21 éléments du tableau périodique. Caractéristiques générales des éléments chimiques

De nombreuses choses et objets différents, des corps vivants et inanimés de la nature nous entourent. Et ils ont tous leur propre composition, structure, propriétés. Chez les êtres vivants, des réactions biochimiques complexes se produisent qui accompagnent les processus vitaux. Les corps non vivants remplissent diverses fonctions dans la nature et dans la vie de la biomasse et ont une composition moléculaire et atomique complexe.

Mais tous ensemble, les objets de la planète ont une caractéristique commune : ils sont constitués de nombreuses petites particules structurelles appelées atomes d'éléments chimiques. Si petits qu’ils ne sont pas visibles à l’œil nu. Que sont les éléments chimiques ? Quelles sont leurs caractéristiques et comment avez-vous connu leur existence ? Essayons de le comprendre.

Concept d'éléments chimiques

Dans la compréhension généralement acceptée, les éléments chimiques ne sont qu'une représentation graphique des atomes. Les particules qui composent tout ce qui existe dans l'Univers. Autrement dit, la réponse suivante peut être donnée à la question « que sont les éléments chimiques ». Ce sont de petites structures complexes, des collections de tous les isotopes d'atomes, unis par un nom commun, ayant leur propre désignation graphique (symbole).

À ce jour, 118 éléments ont été découverts à la fois naturellement et synthétiquement, grâce à des réactions nucléaires et à partir des noyaux d’autres atomes. Chacun d'eux possède un ensemble de caractéristiques, sa localisation dans le système global, son histoire de découverte et son nom, et joue également un rôle spécifique dans la nature et la vie des êtres vivants. La science chimique étudie ces caractéristiques. Les éléments chimiques sont à la base de la construction de molécules, de composés simples et complexes, et donc d'interactions chimiques.

Histoire de la découverte

La compréhension même de ce que sont les éléments chimiques n'est arrivée qu'au XVIIe siècle grâce aux travaux de Boyle. C'est lui qui a parlé le premier de ce concept et lui a donné la définition suivante. Ce sont de petites substances simples indivisibles à partir desquelles tout ce qui les entoure est composé, y compris toutes les substances complexes.

Avant ce travail, les vues dominantes des alchimistes étaient celles qui reconnaissaient la théorie des quatre éléments - Empidocle et Aristote, ainsi que celles qui découvraient les « principes combustibles » (soufre) et les « principes métalliques » (mercure).

Presque tout le XVIIIe siècle, la théorie complètement erronée du phlogistique était répandue. Pourtant, déjà à la fin de cette période, Antoine Laurent Lavoisier prouve qu'elle est intenable. Il reprend la formulation de Boyle, mais la complète en même temps par la première tentative de systématiser tous les éléments connus à cette époque, en les divisant en quatre groupes : les métaux, les radicaux, les terres, les non-métaux.

La prochaine grande étape dans la compréhension de ce que sont les éléments chimiques vient de Dalton. On lui attribue la découverte de la masse atomique. Sur cette base, il distribue certains des éléments chimiques connus par ordre croissant de masse atomique.

Le développement constant et intensif de la science et de la technologie nous permet de faire un certain nombre de découvertes de nouveaux éléments entrant dans la composition des corps naturels. Par conséquent, en 1869 - époque de la grande création de D.I. Mendeleev - la science a pris conscience de l'existence de 63 éléments. Le travail du scientifique russe est devenu la première classification complète et établie à jamais de ces particules.

La structure des éléments chimiques n’était pas établie à cette époque. On croyait que l’atome était indivisible, qu’il constituait la plus petite unité. Avec la découverte du phénomène de radioactivité, il a été prouvé qu’elle est divisée en parties structurelles. Presque tout le monde existe sous la forme de plusieurs isotopes naturels (particules similaires, mais avec un nombre différent de structures neutroniques, ce qui modifie la masse atomique). Ainsi, au milieu du siècle dernier, il était possible de mettre de l'ordre dans la définition du concept d'élément chimique.

Le système d'éléments chimiques de Mendeleïev

Le scientifique s’est basé sur la différence de masse atomique et a réussi à classer ingénieusement tous les éléments chimiques connus par ordre croissant. Cependant, toute la profondeur et le génie de sa pensée scientifique et de sa prévoyance résidaient dans le fait que Mendeleïev a laissé des espaces vides dans son système, des cellules ouvertes pour des éléments encore inconnus qui, selon le scientifique, seront découverts dans le futur.

Et tout s’est passé exactement comme il l’avait dit. Les éléments chimiques de Mendeleev ont rempli toutes les cellules vides au fil du temps. Chaque structure prédite par le scientifique a été découverte. Et maintenant, nous pouvons affirmer avec certitude que le système d’éléments chimiques est représenté par 118 unités. Certes, les trois dernières découvertes n'ont pas encore été officiellement confirmées.

Le système d'éléments chimiques lui-même est affiché graphiquement dans un tableau dans lequel les éléments sont classés selon la hiérarchie de leurs propriétés, charges nucléaires et caractéristiques structurelles des coques électroniques de leurs atomes. Il y a donc des périodes (7 pièces) - des rangées horizontales, des groupes (8 pièces) - des sous-groupes verticaux (principaux et secondaires au sein de chaque groupe). Le plus souvent, deux rangées de familles sont placées séparément dans les couches inférieures du tableau : les lanthanides et les actinides.

