uc4_3.1-Caractéristiques des groupes représentatifs
du tableau périodique
Les
groupes I-VIIIA sont considérés les groupes
représentatifs
du tableau périodique. Les éléments
dans le centre, groupe B, (séries
de 10 éléments à droite du Calcium et à gauche
du Gallium) sont les métaux de transition. Les deux
rangées de 14 éléments
placés au-dessous du tableau principal sont les terres
rares, lantanides et actinides.
Notre
étude se limitera ici aux groupes représentatifs,
et même
seulement à quatre d'entre
eux, car ils ont des propriétés plus contrastantes.
Cependant, il faut réaliser que
les groupes IV,V et VIA, ainsi que plusieurs
éléments de transition, sont très
abondants sur notre planète
(Fe, Ni, Al, C,O,N entre autres), et certains d'eux tout
à fait essentiels à la vie. Notre description
n'est donc pas
basée
sur l'importance
des
groupes ou leur éléments constituants,
mais sur leurs caractères communs bien définis
du point de vue physique et chimique.
IA. Les métaux alcalins (colonne 1).
À l'exception
de l'hydrogène, les éléments de la première colonne constituent
le groupe de métaux alcalins: lithium (Li), sodium (Na),
potassium (K), rubidium (Rb), césium (Cs) et francium (Fr).
Ce dernier est peu abondant et radioactif, il ne joue aucun
rôle en chimie.
Les
métaux alcalins ont un éclat argenté, sont mous, avec un
point de fusion assez bas.
Ils
sont TRÈS réactifs chimiquement, c'est pourquoi on ne les
trouve jamais à l'état élémentaire, sauf dans des flacons
d'huile pour les isoler de l'air. Ce sont de vrais métaux,
facilement ionisables, conducteurs, malléables.
Ils
sont immédiatement oxydés par l'oxygène et même l'eau, pour
donner
des oxydes
alcalins (aux propriétés basiques): Li2O, Na2O, K2O. Il
y
a une séquence de réactivité le long de la colonne: le
lithium s'oxyde lentement à l'air; le sodium et le potassium
se recouvrent
rapidement d'une couche d'oxyde; le rubidium et le césium
s'enflamment spontanément dans l'air ( un vrai cas de combustion
spontanée!). Quant au francium, sa réaction est explosive
avec l'air.
Avec
l'eau, les métaux alcalins réagissent comme d'autres métaux
réagissent avec les acides: du gaz dihydrogène
se dégage tandis que l'eau devient une solution alcaline
(hydroxyde du métal dissous dans l'eau).
Par
exemple: 2K(s) + 2H2O(l) ----> 2KOH (aq)
+
H2(g)
---->
2K+(aq) + 2OH-(aq) + H2(g)
Les
ions des métaux alcalins ont une charge de +1. Ils forment
des composés ioniques avec les halogènes (NaCl, KI) et d'autres
non métaux.
IIA. Les métaux alcalino-terreux (colonne 2)
Les métaux alcalino-terreux
doivent leur nom au fait qu'ils ont des propriétés similaires
aux alcalins (Ce sont aussi de vrais métaux) et forment facilement
des oxydes qu'on appelait anciennement des "terres". Les
alcalino-terreux sont le magnésium (Mg), le calcium (Ca)
le strontium (Sr) le baryum (Ba) et le radium (Ra, radioactif,
et comme le francium, autrement peu important en chimie).
Les oxydes de ces métaux
(CaO, chaux vive), BaO fondent difficilement, et
on les appelle réfractaires pour cette
raison.
Leur réactivité est déjà
un peu atténuée par rapport à celle des métaux du groupe
I. Comme eux, ils réagissent avec l'eau pour former des
hydroxydes basiques et de l'hydrogène. Le calcium montre
une réaction
particulièrement forte:
Ca(s) + 2H2O -----> Ca(OH)2 (aq) + H2(g)
Les ions de métaux alcalino-terreux
ont une charge de +2. Ils forment aussi des composés ioniques
avec les halogènes (CaCl2) et d'autres non métaux
(MgS).
VIIA. Les halogènes (colonne 7)
L
es halogènes sont le fluor (F), le chlore
(Cl), le brome (Br), l'iode (I) et l'astate (At), ce dernier
un élément rare qui n'intervient pas en chimie. Ce
sont des éléments moléculaires, ils existent naturellement à l'état
diatomique (I2) mais seulement les deux premiers sont gazeux
à température ambiante (F2 et Cl2). Le gaz fluor est incolore,
le gaz chlore est verdâtre, le brome est un liquide rouge foncé
et l'iode
est
un solide violet foncé qui tend à sublimer spontanément.
Ils sont tous réactifs, mais de façon inverse aux
métaux.
Volatiles et oxydants, leurs vapeurs
irritent
ou endommagent
facilement les tissus vivants (yeux, muqueuses) et décolorent
les textiles ou le bois.
Une réaction
typique des halogènes est avec le gaz hydrogène,
pour former des halogénures, qui se dissocient en
ions aux propriétés
acides lorsque mis en contact de l'eau:
Cl2(g) + H2(g) ------>
2HCl(g) chlorure d'hydrogène
HCl(g) + H2O(l)
------>
HCl (aq) = H+(aq) + Cl- (aq).
L'ion H+ donne le
caractère
acide. L'ion chlorure s'est formé par oxydation
de l'hydrogène:
chaque hydrogène a cédé son électron
à un chlore, qui est devenu l'anion chlorure,
Cl-.
Une autre réaction
typique des halogènes est avec les métaux
(tous les métaux),
pour donner des composés ioniques (halogénures
de métal)
à travers une réaction similaire à celle
qui a lieu avec le gaz hydrogène:
Br2(l) + 2Na ------->
2NaBr (s) bromure de sodium
Les halogènes ont
une couche externe de sept électrons. Ils ont donc une
forte tendance à capturer un huitième
électron et devenir des ions de charge -1.
VIIIA. Les gaz nobles (colonne 8)
Aussi appelés gaz rares (de
l'air) ou gaz inertes. Ces éléments sont le hélium (He),
le néon (Ne), l'argon (Ar),
le krypton (Kr), le xénon (Xe) et le radon (Rn). Le radon
est un gaz qui émane du sol comme produit de
désintégration radioactive d'un autre élément. Les autres
se retrouvent dans l'atmosphère en quantités variables, et
le
hélium est
le
deuxième élément en importance dans les étoiles, et dans
l'Univers.
Les gaz nobles ne forment
pas de molécules, ils restent à l'état d'atome, n'ont aucune
tendance à réagir puisqu'ils ont déjà leur couche externe
complète, ou saturée (avec 8 électrons, sauf le hélium qui
a complété son "duet").
Les gaz nobles étaient
tellement invisibles grâce à leur inertie chimique
qu'ils ne furent
découverts qu'en 1894, par Lord Rayleigh et Sir
W Ramsay, qui utilisèrent des méthodes spectroscopiques.
On les ajouta donc au tableau périodique à ce
moment-là. Le hélium avait
été identifié par son spectre dans
les corps célestes en
1868, mais pas sur laTerre.
Des scientifiques, dont le
Canadien Neil Bartlett à l'UBC, réussirent à faire des composés
avec le xénon, ce qui réveilla beaucoup d'interêt à l'époque
(1962), car c'était considéré une tâche pratiquement impossible.
Le composé en question était un solide cristallin jaune vif,
de formule XePtF6.
Pour en savoir
plus, ou éclaircir les concepts, voici un lien assez général
sur la classification et les propriétés
chimiques des éléments
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