Je m'initie au tableau périodique...

[Tengri]

Bonjour à tous et joyeux Noel

M'intéressant depuis longtemps à l'atome j'ai décidé de me pencher à nouveau sur la classification périodiques et des vieilles notions abordées en seconde, car j'aime bien cet univers et j'ai envie d'en savoir plus


Je vous explique ce que j'ai retenu suite à mes lectures et arrêtez moi svp si j'ai faux:

Tout d'abord j'ai appris par cœur les trois premières lignes soit les 18 éléments de la classification, et je sais qu'il sont classés par masse croissante qui est indiquée par le numéro atomique, soit le nombre de protons/électrons.

je sais : -que chaque colonne ou famille regroupe les éléments aux propriétés chimiques similaires.

-que chaque ligne/période/couche regroupe l'ensemble des atomes se caractérisant par le même nombre de couches (et qu'il existe un nombre maximum d'électrons possible pour chaque couche). Et que chaque ligne/période constitue une sorte de représentation abstraite des couches, que l'on remplit progressivement pour arriver à la saturation de chaque couche, qui correspond au nombre max d'électrons pour la couche en question

- qu'il existe le principe de Pauli : 2n² où n est un nombre quantique . Et que ceci permet de déterminer pour chaque période le nombre maximum d'électrons portés pour une couche donnée

Donc si l'on se limite au 3 premières couches/périodes, nous avons:

- K dont le nombre quantique est 1. => 2 électrons max

-L dont le nombre quantique est 2 => 8 électrons max

-M dont le nombre quantique est 3 => 18 électrons max

Je crois que jusqu'ici ça reste à peu près du niveau seconde

Et c'est à ce niveau là sans doute que les difficultés vont commencer à pleuvoir, vu que, si j'ai bien compris mes lectures, on commencerait à remplir N avant que M soit saturée (on s’arrête à 8 alors qu'en théorie on peut aller jusqu'à 18). et ce serait ici que des notions complexes de sous couches, notamment notées s,d, p, f... interviendraient...

J'ai envie d'en savoir plus svp pour étendre mes connaissances à partir des autres couches

Si je comprends bien c'est juste les deux premières périodes qui peuvent être comprises par les non initiés vu que le remplissage reste classique


Merci de m'avoir lu
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[gts2]

Tout d'abord j'ai appris par cœur les trois premières lignes soit les 18 éléments de la classification, et je sais qu'il sont classés par masse croissante qui est indiquée par le numéro atomique, soit le nombre de protons/électrons.

Non, ils sont classés par numéro atomique comme vous le dites, mais cela ne donne pas la masse, car il y a en plus des neutrons.
Voir par exemple le tableau wikimedia avec à gauche le numéro atomique et à droite la masse atomique (compliquée par la présence d'isotope)

Et c'est à ce niveau là sans doute que les difficultés vont commencer à pleuvoir, vu que, si j'ai bien compris mes lectures, on commencerait à remplir N avant que M soit saturée (on s’arrête à 8 alors qu'en théorie on peut aller jusqu'à 18). et ce serait ici que des notions complexes de sous couches, notamment notées s,d, p, f... interviendraient...
Si je comprends bien c'est juste les deux premières périodes qui peuvent être comprises par les non initiés vu que le remplissage reste classique

Ce n'est si compliqué que cela (sauf si on cherche l'origine de la règle !) : Règle_de_Klechkowski

[Tengri]

Bon j'ai lu l'article, comme souvent lorsque Wikipédia touche à des choses aussi techniques c'est loin d'être lumineux...

J'ai trouvé des vidéos sur youtube qui m'ont l'air de bien compléter la chose. Je devrais m'en tirer

La règle de Klechkowski aide à comprendre pourquoi à partir de l'argon on change de période alors que M n'est pas encore saturée ?

[gts2]

La règle de Klechkowski aide à comprendre pourquoi à partir de l'argon on change de période alors que M n'est pas encore saturée ?

Tout dépend le sens que l'on donne à comprendre. La règle nous dit quand changer de période, mais n'est pas une explication.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tengri]

Bon j'ai bien bossé et je crois avoir compris pas mal de choses... (je précise que j'ai un Bac L et que pour moi la physique s'est arrêtée en première)

Deux exemples:

Potassium Z=19, formule électronique simplifiée: K2 L8 M8 N1, formule détaillée: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

Gallium Z=31, formule électronique K2 L8 M18 N3 formule détaillée: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p1

Pour le potassium M s’arrête à 8 car s et p ne tolèrent respectivement pas plus de 2 et 6 électrons. Pour le gallium M est scindé avec rejet de 3 après 4 , donc de M après N!

D'où j'en déduis que le tableau périodique est agencé à partir des sous-couches et non de couches KLM prises dans leurs globalités. Et donc je comprends pourquoi quand j'étais en seconde on nous disait qu'on ne pouvait pas comprendre les éléments après M

J'ai bon?

