Catégorie : Physique

Lors de mon précédent article sur le tableau périodique de la physique classique que je vous avais présenté, je vous avais dit que je souhaitais approfondir mes recherches sur ce monument de science réalisé par Mendeleïev et bien aujourd’hui, nous allons attaquer la version quantifiée (de la physique des quantas).

Accrochez-vous parce que ce n’est pas si intuitif et il y’a des termes à approfondir dans un premier temps, en voici une liste.

1/Tableau Périodique

2/ Orbitale atomique

3/ Nombre quantique n

4/ Sous-couches électroniques

5/ Nombre quantique secondaire L (Bloc)

6/ Nombre quantique magnétique ml

7/ Nombre quantique magnétique ms

8/ Règle de Kechklowski

Je vous ai préparé un tableau qui essaie de représenter ces concepts plus visuellement que ce que l’on trouve sur Wikipédia.

Ce qu’on remarque en premier lieu comparé au tableau de physique classique c’est que nous avons deux fois moins de cases. Les éléments ne sont plus représentés mais laissent place à des couches et des sous-couches électroniques.

Essayez de zoomer ou de télécharger mon tableau pour le comprendre.

Nous n’avons donc plus 118 éléments mais une correspondance entre orbitales, couches, sous-couches et blocs définies par 59 cases : une case est une sous-couche, une couche est une ligne ou période.

Les couches sont représentées par le nombre quantique N qu’on peut aussi appeler période ; pour essayer de réconcilier le tableau de la physique classique et le tableau de la physique quantique. C’est ce que j’ai essayé de faire dans ce tableau.

Le nombre quantique N représente l’énergie de l’électron en fonction de sa place sur l’orbital, le nombre quantique L représente le moment angulaire de l’électron c’est à dire sa position sur l’orbital.

D’autre part les blocs (en bas sur mon tableau) sont représentés par le nombre quantique secondaire L dit azimutal :  0 ≤ ℓ ≤ n – 1. Cela vient du terme en astronomie azimut.

Révisons un petit peu le tableau périodique classique :

Tableau périodique classique :

Tableau périodique quantique :

Comme je l’ai déjà écrit nous n’avons donc plus 118 éléments mais une correspondance entre orbitales, couches, sous-couches et blocs définies par 59 cases.

N est le numéro atomique qui représente le nombre de couches électroniques de l’atome, la période c dite classique reprend les couches du tableau périodique classique.

A gauche vous avez le nombre d’électrons total par période, blocs, orbitales, couches et sous-couches, En quantique on fonctionne toujours par pair, la première sous-couche 1S(harp) compte 2 électrons. 

Prenons la deuxième couche, elle compte 4 sous-couches 2S(harp) 3 sous couches 2P(rincipal) qui totalisent 8 électrons.

Pour vous expliquer comment les électrons se répartissent parmi ces couches

On va commencer par faire un petit calcul de configuration électronique pour un élément très important en médecine pour prendre la tension cardiaque systolique et diastolique : le Mercure de symbole atomique Hg.

Si on compare les deux tableaux on a un atome de mercure en position 80 (numéro atomique= nombre de charges = nombre d’électrons) en physique classique ce qui correspond à la case 5d(iffuse ) du bloc L2(moment angulaire) pour 5 orbitales dans les métaux dits de transitions.

On sait comme en physique classique que pour calculer la configuration électronique d’un élément chimique, il faut se reporter au gaz stable rare le plus proche en dessous dans le tableau périodique, dans notre cas précis c’est le Xénon.

Le Xénon [Xe] à un numéro atomique de 54 donc nous avons deux solution pour calculer la couche électronique du Mercure Hg

1^ère méthode :

On part du Xénon et on va déterminer 80 électrons (mercure)-54 électrons(Xenon) = 36 il nous reste 36 électrons à placer.

