimoine (Sb) sous l’azote et le phosphore.
Le zinc (Zn) débute la troisième ligne mais n’est pas suivi de l’arsenic : 2 cases devront rester
vides.
La quatrième ligne se remplit logiquement, et on vérifie à nouveau que les éléments d’une
même colonne présente des propriétés chimiques similaires.
2. Rechercher les noms et symboles actuels des deux atomes cités dans le texte, découverts
après 1869.
Ekaaluminium : gallium (Ga), en l’honneur de la Gaule (Lecoq de Boisbaudran est français)
Ekasilicium : germanium (Ge), en l’honneur de l’Allemagne (Winkler est allemand)
3. Les placer dans le tableau.
4. En quoi la découverte de ces deux atomes conforte-t-elle le travail de Mendeleiev ?
Mendeleiev avait prédit l’existence de ces éléments ainsi que leurs masses approximatives.
La classification moderne (en couverture du manuel) classe les atomes par numéro atomique
croissant plutôt que par masse croissante.
5. Cela entraîne-t-il des changements sur la position dans le tableau des quatorze atomes
précédents ?
L’ordre est toujours le même depuis Mendeleiev ! Mais le tableau actuel offre une lecture plus
complète à la lumière des connaissances acquises depuis Mendeleiev sur la structure de la
matière…
On peut ainsi remarquer que les atomes des éléments d’une même ligne (ou période) ont la
même couche externe (ligne 1 : couche K, ligne 2 : couche L…) et que, de gauche à droite, on
remplit cette couche ; de même, les atomes des éléments d’une même colonne ont le même
nombre d’électrons sur leur couche externe, ce qui leur confère des propriétés chimiques
voisines (on parle de familles d’éléments) : ils forment par exemple des ions de même charge
électrique. Plus précisément,
 1ère colonne : la famille des alcalins (sauf H) : 1 électron externe, forment des cations X+
 2ème colonne : la famille des alcalino-terreux : 2 électrons externes, forment des cations X2+
 Avant-dernière colonne : la famille des halogènes : 7 électrons externes, forment des ions
X–
 Dernière colonne : la famille des gaz nobles : 8 électrons externes (sauf He, qui en a 2, ce
qui sature la couche K), extrêmement peu réactifs.
En savoir plus
http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-chimie-histoire-article-Classification_Periodique_M1_ENS.html
Des exemples de classifications
http://static.intellego.fr/uploads/1/5/15435/media/telecharger/classification%20periodique.JPG
http://www.daskoo.org/upload/images/classification-periodique-des-elements.png
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