Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Chapitre 1 : Les alcalins et les alcalino-terreux Introduction Le mot alcalin d

Chapitre 1 : Les alcalins et les alcalino-terreux Introduction Le mot alcalin dérive de « alcali » de l’arabe al-qâly qui veut dire la soude. Il désigne tous les éléments du 1er groupe ou de la première colonne du tableau périodique sauf l’hydrogène. Les alcalins représentent les éléments suivants : lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), césium (Cs) et le francium (Fr). Le francium, découvert par Perey en 1939 est radioactif. La famille des alcalino-terreux est composée des éléments chimiques du 2è groupe du tableau périodique. Ce sont: béryllium (Be), magnésium (Mg), calcium (Ca), strontium (St), baryum (Ba) et radium (Ra). Le radium étant radioactif est obtenu par désintégration naturelle de l’uranium. Il a été découvert en 1888 et isolé par Pierre et Marie Curie. Ce nom vient du terme « métaux de terre » décrivant les métaux qui résistent au feu, les oxydes de métaux alcalino-terreux demeurant solides à des températures très élevées. L’appellation alcalino-terreux est également liée au fait que la position de ces éléments est comprise entre celle des alcalins et celle des terres rares. I. Configuration électronique La configuration électronique périphérique des alcalins et des alcalino-terreux étant respectivement de ns1 et ns2 indique que :  tous les éléments de la famille des alcalins possèdent un seul électron sur le dernier niveau d’énergie.  tous les éléments de la famille des alcalino-terreux possèdent deux électrons sur le dernier niveau d’énergie. Tableau 1 : Nom, symbole, numéro atomique et structure électronique des alcalins. Elément Symbole N.A Structure électronique Lithium Li 3 [He]2s1 Sodium Na 11 [Ne]3s1 Potassium K 19 [Ar]4s1 Rubidium Rb 37 [Kr]5S1 Césium Cs 55 [Xe]6s1 Francium Fr 87 [Rn]7s1 Tableau 2 : Nom, symbole, numéro atomique et structure électronique des alcalino- terreux. Elément Symbol e N.A Structure électronique Béryllium Be 4 [He]2s2 Magnésium Mg 12 [Ne]3s2 Calcium Ca 20 [Ar]4s2 Strontium Sr 38 [Kr]5s2 Baryum Ba 56 [Xe]6s2 Radium Ra 88 [Rn]7s2 N.A : Numéro atomique II. Propriétés physiques Les alcalins et les alcalino-terreux, étant des métaux, possèdent des propriétés physiques en commun avec celles des autres métaux. Ils sont : - de couleur blanc-argenté, d’éclat brillante (sauf le césium qui est jaune doré) - dans les CNTP solides mais sous forme de métaux mous. - ductiles (qui peut être allongé, étiré sans se rompre) et malléables - d’excellents conducteurs d’électricité et de chaleur Il est facile de les entailler avec un couteau. Ils montrent alors une surface brillante que l’oxydation fait ternir. 1. Les alcalins Les métaux alcalins sont légers, leur densité sont plus faibles que celles des autres métaux (Li, Na et K ont des densités plus faibles que celle de l’eau). Figure 1: Images de métaux alcalins Li Na K Rb Cs 2. Les métaux alcalino-terreux Les métaux alcalino-terreux sont moins légers comparés aux métaux alcalins, leurs températures de fusion sont plus élevées que celles des alcalins. Cette différence avec les alcalins découle de la présence de deux électrons de valence dans chaque atome, ce qui entraîne une liaison métallique plus forte que celles qu’on trouve dans les alcalins. Figure 2: Images de métaux alcalino-terreux 3. Quelques propriétés physiques des alcalins et des alcalino-terreux Des propriétés physiques des alcalins et des alcalino-terreux sont regroupés dans les tableaux suivants : Tableau 1: Propriétés physiques des alcalins Elément Li Na K Rb Cs Fr Mat 6,941 22,990 39,098 85,468 132,900 