La masse atomique d’un élément est constituée de protons et de neutrons dont la combinaison est appelée « nombre de masse ». Le nombre de protons est déterminé très simplement : il est égal au numéro atomique de l'élément du système. Et comme l’atome dans son ensemble est un système électriquement neutre, c’est-à-dire n’ayant aucune charge, le nombre d’électrons négatifs est toujours égal au nombre de particules de protons positives.

Ainsi, les caractéristiques d’un élément chimique peuvent être données par sa position dans le tableau périodique. Après tout, presque tout est décrit dans la cellule : le numéro de série, qui désigne les électrons et les protons, la masse atomique (la valeur moyenne de tous les isotopes existants d'un élément donné). Vous pouvez voir à quelle période se situe la structure (cela signifie que les électrons seront situés sur autant de couches). Il est également possible de prédire le nombre de particules négatives au dernier niveau d'énergie pour les éléments des sous-groupes principaux - il est égal au numéro du groupe dans lequel se trouve l'élément.

Le nombre de neutrons peut être calculé en soustrayant les protons du nombre de masse, c'est-à-dire du numéro atomique. Ainsi, il est possible d'obtenir et de compiler une formule électronique électronique complète pour chaque élément chimique, qui reflétera avec précision sa structure et montrera les propriétés possibles et manifestées.

Répartition des éléments dans la nature

Une science entière étudie cette question : la cosmochimie. Les données montrent que la répartition des éléments sur notre planète suit les mêmes schémas que dans l’Univers. La principale source de noyaux d'atomes légers, lourds et moyens sont les réactions nucléaires qui se produisent à l'intérieur des étoiles - la nucléosynthèse. Grâce à ces processus, l’Univers et l’espace ont fourni à notre planète tous les éléments chimiques disponibles.

Au total, sur les 118 représentants connus dans les sources naturelles, 89 ont été découverts par l'homme : ce sont les atomes fondamentaux et les plus courants. Des éléments chimiques étaient également synthétisés artificiellement en bombardant des noyaux avec des neutrons (nucléosynthèse en laboratoire).

Les plus nombreuses sont les substances simples d'éléments tels que l'azote, l'oxygène et l'hydrogène. Le carbone fait partie de toutes les substances organiques, ce qui signifie qu'il occupe également une position de leader.

Classification selon la structure électronique des atomes

L’une des classifications les plus courantes de tous les éléments chimiques d’un système est leur répartition basée sur leur structure électronique. En fonction du nombre de niveaux d'énergie inclus dans la coquille d'un atome et de ceux qui contiennent les derniers électrons de valence, quatre groupes d'éléments peuvent être distingués.

Éléments S

Ce sont ceux dans lesquels l’orbitale s est la dernière à être remplie. Cette famille comprend des éléments du premier groupe du sous-groupe principal (ou un seul électron au niveau externe détermine les propriétés similaires de ces représentants en tant qu'agents réducteurs puissants.

Éléments P

Seulement 30 pièces. Les électrons de Valence sont situés au sous-niveau p. Ce sont les éléments qui forment les principaux sous-groupes du troisième au huitième groupe, appartenant aux périodes 3,4,5,6. Parmi eux, les propriétés incluent à la fois les métaux et les éléments non métalliques typiques.

éléments d et éléments f

Ce sont des métaux de transition de la 4ème à la 7ème grande période. Il y a 32 éléments au total. Les substances simples peuvent présenter des propriétés à la fois acides et basiques (oxydantes et réductrices). Également amphotère, c'est-à-dire double.

La famille f comprend les lanthanides et les actinides, dans lesquels les derniers électrons sont situés dans les orbitales f.

Substances formées d'éléments : simples

Aussi, toutes les classes d’éléments chimiques peuvent exister sous forme de composés simples ou complexes. Ainsi, les simples sont considérés comme ceux qui sont formés à partir de la même structure en quantités différentes. Par exemple, O 2 est l'oxygène ou le dioxygène et O 3 est l'ozone. Ce phénomène est appelé allotropie.

Les éléments chimiques simples qui forment des composés du même nom sont caractéristiques de chaque représentant du tableau périodique. Mais tous n’ont pas les mêmes propriétés. Il existe donc des substances simples, des métaux et des non-métaux. Les premiers forment les sous-groupes principaux avec 1 à 3 groupes et tous les sous-groupes secondaires du tableau. Les non-métaux forment les principaux sous-groupes des groupes 4 à 7. Le huitième élément principal comprend des éléments spéciaux - les gaz nobles ou inertes.

Parmi tous les éléments simples découverts à ce jour, 11 gaz, 2 substances liquides (brome et mercure) et tous les autres sont des solides connus dans des conditions ordinaires.

Connexions complexes

Ceux-ci incluent tout ce qui est constitué de deux éléments chimiques ou plus. Les exemples ne manquent pas, car plus de 2 millions de composés chimiques sont connus ! Ce sont des sels, des oxydes, des bases et des acides, des composés complexes, toutes des substances organiques.

Il existe de nombreuses séquences répétitives dans la nature :

• Saisons;
• Heures du jour;
• jours de la semaine…

Au milieu du XIXe siècle, D.I. Mendeleev a remarqué que les propriétés chimiques des éléments ont également une certaine séquence (on dit que cette idée lui est venue dans un rêve). Le résultat des merveilleux rêves du scientifique fut le tableau périodique des éléments chimiques, dans lequel D.I. Mendeleïev a classé les éléments chimiques par ordre croissant de masse atomique. Dans le tableau moderne, les éléments chimiques sont classés par ordre croissant du numéro atomique de l'élément (le nombre de protons dans le noyau d'un atome).