Partez maintenant de la sous-couche correspondant à la place du mercure 5d(iffuse) à prendre les 3 sous-couches du Mercure en partant vers la gauche sur le tableau : 4f14+ 5d10 + 6s2 soit (14+10+2) électrons = 36.

54([Xenon])+36 = 80 (numéro atomique, nombre de charges(protons et électrons)).

Pour récapituler la configuration électronique est : [Xenon] 54 + les sous-couches 4f14+5d10+6s2

Mais alors comment repérer les électrons de valence avec cette notation ? : C’est simple ce sont les électrons associés à la couche du numéro atomique N le plus élevé car c’est la couche la plus éloignée du noyau atomique.

Dans notre exemple le Mercure a bien la couche 6s2 de nombre quantique 6 est celui qui va délimiter le nombre d’électrons sur la dernière couche N6 ou de période P = 2.

2ème méthode pour disposer la configuration électronique à partir du tableau quantique, on va utiliser la méthode de Kachlowski reportez-vous bien au tableau pour voir le nombre d’électrons associés à chaque bloc :

On va remplir d’abord la première case du tableau :

La couche 1s(harp) et on sait qu’elle se remplit de 2 électrons.

On va remplir ensuite la couche 2s(harp) et 2p(rincipal) 

on sait que la couche 2s(harp) a 2 électrons et on sait que la couche 2p(rincipal) a 6 électrons, ce qui nous fait un total de 8 électrons.

On va ensuite remplir la couches 3s 3p 3d ce qui nous fait 18 électrons.

Ensuite nous avons les couches 4s(harp) 4p(rincipal) 4d(iffuse) 4f(fondamental) qui vont donc se remplir par respectivement par 2,10,6,14 électrons soit : 32 électrons

A ce stade il est important de marquer une pause : nous avons un total de 60 électrons.

On sait que nous avons 2 électrons sur la dernière couche qui peuvent participer à la liaison chimique.

Ensuite on va remplir la couche 5s, 5p, 5d, par 2,10,6 ce qui nous fait encore 18 électrons pour finalement avoir une bonne équivalence en terminant avec la couche 6s2 d’une part à la fois le plus haut nombre quantique : 6 qui détermine le nombre d’électrons de valence : 2.

Voici un autre graphique pour utiliser la méthode pour utiliser la règle de Kachlowski :

Vous avez compris ? Moi cela m’a pris un peu de temps, cela demande patience et application.

Je reviendrais plus tard compléter l’article en rapport aux orbitales, au nombre quantique magnétique noté ml et le nombre quantique magnétique de spin(rotation de l’électron).

Je vous ai mis les liens au début de l’article, a vous de les approfondir.

Ce qui m’intéresse maintenant c’est de vous détailler les propriétés chimique d’un élément en particulier le Mercure et dans ses moindres caractéristiques.

Note : Mercure est un élément physique de symbole Hg, de numéro atomique 80 (nombre de protons et d’électrons) il est communément appelé Argent rapide (Quicksilver). Mercure est l’unique élément qui est liquide à des conditions standards pour la température et la pression. Le seul autre élément qui est liquide dans ces conditions est le brome.

Il a été découvert par les égyptiens.

Spectre d’émission : le mercure émet des ondes électromagnétiques donc des ondes de lumière visibles intensément dans le bleu et aussi dans le vert.

Poids Atomique ( Masse atomique relative) : 200.592560642052 (g/mol)

La force de l’attraction terrestre sur l’atome en g/mol

Un petit point par rapport à la mole noté mol, c’est une unité du système international noté SI qui quantifie le nombre de molécules dans une entité et qui est basé sur la constante d’Avogadro. ( En mathématiques une constante est le contraire d’une variable )

Densité absolue : 13.5336 (g/cm3)

Masse par rapport au volume d’un corps

Point de fusion : -38.83°C = 234.32 K (Equivalence Degré F° à calculer pour plus tard)

Point d’ébullition : 356.73°C= 674.11 F° = 629.88 K

Groupe Atomique : IIB

Le mercure (Hg) est un élément chimique classé dans le groupe IIB du tableau périodique, ce qui correspond aujourd’hui au groupe 12 selon la numérotation moderne de l’IUPAC. (chimie appliquée) Historiquement, la notation IIB vient de l’ancienne classification périodique utilisée dans certains pays (notamment les États-Unis), où les groupes étaient divisés en A (éléments représentatifs) et B (éléments de transition).

