Lire le tableau périodique

Le tableau périodique est affiché dans toutes les salles de chimie, de Lomé à Genève. Beaucoup d'étudiants le regardent comme une liste à apprendre par cœur. Dans ce module, tu vas l'utiliser autrement : comme un outil de prévision. Si tu sais lire la place d'un élément, tu peux deviner sa taille, sa facilité à perdre ou à gagner des électrons, le type de liaisons qu'il forme. Dans cette première leçon, on apprend à lire le tableau : ce que disent les lignes, les colonnes et les grands blocs de couleur. Tu vas voir que tout découle des configurations électroniques du module 1.

Les éléments sont rangés dans l'ordre de leur numéro atomique, de l'hydrogène, Z égal un, jusqu'au plus lourd connu, Z égal cent dix-huit. Les lignes s'appellent des périodes, il y en a sept. Les colonnes s'appellent des groupes, numérotés de un à dix-huit selon la convention internationale actuelle. Tu croiseras encore d'anciens tableaux avec des chiffres romains et des lettres A et B : ce sont les mêmes colonnes, autrement numérotées. Le grand intérêt de ce rangement, c'est que les éléments d'une même colonne se ressemblent chimiquement. Au dix-neuvième siècle, Mendeleïev s'en est servi pour annoncer des éléments qu'on n'avait pas encore découverts.

Le numéro de la période te dit dans quelle couche se trouvent les électrons de valence. Le sodium est dans la troisième période : sa configuration se termine par trois s un. Le potassium, juste en dessous, est dans la quatrième période : sa configuration se termine par quatre s un. Chaque nouvelle période commence quand on ouvre une nouvelle couche, et elle se termine par un gaz noble, dont la couche externe est pleine. Donc, si on te demande dans quelle période se trouve un élément, regarde le plus grand nombre n de sa configuration. Pour le fer, argon, quatre s deux, trois d six : c'est la période quatre.

Dans une même colonne, les éléments ont la même configuration externe, simplement sur une couche différente. Tous les éléments du groupe un finissent par n s un : lithium, sodium, potassium. Ceux du groupe deux finissent par n s deux. Pour les groupes treize à dix-huit, on ajoute des électrons p : le groupe quatorze, celui du carbone et du silicium, a quatre électrons de valence ; le groupe dix-sept, celui du chlore, en a sept. Pour ces groupes, la règle pratique est simple : retire dix au numéro du groupe. Voilà pourquoi le sodium et le potassium réagissent presque de la même façon avec l'eau : leur unique électron externe joue le même rôle, simplement une couche plus loin pour le potassium.

Regarde maintenant la forme du tableau. Elle n'a rien d'arbitraire : elle suit le remplissage des sous-couches. À gauche, deux colonnes forment le bloc s, où l'on remplit une sous-couche s. À droite, six colonnes forment le bloc p. Au centre, dix colonnes forment le bloc d, celui des métaux de transition comme le fer, le cuivre ou le zinc. Les deux lignes posées sous le tableau forment le bloc f, avec quatorze colonnes ; on les sort du tableau pour qu'il tienne sur une page. Deux, six, dix, quatorze : tu reconnais la capacité des sous-couches s, p, d et f.

Une ligne en escalier, qui part du bore et descend vers la droite, sépare deux grandes familles. À gauche et au centre, la grande majorité des éléments sont des métaux : brillants, bons conducteurs, ils ont tendance à perdre des électrons. En haut à droite se trouvent les non-métaux, comme le carbone, l'azote, l'oxygène ou le chlore, qui ont plutôt tendance à en gagner ou à les partager. Le long de l'escalier, les métalloïdes, comme le silicium, ont des propriétés intermédiaires : c'est ce qui fait du silicium le matériau des puces électroniques. Attention à l'hydrogène : il est placé en haut à gauche, mais c'est un non-métal.

Quel tableau utiliser ? L'Union internationale de chimie pure et appliquée, l'IUPAC, publie une version que tout le monde peut télécharger et imprimer librement. Sa dernière mise à jour date du 4 mai 2022. Les masses atomiques y sont données sous forme abrégée, à partir des valeurs officielles fixées en 2021. Pour les éléments qui n'ont aucun isotope stable dans la nature, le tableau indique entre crochets le nombre de masse de l'isotope qui vit le plus longtemps. Si tu utilises un vieux tableau trouvé dans un manuel, vérifie ses valeurs avec cette version : quelques masses ont été précisées ces dernières années. Depuis, la commission qui fixe les masses atomiques, la CIAAW, a encore révisé en 2024 celles du gadolinium, du lutétium et du zirconium : pour une valeur de référence à jour, consulte sa table en ligne.

Retiens que le tableau périodique est une carte des configurations électroniques. La période indique la couche de valence. Le groupe indique, pour les blocs s et p, le nombre d'électrons de valence, donc le comportement chimique. Les quatre blocs correspondent à la sous-couche qui se remplit en dernier. Et une ligne en escalier sépare les métaux, majoritaires, des non-métaux, avec les métalloïdes entre les deux. Avec ces repères, tu peux déjà dire beaucoup de choses d'un élément que tu ne connais pas. Dans la prochaine leçon, on va prévoir sa taille, en introduisant une notion clé : la charge nucléaire effective.