Le numéro atomique est indiqué au-dessus du symbole d'un élément chimique, en dessous du symbole se trouve sa masse atomique (la somme des protons et des neutrons). Attention, la masse atomique de certains éléments n’est pas un nombre entier ! N'oubliez pas les isotopes ! La masse atomique est la moyenne pondérée de tous les isotopes d'un élément présents dans la nature dans des conditions naturelles.

Sous le tableau se trouvent les lanthanides et les actinides.

Métaux, non-métaux, métalloïdes

Situé dans le tableau périodique à gauche d'une ligne diagonale en escalier qui commence par le bore (B) et se termine par le polonium (Po) (les exceptions sont le germanium (Ge) et l'antimoine (Sb). Il est facile de voir que les métaux occupent la majeure partie du Tableau Périodique Propriétés de base des métaux : durs (sauf le mercure) ; brillants ; bons conducteurs électriques et thermiques ; plastiques ; malléables ; cèdent facilement des électrons.

Les éléments situés à droite de la diagonale étagée B-Po sont appelés non-métaux. Les propriétés des non-métaux sont exactement à l’opposé de celles des métaux : mauvais conducteurs de chaleur et d’électricité ; fragile; non malléable; non plastique; acceptent généralement les électrons.

Métalloïdes

Entre les métaux et les non-métaux, il y a semi-métaux(métalloïdes). Ils se caractérisent par les propriétés des métaux et des non-métaux. Les semi-métaux ont trouvé leur principale application dans l'industrie dans la production de semi-conducteurs, sans lesquels aucun microcircuit ou microprocesseur moderne n'est concevable.

Périodes et groupes

Comme mentionné ci-dessus, le tableau périodique se compose de sept périodes. À chaque période, les numéros atomiques des éléments augmentent de gauche à droite.

Les propriétés des éléments changent séquentiellement selon les périodes : ainsi le sodium (Na) et le magnésium (Mg), situés au début de la troisième période, cèdent des électrons (Na cède un électron : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ; Mg donne jusqu'à deux électrons : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2). Mais le chlore (Cl), situé en fin de période, prend un élément : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5.

Dans les groupes, au contraire, tous les éléments ont les mêmes propriétés. Par exemple, dans le groupe IA(1), tous les éléments du lithium (Li) au francium (Fr) donnent un électron. Et tous les éléments du groupe VIIA(17) prennent un élément.

Certains groupes sont si importants qu’ils ont reçu des noms spéciaux. Ces groupes sont discutés ci-dessous.

Groupe IA(1). Les atomes des éléments de ce groupe n’ont qu’un seul électron dans leur couche électronique externe, ils cèdent donc facilement un électron.

Les métaux alcalins les plus importants sont le sodium (Na) et le potassium (K), car ils jouent un rôle important dans la vie humaine et font partie des sels.

Configurations électroniques :

• Li- 1s 2 2s 1 ;
• N / A- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ;
• K- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

Groupe IIA(2). Les atomes des éléments de ce groupe ont deux électrons dans leur couche électronique externe, qu'ils cèdent également lors de réactions chimiques. L'élément le plus important est le calcium (Ca), qui constitue la base des os et des dents.

Configurations électroniques :

• Être- 1s 2 2s 2 ;
• Mg- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 ;
• Californie- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

Groupe VIIA(17). Les atomes des éléments de ce groupe reçoivent généralement un électron chacun, car Il y a cinq éléments sur la couche électronique externe et il manque juste un électron dans « l’ensemble complet ».

Les éléments les plus connus de ce groupe : le chlore (Cl) - fait partie du sel et de l'eau de Javel ; L'iode (I) est un élément qui joue un rôle important dans l'activité de la glande thyroïde humaine.

Configuration électronique:

• F- 1s 2 2s 2 2p 5 ;
• Cl- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ;
• Br- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5

Groupe VIII(18). Les atomes des éléments de ce groupe ont une couche électronique externe entièrement « complète ». Par conséquent, ils « n’ont pas » besoin d’accepter des électrons. Et ils « ne veulent pas » les donner. Par conséquent, les éléments de ce groupe sont très « réticents » à entrer dans des réactions chimiques. On a longtemps cru qu’ils ne réagissaient pas du tout (d’où le nom d’« inertes », c’est-à-dire « inactifs »). Mais le chimiste Neil Bartlett a découvert que certains de ces gaz peuvent encore réagir avec d'autres éléments dans certaines conditions.

Configurations électroniques :

• Né- 1s 2 2s 2 2p 6 ;
• Ar- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ;
• Kr- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3j 10 4p 6

Éléments de Valence en groupes

Il est facile de remarquer qu'au sein de chaque groupe, les éléments sont similaires les uns aux autres dans leurs électrons de valence (électrons des orbitales s et p situés sur le niveau d'énergie externe).

Les métaux alcalins ont 1 électron de valence :

• Li- 1s 2 2s 1 ;
• N / A- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ;
• K- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

Les métaux alcalino-terreux ont 2 électrons de valence :

• Être- 1s 2 2s 2 ;
• Mg- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 ;
• Californie- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

Les halogènes ont 7 électrons de valence :

• F- 1s 2 2s 2 2p 5 ;
• Cl- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ;
• Br- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5

Les gaz inertes ont 8 électrons de valence :

• Né- 1s 2 2s 2 2p 6 ;
• Ar- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ;
• Kr- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6

Pour plus d’informations, consultez l’article Valence et le Tableau des configurations électroniques des atomes d’éléments chimiques par période.