Valence : I, II 1 ou 2 atomes seulement peuvent participer à des liaisons covalentes.

(Nombre d’électrons sur la couche externe pouvant participer à une liaison chimique)

Période : 6 (couche P dans le tableau)

Block : d-block veut dire diffuse bloc dans le tableau périodique quantique (voir le tableau périodique quantique que j’ai réalisé) En effet il est à la position 5d dans les métaux dits de transition.

L’ion mercure :

L’ion mercure est chargé deux fois Hg2+, je pense que c’est lié à ses deux électrons sur la dernière couche mais à vérifier.

Les états d’oxydation :

Voici un point sur lequel je vais m’arrêter longuement, on a abordé dans mes précédents articles sur le tableau périodique classique et les différentes représentations moléculaires : les liaisons covalentes ou les électrons sont échangés entre les atomes pour former une molécule tout aussi neutre grâce aux électrons de valence.

Mais ces liaisons covalentes ne sont qu’une partie de la chimie, en effet la plupart des autres composés obéissent à des liaisons électro-ioniques ou les électrons ne sont pas échangés mais transférés par électronégativité.

Voilà qui mérite un article à lui seul mais sachez que les états d’oxydation pour un atome dans un composé ionique peuvent aller de -5 à +9 en passant par 0. Ces états ne veulent pas dire que le composé est chargé électriquement ou négativement mais cela représente une valeur scalaire des atomes d’oxygène ou d’hydrogène dans un composé.

Je décrirai toutes ces règles dans un autre article mais sachez que pour le mercure d’après mon tableau périodique avancé, l’atome Hg peut avoir l’état 0, +1, +2, +4.

Le potentiel d’ionisation

Le potentiel d’ionisation est l’énergie qu’il faut induire à l’atome pour expulser un électron et donc créer un déplacement : 10.438 eV(électron volt)

Le rayon de l’atome : 171(picomètre) soit (10^-12)

Le rayon de covalence :138 (picomètre)(10^-12)

Le rayon de covalence est le rayon de la liaison chimique.

Le rayon de Van Der Waals :209(picomètre (10^-12)

Je vous renvoie à la définition si vous voulez approfondir mais ce qu’il faut savoir c’est que c’est la plus petite approche d’un atome par une sphère donc potentiellement un autre atome.

Van Der Waals 1837-1923

Conductivité électrique : 1040582.72632674 S/m

Exprime la capacité du matériau à conduire les électrons. Réciproque de la résistivité.

L’unité utilisé que je ne connaissais pas est le (S/m) Siemens par mètre Werner Von Siemens est le nom d’un ancien physicien qui s’intéressait de près à la conductivité du mercure.

On comprend mieux pourquoi une marque porte son nom (Note pour moi-même, a expliquer à nos enfants pour les aider à développer leur pensée)  

Werner Von Siemens 1816-1892

Type électrique : Conducteur

Le point de superconduction :

Il s’agit du point auquel la résistance disparait et le champ magnétique est expulsé. (train Hyperloop) Température proche du zéro absolu.

-269.0°C = -452.2°F = 4.15K

Type Magnétique : Diamagnétisme

Le préfixe dia, veut dire à travers, cela explique pourquoi dans nos anciens sphygmomanomètres le mercure sert à mesurer la pression artérielle systolique et diastolique. Il émet un champ magnétique extérieur opposé ce qui le transforme en instrument de mesure de la pression.

Un tensiomètre électronique fonctionne de manière automatisée, principalement grâce à la méthode oscillométrique.

