Le tableau périodique est organisé en lignes et colonnes ; les lignes, appelées périodes, et les colonnes, appelées groupes. Ainsi, les éléments sont classés par ordre croissant de numéro atomique, qui représente le nombre de protons dans le noyau de l’atome.
Cet agencement, à son tour, reflète les caractéristiques des propriétés chimiques et physiques des éléments, leur permettant d'être regroupés en différents blocs. De cette manière, le tableau fournit non seulement une structure organisée, mais facilite également la compréhension des relations entre les éléments.
Le tableau périodique est divisé en quatre blocs principaux :
- bloc
- bloc p
- Bloc d
- Bloc f
De plus, on peut également envisager un bloc supplémentaire qui inclut les éléments de transition internes, qui se trouvent dans les deux lignes en bas du tableau périodique.
Ci-dessous, nous analyserons chacun de ces blocs en détail.
bloc
Le bloc s est situé sur le côté gauche du tableau périodique et englobe les groupes 1 et 2, ainsi que l'hydrogène et l'hélium. Les éléments de ce bloc sont ceux qui ont des électrons sur leurs orbitales s.
Caractéristiques du bloc s :
- Éléments : Comprend les métaux alcalins (groupe 1), les métaux alcalino-terreux (groupe 2), l'hydrogène (H) et l'hélium (He).
- Configuration électronique : les éléments du bloc S ont leur dernière coque électronique occupée par un ou deux électrons dans une orbitale s. Par exemple, le lithium (Li) a la configuration électronique 1s² 2s¹.
- Propriétés : Les métaux du bloc S sont généralement mous, ont des points de fusion bas (sauf le lithium) et sont très réactifs, notamment les métaux alcalins, qui réagissent vigoureusement avec l'eau.
- Utilisation dans l'industrie : Le sodium et le potassium sont des exemples de métaux du bloc S essentiels à la biologie et à l'industrie. Le sodium est utilisé dans la fabrication de produits chimiques et comme conservateur, tandis que le potassium est essentiel à la croissance des plantes.
bloc p
Le bloc p se trouve sur le côté droit du tableau périodique et comprend les groupes 13 à 18. Les éléments de ce bloc ont des électrons dans leurs orbitales p.
Caractéristiques du bloc p :
- Éléments : Comprend les métaux, les non-métaux et les métalloïdes. Des exemples sont le carbone (C), l'azote (N), l'oxygène (O) et les halogènes (F, Cl, Br, I), ainsi que les gaz rares (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn).
- Configuration électronique : les éléments du bloc p ont leur dernière couche électronique occupée par entre un et six électrons dans une orbitale p. Par exemple, l'oxygène (O) a la configuration 1s² 2s² 2p⁴.
- Propriétés : Les propriétés des éléments du bloc p sont très diverses. Les métaux du bloc P sont généralement moins réactifs que les métaux du bloc S, tandis que les non-métaux (tels que l'oxygène et l'azote) sont essentiels à la vie. Les gaz rares sont inertes et ne réagissent pas facilement avec d'autres éléments.
- Utilisation dans l'industrie : De nombreux éléments p-block ont des applications industrielles importantes. L'oxygène est utilisé dans les processus de respiration et de combustion, le silicium est essentiel dans l'industrie de l'électronique et des semi-conducteurs, et le carbone est un composant clé de nombreux composés organiques.
Bloc d
Le bloc d est situé au centre du tableau périodique et comprend les éléments de transition, qui correspondent aux groupes 3 à 12. Ces éléments ont des électrons dans leurs orbitales d.
Caractéristiques du bloc D :
- Éléments : Comprend les métaux de transition tels que le fer (Fe), le cuivre (Cu), le nickel (Ni) et l'or (Au).
- Configuration électronique : les éléments du bloc d ont leur dernière coque électronique occupée par des électrons dans une orbitale d. Par exemple, le fer a la configuration 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s².
- Propriétés : Les métaux de transition sont connus pour leur capacité à former des composés présentant différents états d'oxydation, ce qui leur confère une grande polyvalence dans les réactions chimiques. De plus, ils ont généralement une conductivité électrique et thermique élevée, ainsi que des points de fusion et d’ébullition élevés.
- Utilisation dans l'industrie : Les métaux de transition sont indispensables à la fabrication d'alliages, de catalyseurs, et à la production d'électricité grâce aux piles à combustible. Par exemple, le platine est utilisé comme catalyseur dans les véhicules pour réduire les émissions.
Bloc f
Le bloc f est situé au bas du tableau périodique et englobe les lanthanides et les actinides. Ces éléments ont des électrons sur leurs orbitales f.
