L’essentiel
Le tableau périodique, aussi appelé classification périodique ou tableau de Mendeleïev, range les 118 éléments chimiques par numéro atomique Z croissant, en 7 lignes, les périodes, et 18 colonnes. Les éléments d’une même colonne ont le même nombre d’électrons de valence, donc des propriétés chimiques voisines.
Comment est construit le tableau périodique
Le tableau périodique repose sur deux règles simples. Les éléments se suivent par Z croissant, de gauche à droite et de haut en bas. Et on passe à la ligne suivante chaque fois qu’une nouvelle couche électronique commence à se remplir.
Résultat : les propriétés chimiques reviennent de façon régulière, d’où le mot « périodique ». Les éléments qui se ressemblent se retrouvent les uns sous les autres.
- Une période est une ligne. Il y en a 7.
- Une colonne, ou groupe, réunit une famille chimique. Il y en a 18.
- Une case correspond à un élément, avec tous ses isotopes.
Les premiers éléments de la classification
Au lycée, on travaille surtout avec les trois premières périodes. Le numéro atomique est indiqué entre parenthèses. Les colonnes 3 à 12, qui commencent à la quatrième période, sont retirées ici pour plus de lisibilité.
| Période | 1 | 2 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | H (1) | He (2) | ||||||
| 2 | Li (3) | Be (4) | B (5) | C (6) | N (7) | O (8) | F (9) | Ne (10) |
| 3 | Na (11) | Mg (12) | Al (13) | Si (14) | P (15) | S (16) | Cl (17) | Ar (18) |
| 4 | K (19) | Ca (20) | Ga (31) | Ge (32) | As (33) | Se (34) | Br (35) | Kr (36) |
Comment lire le tableau périodique
Chaque case indique au minimum le symbole de l’élément, son numéro atomique Z et, le plus souvent, sa masse molaire atomique. Pour le chlore : Cl, Z = 17 et M = 35,5 g/mol.
La position d’un élément est directement liée à sa configuration électronique, et cela marche dans les deux sens : on peut déduire la position de la configuration, ou l’inverse.
Numéro de la période = numéro de la dernière couche occupée. Électrons de valence = numéro de colonne pour les colonnes 1 et 2, et numéro de colonne − 10 pour les colonnes 13 à 18.
- Le chlore : Z = 17, soit 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵. Dernière couche 3, donc période 3. Il a 7 électrons de valence, donc il est en colonne 17.
- Le sodium : Z = 11, soit 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. Période 3, 1 électron de valence, colonne 1.
Astuce : Exception à la règle : l’hélium est en colonne 18 avec seulement 2 électrons de valence, car sa couche 1 est déjà saturée.
Les familles chimiques à connaître
Comme elles ont le même nombre d’électrons de valence, les éléments d’une colonne forment le même type d’ion et réagissent de façon comparable.
| Famille | Colonne | Exemples | Électrons de valence | Ion formé | Propriété |
|---|---|---|---|---|---|
| Alcalins | 1, sauf H | Li, Na, K | 1 | Li⁺, Na⁺, K⁺ | Métaux qui réagissent vivement avec l’eau |
| Alcalino-terreux | 2 | Mg, Ca | 2 | Mg²⁺, Ca²⁺ | Métaux réactifs |
| Halogènes | 17 | F, Cl, Br, I | 7 | F⁻, Cl⁻, Br⁻, I⁻ | Non-métaux très réactifs |
| Gaz nobles | 18 | He, Ne, Ar, Kr | 8, sauf He : 2 | Aucun en pratique | Très peu réactifs |
Métaux, non-métaux et électronégativité
Les métaux sont les plus nombreux : ils occupent la gauche et le centre du tableau. Les non-métaux se trouvent en haut à droite, avec l’hydrogène à part. Entre les deux, une zone en escalier réunit des éléments intermédiaires, comme le silicium.
L’électronégativité mesure la tendance d’un atome à attirer vers lui les électrons d’une liaison. Elle augmente de gauche à droite dans une période, et de bas en haut dans une colonne. Le fluor est l’élément le plus électronégatif.
Mendeleïev et l’histoire de la classification
En 1869, le chimiste russe Dmitri Mendeleïev classe les éléments connus et ose laisser des cases vides : il annonce que des éléments restent à découvrir, puis prédit leurs propriétés. La découverte du gallium en 1875 lui donne raison.
Son classement reposait sur la masse des atomes. Le classement par Z s’impose au XXe siècle, une fois le noyau mieux connu. La septième période est complète depuis que les éléments 113, 115, 117 et 118 ont reçu leur nom en 2016.
Les erreurs à éviter
Les éléments sont classés par masse croissante. Ils sont classés par numéro atomique Z croissant.
L’argon (Z = 18) est plus lourd que le potassium (Z = 19) : le classement par masse les inverserait.
Deux éléments d’une même ligne ont les mêmes propriétés. Ce sont ceux d’une même colonne qui se ressemblent.
Une colonne réunit le même nombre d’électrons de valence. Une ligne réunit seulement la même dernière couche.
L’hydrogène est un alcalin. L’hydrogène n’est pas un alcalin.
Il est placé en colonne 1 car il a 1 électron de valence, mais c’est un gaz non métallique.
Exercices corrigés
1. Selon quel critère les éléments sont-ils rangés dans le tableau périodique actuel ?
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Leur numéro atomique croissant. Le classement actuel se fait par Z croissant.
2. Le magnésium (Z = 12) a pour configuration 1s² 2s² 2p⁶ 3s². Où se trouve-t-il ?
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Période 3, colonne 2. Sa dernière couche est la 3, donc période 3. Il a 2 électrons de valence, donc colonne 2.
3. Quel élément appartient à la même famille que le chlore ?
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Le brome. Chlore et brome sont dans la colonne 17, celle des halogènes. Le soufre et l’argon sont seulement sur la même ligne que le chlore.
4. Quel ion forme le calcium, placé en colonne 2 ?
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Ca²⁺. Il a 2 électrons de valence et les perd pour acquérir la structure du gaz noble voisin : Ca²⁺.
5. Un atome a pour configuration 1s² 2s² 2p⁴. Où se place-t-il ?
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Période 2, colonne 16. Dernière couche 2, donc période 2. Il a 2 + 4 = 6 électrons de valence, donc colonne 6 + 10 = 16 : c’est l’oxygène.
6. Quel élément de la troisième période a 5 électrons de valence ?
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Le phosphore. 5 électrons de valence correspondent à la colonne 15. Dans la période 3, c’est le phosphore, Z = 15. L’azote est en période 2, l’arsenic en période 4.
Questions fréquentes
Combien y a-t-il d’éléments dans le tableau périodique ?
118 éléments sont reconnus aujourd’hui. Le dernier est l’oganesson, de numéro atomique 118. Les éléments les plus lourds ont été produits en laboratoire.
Qui a inventé le tableau périodique ?
Le chimiste russe Dmitri Mendeleïev a publié sa classification en 1869. C’est pourquoi on parle aussi du tableau de Mendeleïev.
Quelle différence entre tableau périodique et classification périodique ?
Aucune : les deux expressions désignent le même tableau. Les programmes scolaires emploient souvent « classification périodique des éléments ».
Pourquoi le tableau est-il dit périodique ?
Parce que les propriétés des éléments reviennent à intervalles réguliers quand Z augmente. Chaque ligne reproduit le même schéma que la précédente, avec une couche d’électrons de plus.