Le tableau périodique

Le Tableau Périodique 周期表 classe tous les éléments 元素 par ordre croissant de numéro protonique 质子数 (le numéro atomique 原子序数). Les rangées horizontales sont appelées périodes 周期 et les colonnes verticales sont appelées groupes 族.

Quelques motifs clés :

• Sur une période, les éléments passent des métaux 金属 à gauche aux non-métaux 非金属 à droite.
• Le numéro du groupe indique la charge des ions 离子 formés par les éléments. Le Groupe I forme des ions $+1$, le Groupe II forme des ions $+2$, et le Groupe VII forme des ions $-1$.
• Les éléments d'un même groupe ont des propriétés chimiques similaires. C'est parce qu'ils ont le même nombre d'électrons 电子 de couche externe (la même configuration électronique 电子排布 externe).

En raison de ces motifs, vous pouvez utiliser la position d'un élément pour prédire ses propriétés.

Les éléments du Groupe I sont les métaux alcalins 碱金属 : lithium 锂, sodium 钠 et potassium 钾. Ce sont des métaux mous 柔软 (on peut les couper avec un couteau).

En descendant le groupe, on observe des tendances 趋势 claires :

Vous pouvez utiliser ces tendances pour prédire les propriétés des autres éléments du Groupe I. Par exemple, le rubidium (sous le potassium) serait encore plus réactif et aurait un point de fusion encore plus bas.

Réaction avec l'eau, et ce que vous voyez

C'est la réaction dont l'examen demande le plus. Chaque métal du Groupe I réagit avec l'eau pour former une base (l'hydroxyde métallique) plus de l'hydrogène - c'est exactement pourquoi on les appelle les métaux alcalins :

"Décrivez ce que vous voyez" vaut des points à lui seul, alors apprenez la liste pour le sodium sur l'eau :

• il flotte - le métal est moins dense que l'eau.
• il fond en boule - la réaction dégage de la chaleur, et le point de fusion du métal est bas.
• il se déplace à la surface - le jet d'hydrogène le fait bouger.
• il y a effervescence 泡腾 (fizzing) - le gaz hydrogène qui s'échappe.
• il devient plus petit et disparaît au fur et à mesure qu'il est consommé.
• la solution devient basique, donc l'indicateur universel devient violet (c'est maintenant $\text{NaOH}$).

La tendance se manifeste dans l'intensité de la réaction : le lithium effervesce régulièrement mais ne fond pas ; le sodium fond en boule et se déplace rapidement ; le potassium est assez rapide pour enflammer son propre hydrogène, brûlant avec une flamme lilas. Deux réponses à éviter : « de l'hydrogène est dégagé » n'est pas une observation (vous ne pouvez pas le voir — dites effervescence), et le métal fond parce que la réaction est exothermique, pas parce que « l'eau est chaude ».

Les éléments du Groupe VII sont les halogènes 卤素 : chlore 氯气, brome 溴 et iode 碘. Ce sont des non-métaux diatomiques 双原子 (chaque molécule est constituée de deux atomes, comme $\text{Cl}_2$).

Leur apparence à température et pression ambiantes :

En descendant le groupe, la densité augmente mais la réactivité diminue (la tendance opposée au Groupe I).

Réactions de déplacement

Un halogène plus réactif repousse (déplace) un ion halogénure 卤化物 moins réactif de sa solution. C'est une réaction de déplacement 置换反应.

Par exemple, le chlore est plus réactif que le brome, donc le chlore déplace le brome du bromure de potassium :

Exemple résolu. On ajoute du chlore aqueux à une solution d'iodure de potassium ; puis on ajoute de l'iode aqueux à une solution de bromure de potassium. Que se passe-t-il dans chaque cas ? La réactivité baisse vers le bas du Groupe VII : chlore, puis brome, puis iode. (a) Le chlore est au-dessus de l'iode, donc il est plus réactif et le déplace : $\text{Cl}_2 + 2\text{KI} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{I}_2$, et la solution devient rouge-brun lorsque l'iode est libéré. (b) L'iode est en dessous du brome, donc il est moins réactif et ne peut pas le déplacer - il n'y a aucune réaction et aucun changement de couleur. « Aucune réaction » est une réponse complète valant des points : vérifiez l'ordre dans le groupe avant d'écrire une équation.

Les métaux de transition 过渡元素 sont le bloc de métaux situé au centre du Tableau Périodique. Comparés aux métaux du Groupe I, ils :

• ont des densités élevées ;
• ont des points de fusion élevés ;
• forment des composés 有色 colorés 化合物 ;
• agissent souvent comme catalyseurs, tant sous forme d'éléments que dans des composés.

Ils peuvent aussi avoir des nombres d'oxydation 可变 variables 氧化数. Par exemple, le fer 铁 forme à la fois des composés fer(II) et fer(III).

Les gaz nobles 稀有气体 du Groupe VIII sont inertes 不活泼, des gaz monoatomiques 单原子 (ils existent sous forme d'atomes simples, pas de molécules).

Ils sont inerts car ils possèdent déjà une couche externe d'électrons complète. Cela les rend stables, donc ils n'ont pas besoin de gagner, perdre ou partager des électrons.

• Le Tableau Périodique est classé par numéro protonique. Les éléments du même groupe (colonne) ont le même nombre d'électrons externes, donc ils réagissent de manière similaire ; les périodes sont les rangées.
• Le Groupe I (métaux alcalins) devient plus réactif en descendant ; le Groupe VII (halogènes) devient moins réactif en descendant — tendances opposées.
• Un halogène plus réactif déplace un halogène moins réactif d'une solution de son sel — par exemple, le chlore déplace le brome.
• Les gaz nobles sont inertes car ils ont une couche externe complète. Les métaux de transition sont durs et denses, forment des composés colorés, agissent comme catalyseurs et ont des nombres d'oxydation variables.