Tournons maintenant notre attention vers les éléments situés en groupes avec des symboles DANS. Ils sont situés au centre du tableau périodique et sont appelés métaux de transition.

Une particularité de ces éléments est la présence dans les atomes d'électrons qui remplissent orbitales d:

1. Sc- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 ;
2. Ti- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2

Séparément de la table principale se trouvent lanthanides Et actinides- ce sont les soi-disant métaux de transition internes. Dans les atomes de ces éléments, les électrons remplissent orbitales f:

1. Ce- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 4f 1 5d 1 6s 2 ;
2. Ème- 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 4f 14 5d 10 6s 2 6p 6 6d 2 7s 2

TABLEAU PÉRIODIQUE DE MENDELEEV

La construction du tableau périodique des éléments chimiques de Mendeleev correspond aux périodes caractéristiques de la théorie des nombres et des bases orthogonales. L'ajout de matrices Hadamard avec des matrices d'ordres pairs et impairs crée une base structurelle d'éléments matriciels imbriqués : matrices du premier (Odin), du deuxième (Euler), du troisième (Mersenne), du quatrième (Hadamard) et du cinquième (Fermat) ordres.

Il est facile de voir qu'il y a 4 commandes k Les matrices Hadamard correspondent à des éléments inertes de masse atomique multiple de quatre : hélium 4, néon 20, argon 40 (39,948), etc., mais aussi aux bases de la vie et du numérique : carbone 12, oxygène 16, silicium 28. , germanium 72.

Il semble qu'avec les matrices de Mersenne d'ordres 4 k–1, au contraire, tout ce qui est actif, toxique, destructeur et corrosif est lié. Mais ce sont aussi des éléments radioactifs - des sources d'énergie, et du plomb 207 (le produit final, des sels toxiques). Le fluor, bien sûr, est au nombre de 19. Les ordres des matrices de Mersenne correspondent à la séquence d'éléments radioactifs appelée série des actiniums : uranium 235, plutonium 239 (un isotope qui est une source d'énergie atomique plus puissante que l'uranium), etc. Ce sont également les métaux alcalins lithium 7, sodium 23 et potassium 39.

Gallium – poids atomique 68

Commandes 4 k–2 matrices d'Euler (double Mersenne) correspondent à l'azote 14 (base de l'atmosphère). Le sel de table est formé de deux atomes « de type mersenne » de sodium 23 et de chlore 35 ; ensemble, cette combinaison est caractéristique des matrices d'Euler. Le chlore plus massif avec un poids de 35,4 est juste en dessous de la dimension Hadamard de 36. Cristaux de sel de table : un cube (! c'est-à-dire un personnage docile, Hadamards) et un octaèdre (plus provocant, c'est sans aucun doute Euler).

En physique atomique, la transition fer 56 - nickel 59 est la frontière entre les éléments qui fournissent de l'énergie lors de la synthèse d'un noyau plus gros (bombe à hydrogène) et de la désintégration (bombe à l'uranium). L'ordre 58 est célèbre pour le fait que non seulement il n'a pas d'analogues aux matrices d'Hadamard sous la forme de matrices de Belevich avec des zéros sur la diagonale, mais il n'a pas non plus beaucoup de matrices pondérées - l'orthogonale la plus proche W(58,53) a 5 des zéros dans chaque colonne et ligne (écart profond).

Dans les séries correspondant aux matrices de Fermat et leurs substitutions d'ordre 4 k+1, par la volonté du destin, cela coûte Fermium 257. Vous ne pouvez rien dire, un coup précis. Ici, il y a de l'or 197. Le cuivre 64 (63,547) et l'argent 108 (107,868), symboles de l'électronique, n'atteignent pas, comme on le voit, l'or et correspondent à des matrices Hadamard plus modestes. Le cuivre, avec son poids atomique proche de 63, est chimiquement actif : ses oxydes verts sont bien connus.

Cristaux de bore sous fort grossissement

AVEC nombre d'or le bore est lié - la masse atomique parmi tous les autres éléments est la plus proche de 10 (plus précisément de 10,8, la proximité du poids atomique avec les nombres impairs a également un effet). Le bore est un élément assez complexe. Le bore joue un rôle complexe dans l’histoire de la vie elle-même. La structure de la charpente dans ses structures est beaucoup plus complexe que celle du diamant. Le type unique de liaison chimique qui permet au bore d’absorber n’importe quelle impureté est très mal compris, même si un grand nombre de scientifiques ont déjà reçu le prix Nobel pour leurs recherches dans ce domaine. La forme du cristal de bore est un icosaèdre, avec cinq triangles formant le sommet.

Le mystère du Platine. Le cinquième élément est sans aucun doute les métaux nobles comme l’or. Superstructure sur Hadamard dimension 4 k, 1 grand.

Isotope stable de l'uranium 238

Rappelons cependant que les nombres de Fermat sont rares (le plus proche est 257). Les cristaux d'or natif ont une forme proche d'un cube, mais le pentagramme scintille également. Son plus proche voisin, le platine, un métal noble, est à moins de 4 poids atomiques de l'or 197. Le platine a un poids atomique non pas de 193, mais légèrement supérieur, de 194 (l'ordre des matrices d'Euler). C'est une petite chose, mais cela la fait entrer dans le camp d'éléments un peu plus agressifs. Il convient de rappeler à cet égard qu'en raison de son inertie (il se dissout peut-être dans l'eau régale), le platine est utilisé comme catalyseur actif pour les processus chimiques.

