Le tableau périodique

Dans une bijouterie, on travaille avec de l'or pur et, au laboratoire, nous avons de l'eau distillée pure. Pourtant, l'or est un élément et l'eau est un composé. La figure montre leurs modèles de particules.

Expliquer avec vos propres mots la différence entre un élément et un composé.

Classer ces substances en élément ou composé : $\text{O}_2$ (oxygène de l'air), $\text{H}_2\text{O}$ (eau), $\text{Fe}$ (fer d'un clou), $\text{NaCl}$ (sel de cuisine) et $\text{CO}_2$ (gaz des boissons gazeuses).

Le glucose a pour formule $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$ et l'ozone a pour formule $\text{O}_3$.

1. a) Laquelle des deux est un élément et laquelle un composé ?
2. b) Justifier votre réponse en comptant les types d'atomes qui forment chaque formule.

Écrire le symbole chimique de ces éléments : hydrogène, oxygène, carbone, azote et calcium.

Quel élément représente chacun de ces symboles ? $\text{He}$, $\text{Li}$, $\text{Mg}$, $\text{P}$ et $\text{S}$.

Le cobalt s'écrit $\text{Co}$ et le monoxyde de carbone s'écrit $\text{CO}$. Bien qu'ils utilisent les mêmes lettres, l'un est un élément et l'autre est une espèce composée. Expliquer la règle d'écriture des symboles chimiques et pourquoi il faut respecter les majuscules et les minuscules.

Certains symboles ne ressemblent pas au nom de l'élément : le fer est $\text{Fe}$, l'or $\text{Au}$, l'argent $\text{Ag}$ et le sodium $\text{Na}$.

1. a) De quelle langue ancienne viennent ces symboles ?
2. b) Associer chaque symbole à son nom d'origine : ferrum, aurum, argentum et natrium.

Dans le tableau périodique, les éléments ne sont pas placés au hasard. Comment s'appellent les colonnes ? Et les lignes ? Qu'ont en commun les éléments situés dans une même colonne ?

Le carbone a pour numéro atomique $6$ et l'oxygène a pour numéro atomique $8$. La figure montre le modèle d'un atome.

1. a) Expliquer ce qu'est le numéro atomique.
2. b) Combien de protons possède un atome de carbone ? Et un atome d'oxygène ?
3. c) Si les atomes sont neutres, combien d'électrons possède chacun ?

Chercher le magnésium ($\text{Mg}$) dans le tableau périodique. La figure montre à quoi ressemble la case d'un élément.

1. a) Quel est son numéro atomique ?
2. b) Dans quelle période (ligne) et dans quel groupe (colonne) est-il placé ?
3. c) Citer un autre élément du même groupe et indiquer ce que les deux auront en commun.

Les poêles, les câbles électriques et les canalisations sont souvent en métaux comme l'aluminium ou le cuivre. Citer trois propriétés typiques des métaux et les relier à ces usages.

Un élément A est un solide brillant qui conduit très bien le courant électrique. Un élément B est un gaz jaunâtre qui ne le conduit pas.

1. a) Lequel des deux est un métal et lequel un non-métal ? Justifier.
2. b) Donner un exemple possible d'élément pour chaque cas, ainsi qu'un usage dans la vie quotidienne.

Les panneaux solaires et les processeurs des ordinateurs contiennent du silicium.

1. a) Qu'est-ce qu'un métalloïde ?
2. b) Expliquer pourquoi le silicium, par son comportement intermédiaire entre métaux et non-métaux, sert à fabriquer des puces.

Un téléphone portable contient du cuivre dans les câbles internes, du lithium dans la batterie, du silicium dans le processeur et du carbone et de l'hydrogène dans la coque en plastique.

1. a) Classer le cuivre, le lithium, le silicium et le carbone en métal, non-métal ou métalloïde.
2. b) Choisir deux d'entre eux et justifier, à l'aide de leurs propriétés, pourquoi ils sont utilisés dans cette partie du téléphone.

