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TP ch 5. La classification périodique de Mendeleïev. 1869 Construction de la classification périodique des éléments par Mendeleïev ( 1834 - 1907) Cette classification représente : une évolution dans la conception de la chimie au XIX ème siècle ;
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TP ch 5 La classification périodique de Mendeleïev
1869 • Construction de la classification périodique des éléments par Mendeleïev (1834 -1907) • Cette classification représente : • une évolution dans la conception de la chimie au XIXème siècle ; • un outil de travail de la chimie du XXième et du XXIième siècle.
Дми́трийИва́нович Менделе́ев Dimitri Ivanovitch Mendeleïev
En 1867, Mendeleïev est enseignant en chimie générale à l’université de Saint-Pétersbourg. La méthode traditionnelle d’enseignement de la chimie repose sur l’étude complète des différents éléments et des réactions possibles entre eux. Dans un but pédagogique, Mendeleïev cherche alors une nouvelle méthode d’enseignement de la chimie et se voit amener à trouver une nouvelle présentation des éléments. Cette présentation repose, bien entendu, sur les connaissances de l’époque.
L’«explosion démographique» des éléments au XIXème siècle 1800-1849 Aluminium Baryum Bore Brome Cadmium Calcium Cérium Erbium Iode Lanthane Iridium Lithium Magnésium Niobium Osmium Palladium Potassium Rubidium Sélénium Silicium Sodium Tantale Thorium Vanadium + 24 Avant 1700 Antimoine Argent Arsenic Carbone Cuivre Étain Fer Mercure Or Phosphore Plomb Soufre 12 1700 - 1799 Azote Béryllium Bismuth Chlore Chrome Cobalt Fluor Hydrogène Manganèse Molybdène Nickel Oxygène Platine Strontium Tellure Titane Tungstène Uranium Yttrium Zinc Zirconium + 21 1850-1899 Actinium Argon Césium Dysprosium Gadolinium Gallium Germanium Hélium Holmium Indium Krypton Néodyme Néon Polonium Praséodyme Radium Rhodium Ruthénium Samarium Scandium Thallium Thullium Xénon Ytterbium + 24
La présentation des éléments par date de découverte ou ordre alphabétique n’a pas de lien avec les observations des chimistes. D’où la nécessité d’inventer, d’innover, de créer ce qui n’a jamais été...
Voici tous les élémentsde la liste représentés par des cartes en attente d’être classées… K Te Sr Di Mn Ce Cs Yt Si Co Ru Au P Fe Nb Sn As Hg H Al Na S Rh Zr Pt La Ba Se V Ca Cd Fa Pd Pb Rb Ur W O Th Sb Br I Mo Bi B C Ti Ni Cl Be Er In Tl Ag Mg Ir Zn Cr Li F Cu Os N
Quelles sont les connaissances de l’époque ? Les chimistes de l’époque ne pouvaient pas mesurer la masse d’un « élément », mais pouvaient, par observation attentive des masses au cours des réactions chimiques, évaluer les rapports de masses entre les éléments. L’élément de référence choisi fut l’hydrogène H, auquel on attribua une masse fictive de 1 g. La masse fictive de tous les autres éléments put alors être déterminée à partir de cette référence. Exemples : H 1 C 12 N 14 O 16 Na 23 Cl 35,5
Face à tous ces éléments, Mendeleïev choisit, tout d’abord, de les classer par masse croissante. K 39 Te 128 Sr 87 Di 138 Mn 55 Ce 140 Cs 133 Yt 88 Si 28 Co 59 Ru 104 Au 199 P 31 Fe 56 Nb 94 Sn 118 As 75 Hg 200 H 1 Al 27,3 Na 23 S 32 Rh 104 Zr 90 Pt 198 La 180 Ba 137 Se 78 V 51 Ca 40 Cd 112 Fa 182 Pd 106 Pb 207 Rb 85 Ur 240 W 184 O 16 Th 231 Sb 122 Br 80 I 127 Mo 96 Bi 208 B 11 C 12 Ti 48 Ni 59 Cl 35,5 Be 9,4 Er 178 In 113 Tl 204 Ag 108 Mg 24 Ir 197 Zn 65 Cr 52 Li 7 F 19 Cu 63 Os 195 N 14
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 K 39 Te 128 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Sr 87 Di 138 Mn 55 Ce 140 Cs 133 Yt 88 Si 28 Co 59 Ru 104 Bi 208 Th 231 Ur 240 Au 199 P 31 Fe 56 Nb 94 Sn 118 As 75 Hg 200 Al 27,3 Na 23 S 32 Rh 104 Zr 90 Pt 198 La 180 Ba 137 Se 78 V 51 Ca 40 Cd 112 Fa 182 Pd 106 Pb 207 Rb 85 Ur 240 W 184 O 16 Th 231 Sb 122 Br 80 I 127 Mo 96 Bi 208 B 11 C 12 Ti 48 Ni 59 Cl 35,5 Be 9,4 Er 178 In 113 Tl 204 Ag 108 Mg 24 Ir 197 Zn 65 Cr 52 Li 7 F 19 Cu 63 Os 195 N 14
Malheureusement, cette classification ne tenait pas compte de ce que les chimistes constataient également depuis très longtemps : des similitudes dans la réactivité chimique de certains éléments, classés en familles et placés à intervalles réguliers les uns des autres.
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240 Observons ce qui se produit quand nous matérialisons ces différentes familles par des couleurs différentes…
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240 Les éléments en bleu forment une première famille. Ils présentent une grande réactivité chimique et forment des oxydes comparables. L’hydrogène partage une partie de ces caractéristiques tout en restant à part. H, cas particulier donc, n’appartient donc pas à la même famille que les autres éléments bleus.
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240 Les éléments en mauveforment une deuxième famille. Ils présentent une réactivité chimique semblable qui les associe.
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240 Les éléments en rouge sont associés par leur similitude de réactivité chimique.
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240 Les éléments en jaune représentent une nouvelle association par similitude chimique.
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240 Viennent ensuite les éléments en vert clair, toujours associés par des réactivités proches.
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240 Puis, les éléments suivants sont associés dans un autre vert.
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240 Pour terminer, enfin, avec un regroupement d’éléments en bleu.
Premier aménagement de la classification périodique Les éléments présentant des similarités de réactivité chimique reviennent avec une certaine régularité dans la liste des éléments classés par ordre de masse croissante. La première idée est de réorganiser cette liste (tout en gardant l’ordre de masse croissante) en commençant toujours une ligne par un élément réagissant comme l’hydrogène.
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
H 1 Li 7 Be 9,4 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 27,3 Si 28 P 31 S 32 Cl 35,5 K 39 Ca 40 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Fe 56 Co 59 Ni 59 Cu 63 Zn 65 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 Yt 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 Ru 104 Rh 104 Pd 106 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 I 127 Te 128 Cs 133 Ba 137 Di 138 Ce 140 Er 178 La 180 Fa 182 W 184 Os 195 Ir 197 Pt 198 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 Ur 240
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