Le platine spongieux enflamme l'hydrogène à température ambiante. Le caractère du platine n’est pas du tout paisible ; l’iridium 192 (un mélange d’isotopes 191 et 193) se comporte plus paisiblement. Cela ressemble plus au cuivre, mais avec le poids et le caractère de l'or.

Entre le néon 20 et le sodium 23, il n’y a aucun élément de poids atomique 22. Bien entendu, les poids atomiques font partie intégrante. Mais parmi les isotopes, à leur tour, il existe également une corrélation intéressante de propriétés avec les propriétés des nombres et les matrices correspondantes de bases orthogonales. Le combustible nucléaire le plus largement utilisé est l’isotope de l’uranium 235 (ordre matriciel de Mersenne), dans lequel une réaction nucléaire en chaîne auto-entretenue est possible. Dans la nature, cet élément se présente sous la forme stable de l'uranium 238 (ordre matriciel eulérien). Il n’existe aucun élément de poids atomique 13. Quant au chaos, le nombre limité d'éléments stables du tableau périodique et la difficulté de trouver des matrices de niveau d'ordre élevé en raison de la barrière observée dans les matrices d'ordre 13 sont corrélées.

Isotopes d'éléments chimiques, îlot de stabilité

Un élément chimique est un terme collectif qui décrit un ensemble d'atomes d'une substance simple, c'est-à-dire qui ne peut être divisé en composants plus simples (selon la structure de leurs molécules). Imaginez qu'on vous donne un morceau de fer pur et qu'on vous demande de le séparer en ses constituants hypothétiques en utilisant n'importe quel appareil ou méthode jamais inventé par les chimistes. Cependant, vous ne pouvez rien faire, le fer ne sera jamais divisé en quelque chose de plus simple. Une substance simple – le fer – correspond à l’élément chimique Fe.

Définition théorique

Le fait expérimental noté ci-dessus peut être expliqué à l’aide de la définition suivante : un élément chimique est un ensemble abstrait d’atomes (et non de molécules !) de la substance simple correspondante, c’est-à-dire des atomes du même type. S’il existait un moyen d’observer chacun des atomes individuels du morceau de fer pur mentionné ci-dessus, alors ils seraient tous des atomes de fer. En revanche, un composé chimique tel que l’oxyde de fer contient toujours au moins deux types d’atomes différents : des atomes de fer et des atomes d’oxygène.

Termes à connaître

Masse atomique: La masse de protons, de neutrons et d'électrons qui composent un atome d'un élément chimique.

Numéro atomique: Le nombre de protons dans le noyau de l'atome d'un élément.

Symbole chimique: une lettre ou une paire de lettres latines représentant la désignation d'un élément donné.

Composé chimique: une substance composée de deux ou plusieurs éléments chimiques combinés les uns avec les autres dans une certaine proportion.

Métal: Un élément qui perd des électrons lors de réactions chimiques avec d'autres éléments.

Métalloïde: Un élément qui réagit tantôt comme un métal, tantôt comme un non-métal.

Non métallique: Un élément qui cherche à gagner des électrons lors de réactions chimiques avec d'autres éléments.

Tableau périodique des éléments chimiques: Un système de classification des éléments chimiques selon leur numéro atomique.

Élément synthétique: Celui qui est produit artificiellement en laboratoire et que l’on ne trouve généralement pas dans la nature.

Éléments naturels et synthétiques

Quatre-vingt-douze éléments chimiques sont présents naturellement sur Terre. Le reste a été obtenu artificiellement en laboratoire. Un élément chimique synthétique est généralement le produit de réactions nucléaires dans des accélérateurs de particules (dispositifs utilisés pour augmenter la vitesse des particules subatomiques telles que les électrons et les protons) ou dans des réacteurs nucléaires (dispositifs utilisés pour contrôler l'énergie libérée par les réactions nucléaires). Le premier élément synthétique portant le numéro atomique 43 était le technétium, découvert en 1937 par les physiciens italiens C. Perrier et E. Segre. Hormis le technétium et le prométhium, tous les éléments synthétiques possèdent des noyaux plus gros que l’uranium. Le dernier élément chimique synthétique à recevoir son nom est le Livermorium (116), et avant cela il s'agissait du Flerovium (114).

Deux douzaines d'éléments communs et importants

* Si la valeur n'est pas spécifiée, alors l'élément est inférieur à 0,1 pour cent.

Le Big Bang, à l’origine de la formation de la matière

Quel élément chimique a été le tout premier présent dans l’Univers ? Les scientifiques pensent que la réponse à cette question réside dans les étoiles et les processus par lesquels les étoiles se forment. On pense que l’univers est apparu il y a entre 12 et 15 milliards d’années. Jusqu’à présent, on ne pense à rien d’existant sauf à l’énergie. Mais quelque chose s’est produit qui a transformé cette énergie en une énorme explosion (ce qu’on appelle le Big Bang). Dans les secondes qui ont suivi le Big Bang, la matière a commencé à se former.

Les premières formes de matière les plus simples à apparaître étaient les protons et les électrons. Certains d’entre eux se combinent pour former des atomes d’hydrogène. Ce dernier est constitué d’un proton et d’un électron ; c'est l'atome le plus simple qui puisse exister.

