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A) Rappel du cours «Métaux Alcalins» I) Etat naturel. Les métaux alcalins sont

A) Rappel du cours «Métaux Alcalins» I) Etat naturel. Les métaux alcalins sont les éléments chimiques de la première colonne (groupe 1, sauf l'hydrogène) du tableau périodique des éléments. Le 3Li (lithium), le 11Na (sodium), le 19K (potassium), le 37Rb (rubidium), le 55Cs (césium) et le 87Fr (francium) sont des métaux alcalins. Très réactifs, ils ne se trouvent jamais à l'état élémentaire dans le milieu naturel, et réagissent immédiatement en présence d'humidité ; on les conserve immergés dans de l'huile minérale, par exemple de l'huile de vaseline. Le mot alcalin provient, du mot alcali, de l'arabe al-qily signifiant la soude. II) Préparation au laboratoire et industrielle: On les trouve exclusivement sous forme ionique dans les sels soit dissolus dans l'eau ou dans des dépôts de sels (des salines). Extraction: Les métaux alcalins sont extraits à travers l'électrolyse à partir de leurs sels. Ce processus oblige les ions des métaux alcalins à reprendre l'électron. Il se forme de nouveau les éléments très réactifs. III) Propriétés physiques et chimiques III-1-Propriétés physiques Les métaux alcalins sont de couleur argentée (le césium a toutefois des reflets dorés), mous, leur point de fusion est bas et leur densité est faible. Leur configuration électronique est caractérisée par la présence d'un électron unique ns1, Ils le perd facilement et forment des cations. (Ils ont le potentiel d'ionisation le plus bas de leur période). Les vapeurs de métaux alcalins (ou de leurs ions) excités par la chaleur ou l'électricité émettent des couleurs caractéristiques. Les couleurs caractéristiques sont :  lithium : rose fuchsia intense ; de fait très utilisé en pyrotechnie, (science de la combustion des matériaux sans participation de l'oxygène de l'air.)  sodium : jaune-orangé intense ; utilisé en pyrotechnie et dans les ampoules d'éclairages publics,  potassium : mauve pâle. III-2-Propriétés chimiques III-2-1-Réaction avec les halogènes, avec l'eau Ils réagissent facilement avec les halogènes pour former des sels ioniques, et avec l'eau pour former des hydroxydes fortement basiques. Exemple avec le sodium: 2Na(s)+2H2O(l)→2NaOH(aq)+H2(g) La réaction est violente, très exothermique, très dangereuses (inflammation ou explosion du H2 avec une flamme jaune). Avec le potassium, la flamme est de couleur lilas. III-2-2-Réaction dans l'ammoniac Les métaux alcalins se dissolvent dans l'ammoniac liquide donnant des solutions bleues Na(s)+NH3(l)→Na+(solv)+e−(solv). Les électrons libres font de ces solutions de très bons agents réducteurs. III-2-3-Réaction avec le dihydrogène Avec le H2, les alcalins forment des hydrures. 2Na(s)+H2(g) → 2NaH(s) (Très instables en solution). Ces hydrures de caractère très basique réagissent sur l'eau pour former de l’H2 et des hydroxydes. NaH(s)+H2O(l)→Na+(aq)+OH−(aq)+H2(g) Na+(aq)+OH−(aq)=NaOH(aq) III-2-4-Réaction avec le dioxygène (O2). Avec l’O2, les métaux alcalins forment un oxyde, soluble dans l'eau. (favorisée par le chauffage) 4Na(s)+O2(g)→2Na2O(s) (formation de l'oxyde) 2Na(s)+O2 (g)→Na2O2 (s) (formation du peroxyde) Na(s)+O2 (g)→NaO2 (s) (formation de l'hyperoxyde) La solvatation de l'oxyde conduit à la déprotonation de l'eau : Na2O(s)+H2O(l)→2Na+(aq)+2OH−(aq) Les peroxydes et hyperoxydes se dismutent en dioxygène et en oxyde. IV) Utilisation : - Rubidium = rouge foncé = spectre de flamme - Césium = bleu ciel = spectre de flamme. - Francium = découvert par un Français (radioactif) (Perey, 1939). * Importance naturelle : Na est un des constituants important de la lithosphère : sous forme de NaCl, dissous dans les océans et à l'état de roche dans les mines de sel gemme. * Importance en thérapeutique : Li : médicament minéral = psychose maniaco-dépressive. * Importance en biologie : Na et K = électrolytes : Na = rétention d'eau, K = excrétion d'eau => importance en cardiologie : angine de poitrine et infarctus, diminuer et éviter les œdèmes. * Importance en chimie : NaOH (soude) et KOH (potasse) => bases