1 Classification
périodique
des éléments

OBJECTIFS
• Connaître les quatre nombres
quantiques permettant de décrire
l’état d’un électron.
INTRODUCTION
• Savoir que l’énergie d’un atome


L a découverte de la structure de l’atome au début du
est quantifiée et que les niveaux
d’énergie correspondants peuvent
être dégénérés. vingtième siècle a marqué une grande étape dans
• Savoir déterminer la configuration l’avancée des connaissances.
électronique d’un atome et de ses
ions dans leur état fondamental Cependant, de nombreux phénomènes mis en évidence
en appliquant le principe de Pauli
et les règles de Klechkowski et
et demeurant sans interprétation tels que les spectres
Hund. d’émission des atomes, l’effet Compton, l’effet
• Comprendre et connaître la struc- Zeeman,…ont conduit les physiciens et chimistes du ving-
ture de la classification périodique.
• Savoir définir l’énergie d’ionisa- tième siècle à abandonner le modèle classique de la méca-
tion d’un atome, l’affinité élec- nique newtonienne en particulier et à introduire un
tronique d’un atome et
l’électronégativité de Mulliken nouveau modèle : la mécanique quantique.
d’un élément.
• Savoir interpréter l’évolution de
La mécanique quantique se révèle indispensable pour
ces grandeurs au sein de la classi- décrire les phénomènes qui se produisent à l’échelle
fication périodique.
submicroscopique, c’est-à-dire au niveau des noyaux
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atomiques, des atomes, des molécules,…
PRÉREQUIS Elle a permis une interprétation et une compréhension
• Notion d’élément chimique. nouvelles de la classification périodique établie par
• Quantification des échanges
d’énergie électronique (cf. Term. le chimiste russe D. Mendeleiëv au XIXe siècle après
S). collecte et analyse d’un très grand nombre de données
• Quantification des niveaux d’éner-
gie d’un atome(cf. Term. S). expérimentales.
• Interprétation des spectres de raies
(cf. Term. S).


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 COURS 1
Classification périodique des éléments




1 Quantification de l’énergie d’un atome
1.1 Interactions matière – rayonnement
La quantification de l’énergie a été introduite en 1900 par M. PLANCK pour inter-
(*) Le modèle est appelé corps noir : à
température constante, un corps noir est préter le rayonnement émis par des corps lorsqu’ils sont chauffés à température
supposé absorber toutes les radiations uniforme(*) : il a postulé que les échanges d’énergie entre la matière et un rayon-
qu’il émet. nement monochromatique de fréquence ne peuvent se faire que par quantités
finies d’énergie appelées quanta.
Un quantum d’énergie correspond à la plus petite énergie qui peut être échangée.
h est la constante de Planck :
h = 6,626.10–34 J . s Pour un rayonnement de fréquence ν, cette énergie a pour valeur :
= h.ν
(**) Les métaux peuvent émettre des En 1905, pour interpréter l’effet photoélectrique(**), A. EINSTEIN a extrapolé le
électrons lorsqu’ils sont irradiés par des concept de PLANCK en considérant qu’un rayonnement monochromatique de
rayonnements de fréquence appropriée. fréquence est constitué de particules appelées photons.
Un photon est une particule de masse nulle.
L’énergie e de chaque photon de fréquence vaut :
= h.


1.2 Spectre des atomes
1.2.1. Obtention du spectre de l’atome d’hydrogène
Un tube à décharge est un tube de verre muni à ses extrémités de deux électrodes
métalliques et qui contient un gaz sous faible pression (dans le cas considéré, il
s’agit de dihydrogène à une pression proche de 1,5 mbar).
Lorsqu’on applique une tension élevée, de l’ordre de quelques centaines de volts,
entre ses électrodes, un courant formé d’ions et d’électrons traverse le tube qui
devient luminescent.
Des chocs inélastiques se produisent entre ces particules et les molécules de dihy-
drogène : certaines de ces molécules vont se dissocier en atomes d’hydrogène. Ces
atomes sont excités lors des collisions et vont se désexciter en émettant des radia-
...