[gts2]

Les lignes correspondent bien au nombre quantique principal, la première colonne correspond toujours à [gaz rare précédent) ns¹ avec n numéro de ligne, la colonne des halogènes est toujours en np⁵, n étant le numéro de ligne
Le numéro d'une ligne (inutile de de promener les résidus historiques KLM...) est le numéro de la couche de valence (dernière couche électronique partiellement ou totalement remplie)
Mais, en effet, le remplissage d'une couche n donnée se produit sur plusieurs lignes (plusieurs couches de valence).

Le lien : CLASSIFICATION_PERIODIQUE me parait assez clair.

[Tengri]

Merci

Le numéro d'une ligne (inutile de de promener les résidus historiques KLM...) est le numéro de la couche de valence

J'ai remarqué effectivement dans les videos qu'ils désignent plus volontiers les couches par les chiffres que par les lettres. Quand j'étais en seconde il y a 20 ans c'était encore les lettres.

Mais, en effet, le remplissage d'une couche n donnée se produit sur plusieurs lignes (plusieurs couches de valence).

Vous voulez dire je suppose plusieurs sous-couches s,d, p... pour une couche de valence donnée 1, 2, 3 .. c'est ça?

[gts2]

Le mot couche désignant deux choses, cela rend les phrases pas toujours très claires.

La couche n=3 (3s 3p 3d) est remplie d'abord dans la couche de valence 3 (ligne 3) (3s 3p) puis dans la couche de valence 4 (remplissage de 3d)

[Tengri]

Le mot couche désignant deux choses, cela rend les phrases pas toujours très claires.

La couche n=3 (3s 3p 3d) est remplie d'abord dans la couche de valence 3 (ligne 3) (3s 3p) puis dans la couche de valence 4 (remplissage de 3d)

la 3d est dans la couche 3 par définition. Pourquoi serait elle remplie dans la 4?

Vous voulez peut être dire que la fin de 3 fonctionne sur la diagonale :

3d => 4p => 5s

ce qui met en fait 3d en contact avec 4 dans l'ordre de d'énergie

[gts2]

la 3d est dans la couche 3 par définition. Pourquoi serait elle remplie dans la 4 ?

On va prendre deux noms différents :
- couche au sens (électrons de numéro quantique n)
- période : une ligne du tableau périodique

La 3d est dans la couche 3 mais est remplie dans la période 4

Vous voulez peut être dire que la fin de 3 fonctionne sur la diagonale : ce qui met en fait 3d en contact avec 4s dans l'ordre de d'énergie

C'est bien cela : l'énergie de 3d étant supérieure à celle de 4s, on remplit d'abord 4s (donc passage à la période 4) et remplissage de 3d dans la période 4.

[Tengri]

j'ai peut être parlé trop vite en disant que j'avais compris, ce n'est pas simple toute cette masse de connaissances au tout début. Faut une capacité d’abstraction vu qu'on est dans l'infiniment petit.

Là j'ai passé un long moment sur le diagramme et je viens juste de comprendre que j'étais induit en erreur par ces flèches . Une flèche n'équivaut pas à une période car à ce compte là 3d inaugurerait une cinquième période, ce qui est faux.


En fait c'est la donnée inférieure de chaque diagonale qui inaugure la période. Par exemple 2s et 2p sont dans 2. mais le passage à 3s inaugure 3 etc. J'étais piégé par le décalage.

Je suppose que c'est grâce à ce diagramme qu'on a pu déduire historiquement le tableau périodique. C'est plus logique que l'inverse.

Après faut que j’apprenne les histoires de couche de valence et électrons de valence car c'est encore flou.

[gts2]

Je suppose que c'est grâce à ce diagramme qu'on a pu déduire historiquement le tableau périodique. C'est plus logique que l'inverse.

L'histoire n'est pas forcément logique et le tableau périodique a été construit uniquement à partir d'arguments chimiques : cela date de 1869 (avec d'autres tableaux avant celui-ci) donc bien avant la théorie "des couches", le modèle de Bohr date de 1913.

[Tengri]

Ce qui est contre intuitif et que j'ai encore du mal admettre est l'idée selon laquelle une période du tableau regroupe les éléments par énergie croissante (l'énergie donc si j'ai bien compris l'électronégativité augmente dans le tableau avec lecture de bas en haut et aussi de gauche à droite, mais si on parle de périodes là c'est juste gauche droite qui nous intéresse), ET représente symboliquement des couches à remplir... Tout se passe comme si les atomes étaient au départ de l'aventure vides d'électrons et on remplit selon des règles. Abstrait comme je disais...


j'ai regardé deux vidéos intéressantes où des profs tracent sur le modèle de Bohr des formes elliptiques ressemblant à des 8 et se nouant pile au niveau du noyau. 1 vertical, 1 horizontal et un en diagonale. Je suppose que c'est les couches et sous couches mais ils n'ont pas été très clairs , que faut il savoir? A moins que ce soit au delà du niveau lycée..