Lentement, sur de longues périodes, les atomes d’hydrogène ont commencé à se regrouper dans certaines zones de l’espace, formant des nuages ​​denses. L’hydrogène contenu dans ces nuages ​​a été entraîné en formations compactes par les forces gravitationnelles. Finalement, ces nuages ​​d’hydrogène sont devenus suffisamment denses pour former des étoiles.

Les étoiles comme réacteurs chimiques de nouveaux éléments

Une étoile est simplement une masse de matière qui génère de l'énergie à partir de réactions nucléaires. La plus courante de ces réactions implique la combinaison de quatre atomes d’hydrogène formant un atome d’hélium. Une fois que les étoiles ont commencé à se former, l’hélium est devenu le deuxième élément à apparaître dans l’Univers.

À mesure que les étoiles vieillissent, elles passent des réactions nucléaires hydrogène-hélium à d’autres types. En eux, les atomes d'hélium forment des atomes de carbone. Plus tard, les atomes de carbone forment l'oxygène, le néon, le sodium et le magnésium. Plus tard encore, le néon et l’oxygène se combinent pour former du magnésium. Au fur et à mesure que ces réactions se poursuivent, de plus en plus d’éléments chimiques se forment.

Les premiers systèmes d'éléments chimiques

Il y a plus de 200 ans, les chimistes ont commencé à chercher des moyens de les classer. Au milieu du XIXe siècle, on connaissait environ 50 éléments chimiques. Une des questions que les chimistes cherchaient à résoudre. se résume à ceci : un élément chimique est-il une substance complètement différente de tout autre élément ? Ou certains éléments liés à d’autres d’une manière ou d’une autre ? Existe-t-il une loi générale qui les unit ?

Les chimistes ont proposé divers systèmes d'éléments chimiques. Par exemple, le chimiste anglais William Prout a suggéré en 1815 que les masses atomiques de tous les éléments sont des multiples de la masse de l'atome d'hydrogène, si nous la prenons égale à l'unité, c'est-à-dire qu'elles doivent être des nombres entiers. A cette époque, les masses atomiques de nombreux éléments avaient déjà été calculées par J. Dalton par rapport à la masse de l'hydrogène. Cependant, si c'est approximativement le cas pour le carbone, l'azote et l'oxygène, alors le chlore d'une masse de 35,5 ne rentre pas dans ce schéma.

Le chimiste allemand Johann Wolfgang Dobereiner (1780 – 1849) montra en 1829 que trois éléments du groupe dit halogène (chlore, brome et iode) pouvaient être classés selon leurs masses atomiques relatives. Le poids atomique du brome (79,9) s'est avéré être presque exactement la moyenne des poids atomiques du chlore (35,5) et de l'iode (127), soit 35,5 + 127 ÷ 2 = 81,25 (proche de 79,9). Ce fut la première approche pour construire l'un des groupes d'éléments chimiques. Dobereiner a découvert deux autres triades d'éléments de ce type, mais il n'a pas pu formuler une loi périodique générale.

Comment est apparu le tableau périodique des éléments chimiques ?

La plupart des premiers systèmes de classification n’ont pas eu beaucoup de succès. Puis, vers 1869, presque la même découverte fut faite par deux chimistes presque en même temps. Le chimiste russe Dmitri Mendeleev (1834-1907) et le chimiste allemand Julius Lothar Meyer (1830-1895) ont proposé d'organiser les éléments ayant des propriétés physiques et chimiques similaires en un système ordonné de groupes, de séries et de périodes. Dans le même temps, Mendeleev et Meyer ont souligné que les propriétés des éléments chimiques se répètent périodiquement en fonction de leur poids atomique.

Aujourd'hui, Mendeleïev est généralement considéré comme le découvreur de la loi périodique parce qu'il a fait un pas que Meyer n'a pas fait. Lorsque tous les éléments ont été disposés dans le tableau périodique, des lacunes sont apparues. Mendeleïev a prédit qu'il s'agissait de lieux abritant des éléments qui n'avaient pas encore été découverts.

Mais il est allé encore plus loin. Mendeleïev a prédit les propriétés de ces éléments non encore découverts. Il savait où ils se trouvaient dans le tableau périodique, ce qui lui permettait de prédire leurs propriétés. Remarquablement, tous les éléments chimiques prédits par Mendeleïev, le gallium, le scandium et le germanium, ont été découverts moins de dix ans après la publication de sa loi périodique.

Forme abrégée du tableau périodique

Il y a eu des tentatives pour compter combien d'options pour la représentation graphique du tableau périodique ont été proposées par différents scientifiques. Il s'est avéré qu'il y en avait plus de 500. De plus, 80 % du nombre total d'options sont des tableaux, et le reste sont des figures géométriques, des courbes mathématiques, etc. En conséquence, quatre types de tableaux ont trouvé une application pratique : courts, semi -long, long et échelle (pyramidale). Ce dernier a été proposé par le grand physicien N. Bohr.

L'image ci-dessous montre le formulaire court.

Dans celui-ci, les éléments chimiques sont classés par ordre croissant de leur numéro atomique de gauche à droite et de haut en bas. Ainsi, le premier élément chimique du tableau périodique, l’hydrogène, porte le numéro atomique 1 car les noyaux des atomes d’hydrogène contiennent un et un seul proton. De même, l’oxygène a le numéro atomique 8 puisque les noyaux de tous les atomes d’oxygène contiennent 8 protons (voir figure ci-dessous).