Susceptibilité Magnétique du volume : -2.84 . 10^-5 (m^3/mol)

Susceptibilité Magnétique de la masse : -2.1 . 10^-9 (m^3/mol)

Susceptibilité Magnétique molaire : -4.21 . 10^-10 (m^3/mol)

Résistivité :

Capacité de résistance de l’atome à l’électricité mesuré en Ω . cm :

9.61 par 10^-7 (Ω . m) (lettre grecque Omega)

Phase : Liquide

Etat de la matière selon des variables standard de température et de pression. Se dit aussi pour des ondes superposés.

Enthalpy de fusion :

L’enthalpie de fusion anciennement appelée la chaleur de fusion est une fonction que je ne connaissais pas mais qui permet de regrouper en une seule équation toutes les variables thermodynamiques d’un matériau. Les trois variables sont l’énergie interne, la pression et le volume.

Chaleur Spécifique :

139.5 (J/kg . K)

La chaleur spécifique est la capacité thermique d’un matériau rapporté à sa masse exprimé en Jouls/kg par Kelvin.

Expansion thermique :

L’expansion thermique est la capacité du matériau à augmenter en longueur, surface ou volume sous l’effet de la chaleur.

60.4 . 10^-6(C°^-1)

La Chaleur de vaporisation :

59.11 (kJ . mol)

Chaleur pour laquelle le liquide se transforme en vapeur

J’ai toujours pensé que la cristallisation était une des quatre opérations importante de la nature avec l’ionisation, la polymérisation, et la polarisation.

Les paramètres cristallins, aussi appelés paramètres de maille, sont des grandeurs utilisées pour décrire la maille d’un cristal. On distingue trois longueurs (a, b, c) et trois angles (α, β, γ) qui déterminent entièrement le parallélépipède qu’est la maille, élémentaire ou multiple.

Les paramètres a, b et c sont mesurés en Angstrom en nanomètres (nm), parfois en picomètres, et α (alpha), β (Beta)  et γ (Gamma) en degrés (°).

L’Angstrom est une unité juste en dessous du nanomètre c’est à dire 10^-10m

1ere phase crystalline

Forme du Crystal : Rhomboèdre

longueurs :

a (hexagonal)=3.464 A c (hexagonal)=6.708 A

Attitude : 1.94

Le mercure peut avoir deux paramètres de maille car il peut exister sous plusieurs phases cristallines, et l’une d’elles peut avoir une maille non cubique, nécessitant deux paramètres pour la décrire (ex. : a et c dans une structure hexagonale).

2ème phase cristalline

Forme du Crystal :

Le cube corps centré

Propriétés :

a = 3.995 A c = 2.825 A

Debye température :

En thermodynamique et pour la physique des états solides, le modèle de Debye est une méthode développé par Peter Debye pour estimer la contribution du phonon (son) à la chaleur spécifique. Il permet de traiter les vibrations du réseau cristallin de l’atome comme les phonons dans une boite contrastant avec l’effet photoélectrique d’Einstein qui traite du solide comme de nombreux oscillateurs harmoniques quantiques individuels et non interactifs.

Conductivité Thermique : 8.3 (W/mK)

La mesure qui permet de conduire la chaleur mesuré en Watt par milli (10^-3) Kelvin.

Transmission de la vitesse du son : 1451.4 (m/s)

La vitesse à laquelle le son se propage à l’intérieur du matériau.

Index de Réfraction :1.000933

Modification du chemin de la lumière est modifié par son passage dans le matériau

Poisson Ratio :

En science des matériaux, le ratio est un rapport à deux dimensions, il exprime la déformation perpendiculaire par la pression mesuré par le symbole ν (nu)) . Il est défini comme le ratio d’une augmentation de la pression infinitésimale qui a pour résultat une décroissance du volume.

Bulk modulus :

Mesure noté K modulaire de la résistance du matériau à n’importe quelle pression.