[gts2]

Ce qui est contre intuitif et que j'ai encore du mal admettre est l'idée selon laquelle une période du tableau regroupe les éléments par énergie croissante (l'énergie donc si j'ai bien compris l'électronégativité augmente dans le tableau avec lecture de bas en haut et aussi de gauche à droite, mais si on parle de périodes là c'est juste gauche droite qui nous intéresse), ET représente symboliquement des couches à remplir... Tout se passe comme si les atomes étaient au départ de l'aventure vides d'électrons et on remplit selon des règles. Abstrait comme je disais...

Ce n'est pas intuitif, c'est bien pour cela que je disais que la règle de Klechkowsky était une règle (point) et pas une explication.

j'ai regardé deux vidéos intéressantes où des profs tracent sur le modèle de Bohr des formes elliptiques ressemblant à des 8 et se nouant pile au niveau du noyau. 1 vertical, 1 horizontal et un en diagonale. Je suppose que c'est les couches et sous couches mais ils n'ont pas été très clairs , que faut il savoir? A moins que ce soit au delà du niveau lycée..

Bohr et les 8 sont deux modèles différents. Les 8 dont vous parlez sont probablement la représentation en polaire de la partie angulaire de la probabilité de présence la sous-couche p, que l'on peut décomposer en trois orbitales px py pz, mais là cela devient vraiment abstrait.
(Dans la plupart des cours, la définition de ces formes n'est jamais donnée)

[Tengri]

Bohr et les 8 sont deux modèles différents. Les 8 dont vous parlez sont probablement la représentation en polaire de la partie angulaire de la probabilité de présence la sous-couche p, que l'on peut décomposer en trois orbitales px py pz, mais là cela devient vraiment abstrait.
(Dans la plupart des cours, la définition de ces formes n'est jamais donnée)

Effectivement:

https://www.youtube.com/watch?v=ANImqDtCZ5E

https://www.youtube.com/watch?v=6gfYklJ1_X4

Dans la première vidéo juste la première et seconde forme sont évoquées en parlant de sous couches.

Dans la seconde x, y, z sont mentionnés mais ça reste juste des espèces de postulats sans plus de précisions

[gts2]

Dans la seconde x, y, z sont mentionnés mais ça reste juste des espèces de postulats sans plus de précisions

La deuxième vous feriez mieux de l'oublier : elle s'appuie sur Bohr (1913) alors que la résolution quantique date de 1927, on peut donc considérer Bohr comme obsolète depuis cette date, même si, bein sûr, le modèle de Bohr est historiquement fondamental.
Ensuite, il dessine des trajectoires circulaires (normal avec Bohr) et explique que ce sont des sphères, puis un autre cercle (L) en expliquant que ce cercle est constitué de 8 !!
Donc à éviter.

[Tengri]

A propos de la célèbre inversion opérée par Mendeliev entre le tellure et l'iode: c'est juste du à la masse? Vu que après l'inversion l'ordre de numéros atomiques reste respecté. Il avait dans un premier temps placé Iode 53 avant tellure 52? L'ordre reste cohérent après coup.

EDIT: je veux dire pourquoi il aurait mis 53 avant 52 dans un premier temps si ça ne respectait pas l'ordre de numéros atomiques?

[gts2]

Le tableau construit avec les masses atomiques place le tellure après l'iode M(Tellure)=127,6> M(iode)=126,9 alors qu'il est avant avec les numéros atomiques Z(Tellure)=52 < Z(iode)=53

La notion de numéro atomique n'existait pas à l'époque.

[Tengri]

L’électronégativité augmente de bas en haut et de gauche à droite. On peut supposer que chaque élément est tenaillé entre deux tendance électronégative, celle de sa famille et celle de sa période. La première plutôt due à la plus ou moins grande proximité des électrons de valence, du noyau. La seconde plutôt due à l'augmentation du nombre de protons et d'électrons à mesure qu'on avance dans les périodes et qu'on les descend.

Un équilibre se créerait, du moins je le comprends comme ça

[gts2]

Je dirai plutôt que l'électronégativité est donnée par la colonne avec une correction pour le numéro de ligne.

Voir par exemple : lct.jussieu.fr à la dernière page.

[Tengri]

On constate à quel point toutes les données figurant dans la conversation depuis le début traduisent une frontière plutôt floue entre physique et chimie.

Par exemple la règle de Klechkowski, physique ou chimie? Physique reposant sur du chimique ou l'inverse? La réponse n'est pas évidente...

les liens que vous postez sont de quel niveau , première/terminale S? Enfin ce qui y correspond vu que les filières n’existent plus.