fortes. * Importance au laboratoire : le sodium est utilisé comme déshydratant (pour l'éther). Il sert aussi à activer les alcools => alcoolates. Module : Chimie Minérale Descriptive (Semestre 3) Filière : Génie des Procédés Cycle : L.M.D 2020-2021 Séance de Révision n° 3 : Métaux Alcalins B) Série des exercices «Métaux Alcalins » Exercice n°1. Le sodium métallique Na réagit avec l’eau pour donner des ions sodium Na+ , des ions hydroxyde OH et du dihydrogène H2 a. Proposer un métal qui réagit de façon analogue avec l’eau. Justifier votre choix. b. Préciser les noms et les formules des réactifs et des produits de cette seconde réaction chimique. c. Écrire l’équation de la réaction entre l’eau et le sodium. Quels sont les précautions à respecter pour le stockage et pour la manipulation du sodium métallique ? d. Donner trois arguments permettant d’affirmer que le sodium fait partie de la famille des alcalins Exercice n°=2 : 1- Citer les éléments appartenant à la famille des alcalins. 2- Quelle est la place dans la classification périodique de la famille des alcalins ? 3- Donner la configuration électronique à l’état fondamental des alcalins. Exercice n°=3 : 1- Quel est le chiffre romain correspondant à la famille des alcalins sur le tableau périodique 2- Pourquoi appelle-t-on les éléments de la famille du lithium des alcalins ? 3- À quelle famille appartient l’hydrogène ? Expliquez, on comparant entre la famille des halogènes et la famille des alcalins 4- Le sodium est l’élément chimique qui suit le néon dans le tableau de classification périodique. a. Quel est son numéro atomique ? b. À quelle famille chimique appartient-il ? Corrigé Série des exercices Corrigé Exercice n°1: a. L’élément chimique correspondant à l’atome de sodium est situé dans la première colonne de la classification périodique. Un élément de la même famille possède des propriétés chimiques identiques. L’atome de potassium situé au-dessous du sodium possède des propriétés chimiques identiques à l’atome de sodium. b. Le potassium métallique K réagit avec l’eau pour donner des ions potassium K+ , des ions hydroxyde HO- et du dihydrogène H2. c. Le sodium est un réducteur qui appartient à la famille des alcalins. Il cède très facilement son seul électron de valence : Na = Na+ + e Le sodium réduit l’eau, il y a un dégagement de dihydrogène : H2O(l) + e- = ½ H2(g) + OH- (aq) Finalement : Na(s) + H2O(l) = ½ H2(g) + HO- (aq) + Na+ (aq) Le sodium réagissant violemment avec l’eau sera conservé dans l’huile, sans aucune trace d’eau. Avant de l’utiliser, on essuiera le morceau afin d’enlever l’huile, et on le décapera pour enlever la couche d’oxyde qui le protège. On portera bien entendu gants et lunettes. Corrigé Exercice n°2: 1- Le lithium Li; le sodium Na, le potassium K, le rubidium Rb, le césium Cs, le francium, Fr. 2- les alcalins sont les éléments de la première colonne du tableau périodique. 3- Les alcalins: possèdent une sous-couche s ouverte; leur configuration fondamentale est [G.R.] ns1. Suivant la valeur de n, on a successivement : n = 2 : lithium Li, [He] (2s)1 ; n = 3 : sodium Na, [Ne] (3s)1 ; n = 4 : potassium K, [Ar] (4s)1 ; n = 5 : rubidium Rb, [Kr] (5s)1 ; n = 6 : césium Cs, [Xe] (6s)1 . (Le francium, Fr, [Rn] (7s)1, est un élément radioactif). Corrigé Exercice n°3: 1- Le chiffre romain correspondant à la famille des alcalins sur le tableau périodique est IA 2- On appelle les éléments de la famille du lithium des alcalins car lorsqu’ils sont en contact avec l’eau ils forment une solution basique. 3- Il n’appartient à aucune famille. Il réagit parfois comme un alcalin et parfois comme un halogène. 4- a. Les éléments chimiques sont classés par ordre croissant de leurs numéros atomiques. Puisque le sodium fait suite au néon dans le tableau périodique, son numéro atomique est donc : Z = 11 . b. L’atome de sodium, électriquement neutre, a 11 protons et 11 électrons. Sa configuration électronique est : K2 L8 M1. Cet atome a un seul électron périphérique ; le sodium est donc dans le groupe I et appartient à la famille des métaux alcalins. uploads/s3/ chimie-metaux-alcalins.pdf