Shear modulus :

En science des matériaux, le module de cisaillement ou le module de rigidité, noté G, ou parfois S ou μ, est une mesure de la raideur élastique d’un matériau et est défini comme le rapport entre la contrainte de cisaillement et la déformation de cisaillement 

Electronégativité : 2

L’électronégativité est une quantification de la force d’attraction des atomes sur les électrons qui vont participer à la liaison chimique pour se lier à d’autres atomes.

Cliquez sur le lien pour voir le tableau périodique de l’électronégativité.

L’affinité Electronique : -48.0 kJ/mol

L’affinité électronique est l’énergie libérée par un électron lors de la liaison chimique.

Radioactivité : Non

Emission d’onde radio du matériau

Demi-vie : (Aucune car pas radioactif)

Autres propriétés :

Section Efficace des Neutrons : 374 barn

En physique nucléaire la section efficace des neutrons est utilisé pour décrire l’interaction entre un neutron et une autre particule à noyau.

Barn : est une unité de mesure de surface plus petite que le femtomètre (unité la plus petite du système métrique classique 10^-15) donc très utile pour le calcul quantique.

Densité liquide :

13.534 (g/cm^3)

Echelle de Mohs : None

Dureté de Vickers : None

Dureté de Brinnel :

Molar volume :

0.0000148213 (cm^3/mol)

Enfin je remercie mon ami russe qui a réalisé ce tableau périodique pour moi que je consulte sur mon IPHONE américain. Paix pour un monde meilleur.

Qu’est qu’un cycle?

Toute forme représentant un hexagone fermé est un cycle, par exemple le carbone lié par des liaisons covalentes comme ceci en est un.

Une molécule est une liaison d’atomes. Chaque sommet de l’hexagone représente un atome de carbone s’il n’y a pas d’autre dénomination symboles du tableau périodique ou composé moléculaire.

Sur ce cycle on voit un hexagone de 6 atomes de carbones en noirs liées chacun à 6 atomes d’oxygènes en périphérie.

Exemple de cycle : la Mésomérie du benzène

Un rond dans un cycle permet d’aborder Cycle avec des liaisons doubles supplémentaires positionnables à n’importe quel endroit de l’espace.

Sur les encyclopédies en ligne : vous trouverez beaucoup de molécules représentés sous forme d’hexagone ou de pentagone, l’hexagone est le cycle (dans lequel l’oxydation et l’entropie sont diminuées.)

Le pentagone quant à lui est le sucre, ou aussi appelé « ose » composant de la chimie organique essentiel à la nature et à l’humanité (réplication de l’ADN (ribose, désoxyribose) glycoprotéine, glycolyse, métabolise l’énergie au sein des mitochondries dans tout les corps cellulaires.

On peut noter que cela facilite la mémoire visuelle et la mémoire des formes.

La représentation de CRAM

Il existe plusieurs représentations dans le plan et son espace, certaines molécules peuvent être situées en arrière ou d’autre en avant du plan.

Un trait simple indique une liaison dans le plan.

Un trait plein en forme de triangle de la liaison entre le carbone et l’hydrogène indique une liaison entre les deux atomes légèrement en avant du plan et les triangles en pointillés indique une liaison en arrière du plan.

Cela permet de représenter les molécules dans une fausse 3D et laisse place à notre pensée visuelle.

Des représentations en 2D volumétrique et une couleur pour chaque atome en rouge sont aussi efficaces l’oxygène, en violet le nitrogène, en blanc l’hydrogène, en gris/noir pour le carbone.

La projection de Haworth

Dans le plan les traits les plus épais indiquent une position spatiale plus proche par rapport au lecteur, un trait plus fin au contraire une distance proximale plus éloignée.

La projection Haworth est un moyen simple de représenter une molécule de sucre (ose)

On remarque que c’est par l’atome d’oxygène O du composé OH que la liaison se fait.