Dans la période $2$ du tableau périodique se trouvent, dans cet ordre : $\text{Li}$, $\text{Be}$, $\text{B}$, $\text{C}$, $\text{N}$, $\text{O}$, $\text{F}$ et $\text{Ne}$.

1. a) Classer ces huit éléments en métaux, métalloïdes et non-métaux.
2. b) Décrire la tendance observée : comment le caractère métallique évolue-t-il de la gauche vers la droite dans une ligne du tableau ?

L'hélium, le néon et l'argon forment la famille des gaz nobles. Quelle propriété chimique partagent-ils tous ? Pourquoi, à votre avis, les appelle-t-on « nobles » ?

Dans les feux d'artifice, les sels de lithium donnent des étincelles rouges, ceux de sodium jaunes et ceux de potassium lilas. Ces trois éléments sont dans la première colonne du tableau périodique. La figure montre la colonne du tableau où ils sont placés.

1. a) Comment s'appelle la famille à laquelle ils appartiennent ?
2. b) Citer une propriété que partagent ces métaux.

Le chlore qui désinfecte l'eau des piscines et le fluor de certains dentifrices sont dans la même colonne du tableau, le groupe $17$.

1. a) Comment s'appelle cette famille ?
2. b) Citer une propriété que partagent ses éléments.

Le francium ($\text{Fr}$) se trouve dans la première colonne du tableau périodique, sous le lithium, le sodium et le potassium. Sans rien savoir d'autre sur lui, prévoir :

1. a) Sera-t-il un métal ou un non-métal ?
2. b) Réagira-t-il facilement avec l'eau ?
3. c) Sera-t-il un métal mou ou dur ?

Justifier chaque prévision en utilisant la position du francium dans le tableau.

Le dirigeable Hindenburg, en $1937$, était rempli d'hydrogène pour voler et a brûlé en quelques secondes. Aujourd'hui, les ballons-sondes sont remplis d'hélium.

1. a) À quelle famille du tableau appartient l'hydrogène : aux gaz nobles ou à une autre ? Et l'hélium ?
2. b) En utilisant les familles du tableau, expliquer pourquoi l'hélium est beaucoup plus sûr que l'hydrogène pour cet usage, même s'il est plus cher.

Un élément inconnu est un gaz incolore qui ne réagit avec aucune autre substance et qui est placé dans la dernière colonne du tableau périodique.

1. a) À quelle famille appartient-il ?
2. b) Citer deux éléments qui pourraient convenir.
3. c) Citer un usage quotidien de l'un d'eux et le relier à ses propriétés.

Au laboratoire, lorsqu'on jette un petit morceau de lithium dans l'eau, cela bouillonne doucement ; le sodium se déplace rapidement à la surface de l'eau et le potassium va jusqu'à produire des étincelles. Les trois sont dans la même colonne du tableau, l'un sous l'autre.

1. a) Quelle tendance suit la réactivité de ces métaux en descendant dans le groupe ?
2. b) Le rubidium est sous le potassium. Prévoir ce qui se passera en le jetant dans l'eau et justifier.

Le néon brille dans les enseignes lumineuses et l'argon remplit l'intérieur de nombreuses ampoules. Les deux se trouvent dans la même colonne du tableau. De plus, on sait que les éléments d'une même colonne ont le même nombre d'électrons sur leur couche externe. La figure montre leurs modèles atomiques.

1. a) Quelle propriété le néon et l'argon partagent-ils du fait qu'ils appartiennent à la même colonne ?
2. b) Utiliser la donnée sur les électrons de la couche externe pour expliquer pourquoi les éléments d'une même colonne ont des propriétés aussi semblables.

L'eau est un corps pur, tout comme l'oxygène, et pourtant seul l'oxygène est un élément.

Le montage de la question b) est celui de la figure.

1. a) Expliquer pourquoi l'eau ne peut pas être un élément, en pensant aux types d'atomes qui la forment.
2. b) Lorsqu'on fait passer un courant électrique dans l'eau, celle-ci se décompose. Quels deux éléments obtient-on ? Expliquer ce que cette expérience démontre sur la nature de l'eau.