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Passer à la première page CONFIGURATION ÉLECTRONIQUE DES ÉLÉMENTS LA CLASSIFICATION PÉRIODIQUE Guy Collin, 2012-06-29 Chapitre 8.

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1 Passer à la première page CONFIGURATION ÉLECTRONIQUE DES ÉLÉMENTS LA CLASSIFICATION PÉRIODIQUE Guy Collin, Chapitre 8

2 h Préambule n Puisque les nombres quantiques et les règles qui les régissent (règle de HUND, principe dexclusion de PAULI) demeurent toujours valides, comment peut-on décrire schématiquement lensemble des éléments chimiques connus ? n Question fondamentale, elle a préoccupé les scientifiques très rapidement alors que la connaissance des éléments saffinait avec le temps. On devine que si les premières classifications reposaient sur les propriétés physico- chimiques observées, la mécanique quantique est venue apporter dautres modes de justification.

3 h Historique de la classification périodique Vers , DÖBEREINER groupa les éléments dont les propriétés étaient similaires par trois et par ordre de poids atomique : les triades. En 1830, DUMAS propose de regrouper les éléments par famille : celle du chlore, du brome, de liode, celle de loxygène, du soufre, du sélénium... NEWLANDS, par analogie avec la gamme musicale, propose un arrangement en octaves. Lidée de périodicité prend son aspect quantitatif (et perd son aspect poétique ou musical) avec LOTHAR MEYER en 1864.

4 h La classification moderne n Lidée moderne du tableau périodique apparaît définitivement en n À ce moment, on connaissait 63 éléments. n MENDÉLÉIEFF les organisa en posant sur une même ligne et par ordre croissant de poids atomique les éléments aux propriétés semblables.

5 h Le tableau de MENDÉLEIEFF

6 h La classification moderne n On remarque aussi que lantimoine et létain sont inversés, par rapport à leur position réelle et que le tellure et liode, bien placés, sont inversés par rapport à leur poids atomique. n Le tableau présente des anomalies. Tout dabord, il y a des cases inoccupées. MENDÉLÉIEFF propose quil doit exister des corps simples encore inconnus pour occuper ces espaces vides.

7 h Éka-silicium et germanium

8 h Lajout des gaz rares n Lorsquen 1895, RAMSAY découvre largon et lhélium, la classification de MENDÉLÉIEFF est brutalement remise en cause puisque aucune place nest réservée à ces deux gaz rares. n RAMSAY proposa alors dajouter une nouvelle colonne pour le groupe zéro et il fut amené à prévoir trois autres éléments quil allait bientôt isoler : le néon, le krypton et le xénon. n Des tableaux périodiques bidimensionnels ainsi que tridimensionnels ont aussi été proposés.

9 h Le tableau de ZMACZYNSKY 1937

10 h Le tableau de STOWE

11 h Le tableau de BENFREY

12 h Position relative des niveaux

13 h Principe dexclusion de PAULI n Chaque orbitale définie par n, et m ne peut recevoir que deux électrons dont les spins sont antiparallèles. n Le spin de chaque électron ne peut prendre que les deux positions possibles par rapport au moment cinétique total de lorbitale. n Un électron seulement possède une série de valeurs des nombres quantiques n,, m, s qui déterminent les orbitales possibles.

14 h Orbitales possibles pour un électron

15 h La Règle de HUND n Dans le cas où une sous-couche est incomplète, les électrons se disposent de manière à réaliser le maximum détats à spins parallèles :

16 h Remplissage des orbitales 2p x 2p y 2p z 1s 2s

17 h n Le symbole de létat fondamental de latome (niveau dénergie le plus bas) prend le nom de terme fondamental. n Les sous-couches sont complètes : les moments orbitaux individuels des électrons sarrangent pour donner un moment orbital total nul. n Létat fondamental est donc 1 S 0. n Cest le cas des gaz rares : les couches sont complètes. Larrangement des moments cinétiques

18 h n Les sous-couches sont incomplètes : les électrons se disposent de manière à réaliser le nombre maximum détats à spins parallèles (règle de HUND). n Cette règle est évidemment importante en ce qui concerne la valence des éléments. Larrangement des moments cinétiques

19 h Remplissage des orbitales Énergie 1 S 5 G 2 S 2 P 3 D 5 S = 0 = 1 = 2 = 3 = 4 4 S 3 S3 P 4 F ( ) 5 ( ) 7 Notation : 1s 2 1s 2 2s 2 1s 2 2s 2 2p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10...

20 h Un tableau périodique simple Lanthanides Actinides

21 h Potentiels dionisation n La valeur du potentiel dionisation renseigne sur lénergie de liaison de lélectron périphérique. n Le graphe des potentiels dionisation en fonction du numéro atomique montre la présence de maxima pour les gaz rares et de minima pour les alcalins. n Leffet décran créé par les électrons intérieurs explique la faible énergie dionisation des alcalins.

22 h Potentiel dionisation et valeurs de Z He Ne A Kr Xe LiNa KRbCs

23 h Lionisation du potassium 19 protons 19 électrons Atome : charge nulle 18 électrons Atome : 1 charge +

24 h Conclusion n Les premiers essais de classification sont apparus vers Vers 1860, MENDÉLÉIEFF allait proposer les bases modernes du tableau périodique qui porte son nom. n Non seulement était-ce un outil de synthèse remarquable, mais il allait servir de base à la recherche déléments alors inconnus. La mécanique quantique vient ensuite identifier complètement la structure de chacun des atomes et confirmer la démarche de la construction du tableau périodique.


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