Ou bien par l’atome de Carbone du composé CH2OH.

La projection de Fischer

Dans la projection de Fischer la place centrale est réservée au carbone, c’est le squelette ou l’armature de la représentation.

La Formule brute

Ex : C₂H₆O 

Indispensable mais reprend pour ainsi dire les lettres des éléments du tableau périodique avec une valeur numérique qui définit le nombre d’atomes, d’anion ou de cation de chaque composé moléculaire. Il s’agit toujours de regarder la formule brute en premier lieu.

Formule développée plane : représente toutes les liaisons en détail, couteux en termes de temps et rébarbatif, à utiliser au début lorsque l’on débute en chimie.

Formule Semi-Développée :

Ne représente que certaines liaisons de composés moléculaires peut s’exprimer orthogonalement (des deux côtés) voir mon article sur l’influx nerveux.

Mettre en avant des atomes liés particuliers, l’exemple de la xanthine :

Voici la formule de la Xanthine, les sommets qui ne sont pas représentés sont des atomes de carbone. A partir d’une formule brute on peut compléter cette représentation.

Vous remarquerez que les atomes d’azote du composé NH appelées en anglais Nitrogène sont mis en avant par rapport à son atome d’hydrogène pour bien montrer le nitrogène est lié 2 ou même 3 fois à chaque fois.

La structure de Lewis

La structure de Lewis permet de représenter pour chaque atome. Les électrons sur la dernière couche externe ainsi que les électrons de valence et j’en ai déjà parlé sur mon article du tableau périodique, ce sont les électrons qui participent à la liaison chimique lors de liaisons covalentes.

Malgré ses limites formelles, la représentation de Lewis est très utilisée en chimie organique pour préparer les mécanismes réactionnels.

Au niveau de l’atome :

Lewis est utilisé soit au niveau de l’atome en lui-même soit à un degré plus haut au niveau de la molécule. Commençons par l’atome, par une simple lecture du tableau périodique (voir mon article) vous pouvez savoir combien d’électrons sont sur la couche externe.

On sait qu’un atome de nitrogène a un numéro atomique de 7 donc sur ses 2 couches : K2 L5.

A partir du moment ou un atome a plus de quatre électrons sur sa couche externe on lie les électrons par deux sous forme d’un trait. (Doublet non liant). Un doublet est stable alors qu’un électron célibataire est réactif.

L’atome de soufre qu’on verra plus loin au niveau de la molécule a 6 électrons sur sa dernière couche et peut avoir 2, 4, ou 6 électrons de valence donc on peut faire 3 doublets non liants.

Nous allons voir par la suite que la structure de Lewis est très utile pour calculer les états d’oxydation domaine clé de la chimie et de la nature que j’expliciterai dans mon article sur le tableau périodique quantique pour les propriétés du Mercure.

Au niveau de la molécule :

1/Acide Sulfurique  

La formule de Lewis au niveau de la molécule a l’avantage de montrer les doublets non liants c’est à dire les électrons sur la dernière couche qui ne participent pas à la liaison chimique.

Partons de la formule brute du pour notre première molécule c’est-à-dire l’acide Sulfurique (Soufre) :      

Formule brute : H2 S O4 : 2 atomes d’Hydrogène 1 atome de Souffre et 4 atomes d’Oxygène

On sait qu’un atome de souffre qui est l’atome clé de notre composant a un numéro atomique de 16 dans le tableau périodique soit un nombre de charges (nombres de protons (+) et d’électrons (-) de 16 (Je rappelle que l’atome est neutre) 

 Donc sur les 3 couches :

 K L M (la règle du duet (2) sur la couche K s’applique sur la première couche,

La règle de l’octet (8) L sur la deuxième couche

La configuration électronique de la 3ème couche M est donc de 16-8-2 = 6

On doit donc respecter 6 liaisons pour l’atome de Soufre.