Les principaux fragments structurels du système périodique sont les périodes et les groupes d'éléments. En six périodes, toutes les cellules sont remplies, la septième n'est pas encore terminée (les éléments 113, 115, 117 et 118, bien que synthétisés en laboratoire, n'ont pas encore été officiellement enregistrés et n'ont pas de noms).

Les groupes sont divisés en sous-groupes principaux (A) et secondaires (B). Les éléments des trois premières périodes, contenant chacune une ligne, sont inclus exclusivement dans les sous-groupes A. Les quatre périodes restantes comprennent deux lignes.

Les éléments chimiques d’un même groupe ont tendance à avoir des propriétés chimiques similaires. Ainsi, le premier groupe est constitué de métaux alcalins, le second de métaux alcalino-terreux. Les éléments de la même période ont des propriétés qui passent lentement d’un métal alcalin à un gaz noble. La figure ci-dessous montre comment l'une des propriétés, le rayon atomique, change pour les éléments individuels du tableau.

Forme longue période du tableau périodique

Il est représenté dans la figure ci-dessous et est divisé en deux directions, lignes et colonnes. Il y a sept lignes de points, comme dans la forme courte, et 18 colonnes, appelées groupes ou familles. En effet, l'augmentation du nombre de groupes de 8 dans la forme courte à 18 dans la forme longue s'obtient en plaçant tous les éléments par points, à partir du 4ème, non pas en deux, mais sur une seule ligne.

Deux systèmes de numérotation différents sont utilisés pour les groupes, comme indiqué en haut du tableau. Le système de chiffres romains (IA, IIA, IIB, IVB, etc.) est traditionnellement populaire aux États-Unis. Un autre système (1, 2, 3, 4, etc.) est traditionnellement utilisé en Europe et a été recommandé aux États-Unis il y a plusieurs années.

L'apparence des tableaux périodiques dans les figures ci-dessus est un peu trompeuse, comme pour tout tableau publié de ce type. La raison en est que les deux groupes d'éléments affichés au bas des tableaux devraient en réalité se trouver à l'intérieur de ceux-ci. Les lanthanides appartiennent par exemple à la période 6 entre le baryum (56) et l'hafnium (72). De plus, les actinides appartiennent à la période 7 entre le radium (88) et le rutherfordium (104). S’ils étaient insérés dans un tableau, celui-ci deviendrait trop large pour tenir sur une feuille de papier ou un tableau mural. Il est donc d’usage de placer ces éléments en bas du tableau.

Le tableau périodique est l'une des plus grandes découvertes de l'humanité, qui a permis d'organiser les connaissances sur le monde qui nous entoure et de découvrir nouveaux éléments chimiques. Il est nécessaire pour les écoliers, ainsi que pour toute personne intéressée par la chimie. De plus, ce dispositif est indispensable dans d’autres domaines scientifiques.

Ce schéma contient tous les éléments connus de l'homme, et ils sont regroupés en fonction de masse atomique et numéro atomique. Ces caractéristiques affectent les propriétés des éléments. Au total, il y a 8 groupes dans la version courte du tableau ; les éléments inclus dans un groupe ont des propriétés très similaires. Le premier groupe contient de l'hydrogène, du lithium, du potassium, du cuivre, dont la prononciation latine en russe est cuprum. Et aussi argentum - argent, césium, or - aurum et francium. Le deuxième groupe contient le béryllium, le magnésium, le calcium, le zinc, suivis du strontium, du cadmium, du baryum et le groupe se termine par le mercure et le radium.

Le troisième groupe comprend le bore, l'aluminium, le scandium, le gallium, suivis de l'yttrium, de l'indium, du lanthane et le groupe se termine par le thallium et l'actinium. Le quatrième groupe commence par le carbone, le silicium, le titane, continue avec le germanium, le zirconium, l'étain et se termine par l'hafnium, le plomb et le rutherfordium. Le cinquième groupe contient des éléments tels que l'azote, le phosphore, le vanadium, en dessous se trouvent l'arsenic, le niobium, l'antimoine, puis vient le tantale, le bismuth et complète le groupe avec le dubnium. Le sixième commence par l'oxygène, suivi du soufre, du chrome, du sélénium, puis du molybdène, du tellure, puis du tungstène, du polonium et du seaborgium.

Dans le septième groupe, le premier élément est le fluor, suivi du chlore, du manganèse, du brome, du technétium, suivi de l'iode, puis du rhénium, de l'astatine et du bohrium. Le dernier groupe est les plus nombreux. Il comprend des gaz tels que l'hélium, le néon, l'argon, le krypton, le xénon et le radon. Ce groupe comprend également les métaux fer, cobalt, nickel, rhodium, palladium, ruthénium, osmium, iridium et platine. Viennent ensuite Hannium et Meitnerium. Les éléments qui forment le série des actinides et série des lanthanides. Ils ont des propriétés similaires à celles du lanthane et de l’actinium.