[gts2]

Le problème est clairement un problème de physique : interactions entre particules chargées à traiter d'un point de vue quantique (la règle de Klechkowski en fait partie). Remarque : on peut éventuellement appeler cela de la chimie quantique.

Mais les résultats obtenus sont fondamentaux d'un point de vue chimique.

L'utilisation des résultats (donc la partie chimique) peut se faire depuis la seconde (le tableau simplifié est même présenté en collège) puis se complique progressivement.

Par contre la partie physique sous-jacente est plutôt de niveau bac+3.

[Tengri]

Je dirai plutôt que l'électronégativité est donnée par la colonne avec une correction pour le numéro de ligne.

Voir par exemple : lct.jussieu.fr à la dernière page.

Il faut donc plutôt tenir compte de l’électronégativité allant de bas en haut...

Dans ce dernier document , pour la formule de Pauling tous les termes ne sont pas expliqués, A et B, X et Y

Et en bas de page, la formule avec l'astérisque de Z et le sigma.

C'est post-bac peut être comme document ...

[gts2]

Dans ce dernier document , pour la formule de Pauling tous les termes ne sont pas expliqués, A et B, X et Y

en eV. est l'électronégativité, A B les deux éléments (nommés ensuite X et Y !)

Et en bas de page, la formule avec l'astérisque de Z et le sigma.

Un électron périphérique "voit" un noyau de charge Z comme une charge Z*, à cause des électrons des couches profondes, est la constante d'écran qui vaut 1 par électron des couches profondes, cela se complique ensuite.

C'est post-bac peut être comme document ...

Oui

[Baal149]

Il faut donc plutôt tenir compte de l’électronégativité allant de bas en haut...

C'est l'inverse.
Quand gts2 disait qu'il faut regarder la colonne, ça veut dire qu'il faut regarder de gauche à droite pour voir dans quelle colonne se situe l'élément. Dans une même colonne on a donc des propriétés similaires (c'est historiquement comme ça qu'on a classé les éléments sans avoir connaissance de leurs numéros atomiques).
Exemples : la colonne des halogènes (avant dernière) est constitués des éléments les plus électronégatifs ce qui en font de bons groupes partant.
A l'opposé, la colonne des alcalins et alcalino-terreux (1ere et 2e respectivement) sont tellement peu électronégatifs qu'ils sont sous forme d'ions ; et si on cherche à les réduire sous forme métallique ils brulent aux moindres contacts avec l'air.

[Stan_94]

Bonjour,
il y a 30 ans, c'était du niveau DEUG A, donc bac+2 (je parle des notions générales de Chimie-Physique évoquées ici tout autant que du document de jussieu)
Petite question en parallèle à cette discution : De nos jours, c'est toujours du même niveau ?

[gts2]

Le document de Jussieu c'est du L1.
Disons L1: construction du tableau périodique à partir de "quelques règles" et évolution de "quelques grandeurs" dans le tableau périodique.

[Tengri]

A l'opposé, la colonne des alcalins et alcalino-terreux (1ere et 2e respectivement) sont tellement peu électronégatifs qu'ils sont sous forme d'ions ;

mais par exemple H et Be sont au sein de leurs colonnes respectives parmi les plus électronégatifs. Même s'ils le sont très peu dans leurs périodes respectives.

Chaque élément est pris dans une sorte de dialectique électronégative du coup... c'est un peu bizarre pour se le représenter, à moins de considérer l'existence de deux électronégativités assez différentes gérant chaque élément.

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J'ai chez moi le livre de Heinz Haber Notre ami l'atome , devenu célèbre car sponsorisé par Walt Disney (on le trouve souvent dans les greniers car ça s'offrait bcp il y a 50 ans). C’est le seul livre consacré à l'atome que j'ai . Et j'ai découvert au cours de mes recherches que le livre est dérivé d'un film:https://www.youtube.com/watch?v=kaVb1xFOU-Y (ou l'inverse je sais plus)

Sauf que ce sont des documents qui datent quand même de...

... 1957...

J'avais lu le livre bien avant d'avoir les premières notions atomiques en 3ème. Je vais le relire et regarder le film.

Mais ça doit pas être à jour sur certains détails... Si je veux approfondir je pourrais toujours m'acheter un livre de physique de première S

[gts2]

Pour ce qui est de période vs. ligne, l'H est en un peu à part, c'est quand même un cas un particulier.
Après si on trace les colonnes en bleu et les lignes en rouge, cela parait quand même clair.

[Baal149]

J'avais jamais vu ce graphique. Il est très parlant.

Après si on trace les colonnes en bleu et les lignes en rouge, cela parait quand même clair.

Le rouge représente des colonnes plutôt, non ? (les deux premières colonnes du TPE, en bas ; et les deux colonnes qui précèdent les gaz rares, en haut)
Et le bleu représente les lignes.