On a dû casser les doublets non liants de l’atome de souffre ce qui veut dire que cette représentation au niveau atomique et on remarque à chaque fois 2 doublets non liants soit 4 électrons pour l’oxygène.

L’Hydrogène à un numéro atomique de 8 donc on a 2 électrons sur la couche K et 6 sur la couche L donc 6 électrons de valence également alors qu’il n’a que deux couches.

2/ Composé organique(Carbone)

Molécule d’Ethanol

Un atome de carbone peut avoir 2 ou 4 électrons de valence, un atome d’hydrogène a 1 électron de valence. Un atome d’oxygène en a 2 mais a 6 atomes sur sa dernière couche donc il aura deux doublets non liant.

3/ Composé ionique

Ion Positif dans la structure de Lewis.

Ici le composé moléculaire est formé de 3 atomes d’hydrogène avec un seul électron de valence sur la couche K (1) et pour l’oxygène on a 6 électrons sur la dernière couche K (2) L (6).

On voit qu’il a déjà 3 liaisons électroniques avec des atomes d’hydrogène.  Un doublet non liant plein et un doublet non liant vide (ou cassé).

Ce doublet non liant vide représenté en blanc veut dire qu’un électron s’est libéré pour transformer l’atome d’oxygène en ion positif.

Enfin pour finir je vous parlerai de chimie organique et donc notamment de la chimie du carbone, d’azote aussi appelé nitrogène, de chlore et de brome. par opposition à la chimie des minéraux.

Les notations internationales chimiques

Il existe des notations qui permettent de mieux comprendre comment s’agencent les molécules sur le plan atomique.

Vous trouverez dans la version Anglaise de Wikipédia bien plus riche en termes de contenu que la version française quant à la terminologie de ces nomenclatures.

Je compléterai cet article car elles obéissent à des règles complexes qui ont notamment été établies par l’union internationale pure de chimie appliquée (IUPAC), je pense notamment à la forme structurale.

Avant de s’attaquer à la chimie et à la représentation des molécules, il est nécessaire de faire un point sur ce qui est le socle de l’électronique intrinsèquement lié à cette discipline, j’ai nommé le tableau périodique.

Pourquoi ? Car pour garder des molécules neutres il est nécessaire d’avoir une équivalence électronique qui va être la balance de la charge positive protonique hormis pour les anions (-) ou les cations (+)

Je vais vous présenter cinq tableaux différents dont deux premiers que l’on analysera en détail pour en comprendre la structure. Le troisième présentera une imagerie des matériaux qu’ils soient liquides solides ou gazeux. Le quatrième présentera une application concrète dans l’industrie ou la métallurgie dans des buts didactiques et pédagogiques et enfin un cinquième avec une interprétation quantique.

Il n’est pas si aisé de savoir lire le tableau périodique imaginé par Mendeleïev en 1869, car en fait il regorge d’informations ou encore d’interprétations.

Parlons de sa structure première, il hiérarchise les éléments en colonnes 18 qu’on appellera couches et en 7 lignes qu’on appellera périodes, qui sont en fait les périodes de révolutions des électrons (leur trajectoire orbitale sur la couche). Il présente 118 éléments en fonction de leur masse croissante par rapport à l’isotope(même nombre de protons mais pas de neutrons) du carbone 12.

Chaque élément présents sur le même couche ou colonnes présentent un nombre d’électrons de valence commun c’est à dire d’électrons qui participent à la liaison chimique quand deux atomes vont se lier pour former une molécule. L’Hélium qui n’en comporte que deux est l’exception qui confirme la règle.

Tout d’abord comment se lit une case du tableau périodique :

Le nombre atomique représente le nombre de protons, la lettre son appellation lorsque l’on lit une formule moléculaire. La masse soit quantité de matière figure en dessous ou en haut a droite dans un dictionnaire .