Ce schéma comprend tous les types d'éléments, divisés en 2 grands groupes - métaux et non-métaux, ayant des propriétés différentes. Comment déterminer si un élément appartient à un groupe ou à un autre sera aidé par une ligne conventionnelle qui doit être tracée du bore à l'astatine. Il ne faut pas oublier qu'une telle ligne ne peut être tracée que dans la version complète du tableau. Tous les éléments situés au-dessus de cette ligne et situés dans les sous-groupes principaux sont considérés comme des non-métaux. Et ceux ci-dessous, dans les principaux sous-groupes, sont les métaux. Les métaux sont également des substances présentes dans sous-groupes latéraux. Il existe des images et des photos spéciales dans lesquelles vous pouvez vous familiariser en détail avec la position de ces éléments. Il convient de noter que les éléments qui se trouvent sur cette ligne présentent les mêmes propriétés que celles des métaux et des non-métaux.

Une liste distincte est constituée d'éléments amphotères, qui ont des propriétés doubles et peuvent former 2 types de composés à la suite de réactions. En même temps, ils manifestent à la fois fondamentaux et propriétés acides. La prédominance de certaines propriétés dépend des conditions de réaction et des substances avec lesquelles l'élément amphotère réagit.

Il est à noter que ce schéma, dans sa conception traditionnelle de bonne qualité, est coloré. Dans le même temps, pour faciliter l'orientation, ils sont indiqués en différentes couleurs. sous-groupes principaux et secondaires. Les éléments sont également regroupés en fonction de la similitude de leurs propriétés.
Cependant, de nos jours, outre la palette de couleurs, le tableau périodique en noir et blanc de Mendeleev est très courant. Ce type est utilisé pour l’impression en noir et blanc. Malgré son apparente complexité, travailler avec lui est tout aussi pratique si l'on prend en compte certaines nuances. Ainsi, dans ce cas, vous pouvez distinguer le sous-groupe principal du sous-groupe secondaire par des différences de nuances clairement visibles. De plus, dans la version couleur, les éléments avec présence d'électrons sur différentes couches sont indiqués Couleurs différentes.
Il convient de noter que dans une conception monochrome, il n'est pas très difficile de s'y retrouver dans le schéma. A cet effet, les informations indiquées dans chaque cellule individuelle de l'élément seront suffisantes.

L'examen d'État unifié est aujourd'hui le principal type d'examen de fin d'études scolaires, ce qui signifie qu'une attention particulière doit être accordée à sa préparation. Par conséquent, lors du choix examen final de chimie, vous devez faire attention aux matériaux qui peuvent vous aider à le réussir. En règle générale, les écoliers sont autorisés à utiliser certains tableaux lors de l'examen, notamment le tableau périodique de bonne qualité. Par conséquent, pour qu'il n'apporte que des bénéfices lors des tests, il convient de prêter attention au préalable à sa structure et à l'étude des propriétés des éléments, ainsi qu'à leur séquence. Il faut aussi apprendre utiliser la version noir et blanc du tableau afin de ne pas rencontrer de difficultés à l'examen.

En plus du tableau principal caractérisant les propriétés des éléments et leur dépendance à la masse atomique, il existe d'autres diagrammes qui peuvent aider à l'étude de la chimie. Par exemple, il y a tableaux de solubilité et d'électronégativité des substances. Le premier peut être utilisé pour déterminer le degré de solubilité d’un composé particulier dans l’eau à température normale. Dans ce cas, les anions sont situés horizontalement - les ions chargés négativement, et les cations - c'est-à-dire les ions chargés positivement - sont situés verticalement. Découvrir degré de solubilité de l'un ou l'autre composé, il faut retrouver ses composants à l'aide du tableau. Et au lieu de leur intersection, il y aura la désignation nécessaire.

S'il s'agit de la lettre « p », alors la substance est complètement soluble dans l'eau dans des conditions normales. Si la lettre « m » est présente, la substance est légèrement soluble, et si la lettre « n » est présente, elle est presque insoluble. S'il y a un signe «+», le composé ne forme pas de précipité et réagit avec le solvant sans résidu. Si un signe "-" est présent, cela signifie qu'une telle substance n'existe pas. Parfois, vous pouvez également voir le signe « ? » dans le tableau, cela signifie que le degré de solubilité de ce composé n'est pas connu avec certitude. Electronégativité des éléments peut varier de 1 à 8, il existe également un tableau spécial pour déterminer ce paramètre.

Un autre tableau utile est la série d’activités des métaux. Tous les métaux y sont localisés selon des degrés croissants de potentiel électrochimique. La série de tensions métalliques commence par le lithium et se termine par l'or. On pense que plus un métal occupe une place vers la gauche dans une rangée donnée, plus il est actif dans les réactions chimiques. Ainsi, le métal le plus actif Le lithium est considéré comme un métal alcalin. La liste des éléments contient également de l'hydrogène vers la fin. On pense que les métaux situés après sont pratiquement inactifs. Il s'agit notamment d'éléments tels que le cuivre, le mercure, l'argent, le platine et l'or.

Images du tableau périodique de bonne qualité

Ce projet constitue l’une des plus grandes réalisations dans le domaine de la chimie. Où il existe plusieurs types de ce tableau– version courte, longue et extra-longue. Le plus courant est le tableau court, mais la version longue du diagramme est également courante. Il convient de noter que l’utilisation de la version courte du circuit n’est actuellement pas recommandée par l’IUPAC.
Au total il y avait Plus d'une centaine de types de tableaux ont été développés, différant par la présentation, la forme et la représentation graphique. Ils sont utilisés dans différents domaines scientifiques, voire pas du tout. Actuellement, de nouvelles configurations de circuits continuent d’être développées par les chercheurs. L'option principale est un circuit court ou long d'excellente qualité.