Construction de la classification périodique des éléments et familles d'éléments

CONSTRUCTION DE LA CLASSIFICATION PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS

Elle date de Dmitri Mendeleïev qui a classé les éléments chimiques par masse atomique croissante. Aujourd'hui, dans cette classification, les éléments sont classés par numéro atomique croissant où apparaît une périodicité de la structure électronique de la dernière couche.

La classification est structurée en lignes et colonnes. Chaque ligne correspond à une période $\rm (K, L, M…)$ et chaque colonne contient des éléments possédant le même nombre d'électrons sur leur dernière couche électronique. Les nombres quantiques ainsi que la règle d'exclusion de Pauli, les règles de Hund et de Klechkowski prennent ici tout leur sens.

La première période $\rm (n=1 : K)$ ne possède que deux éléments, l'hydrogène $\rm(1s^1)$ et l'hélium $\rm (1s^2)$, l'orbitale $\rm 1s$ ne pouvant recevoir que deux électrons.

La deuxième période $\rm (n=2 : L)$ est associée aux orbitales $\rm 2s$ et $\rm 2p$, commençant avec la première colonne contenant le lithium $\rm (2s^1)$ et se terminant avec le néon $\rm (2s^22p^6)$. Cette période contient huit éléments, tout comme la troisième période $\rm (n=3 : M)$ qui est associé aux orbitales $\rm 3s$ et $\rm 3p$, commençant avec le sodium $\rm (3s^1)$ et se terminant avec l'argon $\rm (3s^23p^6)$.

La quatrième période $\rm (n=4 : N)$ est associée aux orbitales $\rm 4s$, $\rm 3d$ et $\rm 4p$. Les cinq orbitales $\rm 3d$ pouvant contenir dix électrons, cette quatrième période comporte, en plus du potassium $\rm (4s^1)$ et du calcium $\rm (4s^2)$ dix éléments de transition, depuis le scandium $\rm (4s^23d^1)$ jusqu'au zinc $\rm (4s^23d^{10})$. Les six autres éléments de cette période possèdent des électrons sur les orbitales $\rm 4p$. Cette période contient donc dix-huit éléments, tout comme la cinquième $\rm (n=5 : O)$, associée aux orbitales $\rm 5s,~4d$ et $\rm 5p$.

La sixième période $\rm (n=6 : P)$ est associée aux orbitales $\rm 6s,~5d,~4f$ et $\rm 6p$. Dès lors que les orbitales $\rm 6s^2$ et $\rm 5d^1$ du lanthane sont complétées de leurs électrons, les sept orbitales $\rm 4f$ deviennent disponibles pour les quatorze lanthanides, depuis le cérium $\rm (6s^25d^14f^1)$ jusqu'au lutétium $\rm (6s^25d^14f^{14})$. Alors, les orbitales $\rm 5d$ continuent de se remplir avec les métaux de transition, puis cette sixième période accueille les éléments contenant les orbitales $\rm 6p$, jusqu'au radon $\rm (6s^25d^{10}4f^{14}6p^6)$. Il en est de même pour la septième période $\rm (n=7 : Q)$, qui, après le remplissage des orbitales $\rm 7s^2$ et $\rm 6d^1$, possède sept orbitales $\rm 5f$ disponibles pour les éléments actinides, suivies par les orbitales $\rm 5d$ restantes.
Puisque les éléments chimiques d'une même colonne possèdent la même structure électronique périphérique, ils présentent de nombreuses propriétés chimiques communes.

FAMILLES D'ÉLÉMENTS

On dénombre dix familles d'éléments chimiques :

• les métaux alcalins, du lithium au francium (colonne 1) ;
• les métaux alcalino-terreux, du béryllium au radium (colonne 2) ;
• les lanthanides, du lanthane au lutétium ;
• les actinides, de l'actinium au lawrencium ;
• les métaux de transition, du scandium au cuivre ($\rm 4^{ème}$ période), de l'yttrium à l'argent ($\rm 5^{ème}$ période), de l'hafnium à l'or ($\rm 6^{ème}$ période), et du rutherfordium à l'hassium ainsi que l'ununbium ($\rm 7^{ème}$ période) ;
• les métaux pauvres, avec l'aluminium, le zinc, le gallium, du cadmium à l'étain ($\rm 5^{ème}$ période) et du mercure au polonium ($\rm 6^{ème}$ période) ;
• les métalloïdes, avec le bore, le silicium, le germanium, l'arsenic, l'antimoine, le tellure et l'astate ;
• les non-métaux, avec l'hydrogène, du carbone à l'oxygène ($\rm 2^{ème}$ période), le phosphore, le soufre et le sélénium ;
• les halogènes, du fluor à l'iode (colonne 17) ;
• les gaz nobles, de l'hélium au radon (colonne 18).