Sur certains tableaux on peut trouver l’élément sous la forme à l’état 0° avec une équivalence de pression en kPa et parfois le nombre de masse (c’est à dire le nombre de protons et de neutrons) par opposition au nombre de charges qui sont le nombre d’électrons et donc insidieusement de protons (l’atome étant neutre).

L’hydrogène est sur la colonne 1 donc il a un électron sur sa couche externe.

Maintenant le tableau dans son intégralité :

A partir de la 13ème couche on note la colonne : 13-10 = 3 pour occulter les métaux dits de transition en jaune dans le tableau.

Premier exemple :

Lorsque je prends le Carbone, je vois qu’il est en couche 14-10 = 4, il a donc 4 électrons sur sa couche externe. Bien mais si je veux le lier à un atome d’oxygène pour former par exemple du dioxyde de carbone. Je lis que l’oxygène est sur la couche 16 -10 = 6, il a donc 6 électrons sur sa couche externe.

Comment faire pour les assembler correctement sur le plan de la molécule ? Vous me direz c’est simple c’est CO mais pas du tout. Car il n’ont pas le même nombre d’électrons qui participent à la liaison chimique donc le nombre d’atomes du composé ou de la formule moléculaire devra aussi respecter une équivalence atomique.

Lorsque l’on travaille en seconde ou première, nous travaillons principalement avec 3 couches électroniques : la couche K, la couche L et la couche M.

Cette répartition en 3 couches est fondamentale pour appliquer la règle du duet(2) et de l’octet(8),

On cherche à saturer ces couches pour que la dernière d’entre elle, j’ai nommé la couche externe forme des liaisons covalentes entre différents atomes du tableau périodique pour former des composés moléculaires. Les liaisons covalentes sont aussi appelés des doublets liants : les électrons sont échangés et non transférés.

Il faut savoir que la couche K est saturé par un duet,(2) d’électrons que la couche L par un octet (8) d’électrons et que la couche M par un nombre de 18. Vous vous dites 18 c’est beaucoup et c’est fastidieux à calculer…

Et bien vous avez raison, quand on calcule des liaisons chimique pour assembler deux atomes en molécules on va se rapporter à la disposition électronique du gaz rare associé car ce sont des matériaux chimiquement inertes et méta-stables. (En Bleu sur le tableau) .

Après cette digression, reprenons notre tableau, et revenons sur notre exemple : je sais que le carbone et l’oxygène comme on l’a vu ont 4 et 6 électrons sur leur couche externe, mais je sais aussi que le gaz le plus proche est le Néon.

On sait que le Carbone, l’oxygène et le Néon sont sur la ligne ou période n°2, donc ils n’ont que deux couches électroniques et la deuxième j’ai nommé L sera la dernière : Leur répartition électronique est donc :

Carbone 6(nombre d’électrons ou de protons) :

K(2) L(4)

Oxygène (8):

K(2) L(6)

Néon (Ne 10)

(K)2 (L)8

Pour l’oxygène : 8-6 = 2 électrons de valence

Pour le carbone 8-4 = 4 électrons de valence

Pour que notre composé de dioxyde de carbone soit stable : il faut que l’atome de carbone soit lié 4 fois à l’atome d’oxygène qui lui devra être relié deux fois à l’atome de carbone. Donc implicitement il nous faut deux atomes d’oxygène : 2atomes x2 électrons = 4 électrons de valence :

Notre formule sera donc CO2 :

Un trait représentant deux électrons, on voit bien que chaque atome d’oxygène a deux liaisons et que le carbone en a au total 4.

Vous avez compris ? Cet article n’est pas terminé, j’en ferai un peu plus car on a beaucoup amélioré le tableau périodique que vous trouvez dans vos dictionnaires aujourd’hui. Je suis encore en phase de recherche Plein de nouveaux paramètres viennent le compléter, et je n’ai montré à travers cet exercice qu’un petit exemple de son utilité et sa puissance. En attendant voici deux tableaux plus ludiques :

Tableau périodique version minéral :

Tableau périodique Applications usuelles :