Le tableau périodique range les éléments par numéro atomique croissant, en lignes (périodes) et en colonnes (familles) qui ont la même couche externe, donc des propriétés voisines. À l'Exetat, il faut placer un élément à partir de Z ou de sa configuration, nommer sa famille, et comparer électronégativité, stabilité ou réactivité.
L'essentiel
- La période (la ligne) est le numéro de la couche externe, c'est-à-dire le plus grand n de la configuration. Exemple : Z = 16, 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴, couche externe n = 3 : 3ᵉ période.
- Pour les éléments des groupes A (sous-couches s et p), le numéro de groupe en chiffres romains est le nombre d'électrons de la couche externe : 3s² 3p⁴ donne 6 électrons, groupe VIA (groupe 16 dans la numérotation de 1 à 18).
- Familles à connaître et couche externe : alcalins ns¹ (IA : Li, Na, K, Rb, Cs) ; alcalino-terreux ns² (IIA : Be, Mg, Ca, Sr, Ba) ; terreux ou famille du bore ns² np¹ (IIIA) ; famille du carbone ns² np² (IVA) ; famille de l'azote ns² np³ (VA) ; chalcogènes ou sulfurides ns² np⁴ (VIA) ; halogènes ns² np⁵ (VIIA : F, Cl, Br, I) ; gaz rares ou nobles ns² np⁶ (VIIIA : He, Ne, Ar, Kr, Xe).
- Dans une même famille, Z augmente d'une période à la suivante de 8, 18 ou 32 (le nombre d'éléments d'une période), mais pas au même moment pour toutes les familles. Le plus sûr est de partir des gaz rares (2, 10, 18, 36, 54, 86) : un élément des groupes IIIA à VIIIA a le Z du gaz rare de sa période moins (8 − numéro du groupe) ; un élément des groupes IA ou IIA a le Z du gaz rare de la période précédente plus 1 ou 2. Alcalins : 3, 11, 19, 37, 55. Halogènes : 9, 17, 35, 53.
- Les gaz rares ont une couche externe complète (2 électrons pour l'hélium, 8 pour les autres) : ils sont très stables et ne forment pratiquement pas de composés.
- L'électronégativité (tendance d'un atome à attirer les électrons d'une liaison) augmente de gauche à droite dans une période et diminue de haut en bas dans une famille. Le fluor est le plus électronégatif ; les alcalins du bas du tableau sont les moins électronégatifs.
- Les métaux sont à gauche et au centre, les non-métaux à droite. La réactivité des alcalins augmente en descendant (le potassium réagit plus vivement avec l'eau que le sodium) ; celle des halogènes diminue en descendant (le fluor est le plus réactif).
La méthode
- 1Écris la configuration électronique à partir de Z (ordre 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s…).
- 2La période est le plus grand n qui apparaît.
- 3Compte les électrons de la couche externe (sous-couches ns et np de ce n, sans les électrons d des couches internes) : ce nombre donne le groupe A et la famille.
- 4Pour comparer des électronégativités : l'élément le plus à droite et le plus haut l'emporte (gaz rares mis à part).
- 5Pour trouver le Z d'un élément d'une famille, pars des gaz rares (2, 10, 18, 36, 54, 86). Groupes IA et IIA : ajoute 1 ou 2 au gaz rare de la période précédente (4ᵉ alcalin, en 5ᵉ période : 36 + 1 = 37). Groupes IIIA à VIIIA : retire (8 − groupe) au gaz rare de la même période (3ᵉ halogène, en 4ᵉ période : 36 − 1 = 35).
Un exemple résolu
Où se place l'élément de numéro atomique Z = 35 dans le tableau périodique ? À quelle famille appartient-il ?
- 1.Configuration : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵ (2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 5 = 35).
- 2.Le plus grand n est 4 : l'élément est dans la 4ᵉ période.
- 3.Couche externe n = 4 : 4s² 4p⁵, soit 2 + 5 = 7 électrons (les 10 électrons 3d appartiennent à la couche 3, ils ne comptent pas).
- 4.7 électrons externes, configuration ns² np⁵ : groupe VIIA (17), famille des halogènes.
- 5.Contrôle avec les gaz rares : celui de la 4ᵉ période est le krypton (Z = 36), et un élément du groupe VIIA a 36 − 1 = 35. C'est le troisième halogène (9, 17, 35), le brome.
Réponse : 4ᵉ période, groupe VIIA (17), famille des halogènes (c'est le brome).
Les pièges à éviter
- Compter les électrons 3d dans la couche externe d'un élément de la 4ᵉ période des groupes A : pour Z = 35, il y a 7 électrons externes, pas 17.
- Se tromper de période à cause des électrons d : la période est le plus grand n, même si la sous-couche 3d se remplit après 4s. Z = 35 est en 4ᵉ période, pas en 3ᵉ.
- Ajouter toujours 8 pour descendre dans une famille : l'écart vaut 8, 18 ou 32 selon les périodes. Alcalins : Na 11 → K 19 (+ 8), mais K 19 → Rb 37 (+ 18). Halogènes : F 9 → Cl 17 (+ 8), mais déjà Cl 17 → Br 35 (+ 18), et non 25.
- Croire que l'électronégativité augmente en descendant : c'est l'inverse. Entre 1s² 2s² 2p⁵ (fluor) et 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ (chlore), c'est le fluor le plus électronégatif.
- Confondre alcalins (ns¹, groupe IA) et alcalino-terreux (ns², groupe IIA) : Z = 38 (5s²) est un alcalino-terreux, le strontium.
À retenir
Période = plus grand n ; groupe A = nombre d'électrons de la couche externe ; l'électronégativité croît vers la droite et vers le haut, le fluor en tête.