Caractéristiques du bloc F :
- Éléments : Comprend les lanthanides (La à Lu) et les actinides (Ac à Lr). Les exemples sont le néodyme (Nd) et l’uranium (U).
- Configuration électronique : Les éléments du bloc f ont leur dernière coque électronique occupée par des électrons dans une orbitale f. Par exemple, l'uranium a la configuration 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 5d⁹ 6p⁴.
- Propriétés : Les lanthanides sont connus pour être des métaux mous à haute conductivité. Les actinides, quant à eux, comprennent des éléments radioactifs tels que l'uranium et le plutonium, qui sont importants dans l'industrie nucléaire.
- Utilisation dans l'industrie : Les lanthanides sont utilisés dans les aimants permanents et dans la fabrication de certains types de lasers. Les actinides, notamment l'uranium et le plutonium, sont utilisés comme combustible dans les réacteurs nucléaires.
Importance des blocs en chimie
La division du tableau périodique en blocs est essentielle pour comprendre la chimie des éléments. Chaque bloc reflète les caractéristiques électroniques des éléments, qui sont elles-mêmes liées à leurs propriétés chimiques.
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Propriétés prédictives : En sachant dans quel bloc se trouve un élément, les chimistes peuvent prédire son comportement dans les réactions chimiques. Par exemple, les éléments du bloc S ont tendance à perdre facilement des électrons, tandis que les éléments du bloc P peuvent gagner ou partager des électrons.
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Tendances du tableau périodique : les propriétés des éléments, telles que le rayon atomique, l'électronégativité et l'énergie d'ionisation, montrent des tendances à travers les périodes et les groupes. Ces tendances sont plus évidentes lorsque l’on considère les blocs du tableau.
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Classification des éléments : La division en blocs permet de classer les éléments en métaux, non-métaux et métalloïdes, ce qui est essentiel pour l'étude de la chimie inorganique.
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Développement de nouveaux matériaux : Comprendre les propriétés des différents blocs permet aux scientifiques de développer de nouveaux matériaux aux caractéristiques spécifiques. Par exemple, la recherche sur les matériaux semi-conducteurs est basée sur la chimie des éléments du bloc P, tandis que la création d'alliages métalliques est basée sur les métaux de transition du bloc D.
Comment connaître le bloc d'un élément ?
Déterminer le bloc d'un élément du tableau périodique est un processus assez simple si vous comprenez la structure du tableau et comment les électrons sont répartis dans les orbitales atomiques. Ci-dessous nous expliquons les étapes à suivre :
1. Identifiez le numéro atomique
La première étape consiste à connaître le numéro atomique de l’élément, qui est le nombre qui se trouve en haut de chaque case du tableau périodique. Ce nombre indique le nombre de protons dans le noyau de l'atome et donc aussi le nombre d'électrons dans un atome neutre.
2. Observez la configuration électronique
La configuration électronique d'un élément décrit la façon dont les électrons sont répartis sur ses orbitales. Chaque élément possède une configuration électronique qui peut être déduite de sa position sur le tableau périodique.
3. Déterminer le bloc en fonction des orbitales
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Bloc S : Comprend les éléments dont le dernier électron est dans une orbitale s. Ce sont les éléments des groupes 1 et 2, ainsi que l'hydrogène et l'hélium. Par exemple, le lithium (Li) a la configuration électronique 1s² 2s¹, indiquant qu'il appartient au bloc s.
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Bloc p : inclut les éléments qui ont leur dernier électron dans une orbitale p. Cela inclut les groupes 13 à 18. Par exemple, l'oxygène (O) a la configuration 1s² 2s² 2p⁴, il appartient donc au bloc p.
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bloc d : contient des métaux de transition, dont les électrons se trouvent dans une orbitale d. Cela couvre les groupes 3 à 12. Un exemple est le fer (Fe), dont la configuration est 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s², indiquant qu'il appartient au bloc d.
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Bloc f : Désigne les lanthanides et les actinides, qui ont leur dernier électron dans une orbitale f. Ces éléments se retrouvent dans les deux lignes du bas du tableau périodique. Par exemple, l'uranium (U) a la configuration 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 5d⁹ 6p⁴, indiquant qu'il s'agit d'un élément du bloc f.
4. Utilisez la position dans le tableau
Si vous n'avez pas la configuration électronique sous la main, vous pouvez également déterminer le bloc d'un élément en regardant sa position sur le tableau périodique :
- Bloc s : Deux premières colonnes à gauche (groupe 1 et 2, plus H et He).
- Bloc p : Six dernières colonnes à droite (groupe 13 à 18).
- Bloc d : Colonnes centrales (groupe 3 à 12).
- Bloc f : Lignes séparées en bas du tableau (lanthanides et actinides).