223,000 Rat (À) 1,23 1,57 2,03 2,16 2,35 - Ri (M+) (À) 0,60 0,95 1,33 1,48 1,69 - χPauling 0,98 0,93 0,82 0,82 0,79 - EI1 (eV) 5,39 5,14 4,34 4,18 3,89 - EI2 (eV) 75,62 47,29 31,81 27,15 25,1 - MV(g/cm-3) 0,534 0,968 0,890 1,532 1,930 1,870 Tfusion (°C) 181 98 63 39 28 27 Tébullition (°C) 1342 884 759 688 671 677 Ef (kj/mole) 2,93 2,64 2,40 2,20 2,10 - E° (volts) -3,030 -2,713 -2,925 -2,930 -2,920 - Tableau 2: Propriétés physiques des alcalino-terreux Elément Be Mg Ca Sr Ba Ra Mat 9,012 24,305 40,078 87,620 137,330 226,020 Rat (Ǻ) 1,05 1,50 1,80 2,00 2,15 - Ri (M2+) (Ǻ) 0,59 0,86 1,14 1,32 1,49 1,62 χPauling 1,57 1,31 1,00 0,95 0,89 0,90 EI1 (eV) 9,32 7,64 6,11 5,69 2,21 5,38 EI2 (eV) 18,20 15,03 11,87 11,03 10,00 10,15 Mv(g/cm-3) 1,850 1,738 1,550 2,540 3,510 5,500 Tfusion (°C) 1280 651 851 757 710 700 Tébullition (°C) 2500 1107 1494 1361 1850 1740 Ef (kj/mole) 15 8,9 8,6 8,2 7,8 - E° (volts) -1,85 -2,37 -2,87 -2,89 -2,91 - Mat : masse atomique Rat : rayon atomique Ri (M2+) : rayon ionique de l’ion M2+ χPauling: électronégativité de Pauling EI1: énergie de première ionisation (M → M+ + e-) EI2: énergie de deuxième ionisation (M+ → M2+ + e-) Mv : masse volumique Tfusion: température de fusion Tébullition: température d’ébullition Ef : enthalpie de fusion E° : potentiel redox standard a. Ceux qui augmentent lorsqu’on descend dans le groupe Les rayons atomiques et ioniques augmentent de même que la masse volumique graduellement au fur et à mesure que l’on descend dans le groupe. Les rayons ioniques sont nettement plus petits que leurs rayons atomiques correspondants parce que les atomes de ces éléments ont un électron (alcalins) ou deux électrons (alcalino-terreux) dans leur niveau s et qui se trouvent relativement loin du noyau et c’est la perte ces électrons qui forment l’ion. Les autres électrons de l’atome se retrouvent dans des niveaux plus près du noyau. Les électrons sont davantage attirés vers le noyau, ce qui réduit encore la dimension de l’ion. L’augmentation de la masse volumique indique ces éléments deviennent de plus en denses lorsqu’on descend dans le groupe. b. Ceux qui diminuent lorsqu’on descend dans le groupe L’électronégativité selon Pauling, les énergies de 1ère et 2ème ionisation, les températures de fusion et d’ébullition, l’enthalpie de fusion et le potentiel redox diminuent lorsqu’on descend dans le groupe, du lithium au césium et du Béryllium au radium. La première énergie d’ionisation des alcalins est basse, tandis que la seconde est beaucoup plus élevée. L’électron de leur couche externe est facile à arracher parce qu’il est bien protégé de l’attraction du noyau par les électrons qui remplissent toutes leurs couches internes. De ce fait, l’électron suivant est beaucoup plus difficile à extraire. La première énergie d’ionisation diminue au fur et à mesure que l’on descend dans le groupe parce que l’électron externe se trouve, d’un élément à un autre, à une plus grande distance du noyau et devient donc plus facile à arracher. 0 0,5 1 1,5 2 2,5 2 3 4 5 6 Rayons (Å) Niveau d'Energie (n) Alcalins Rat Ri (M+) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 2 3 4 5 6 Niveau d’Energie (n) Alcalino-terreux 0 1 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 7 (g/cm3) Niveau d'Energie (n) Masse volumique Alcalins Alcalino-terreux La première énergie d’ionisation des alcalins est basse, tandis que la seconde est beaucoup plus élevée. L’électron de leur couche externe est facile à arracher parce qu’il est bien protégé de l’attraction du noyau par les électrons qui remplissent toutes leurs couches internes. De ce fait, l’électron suivant est beaucoup plus difficile à extraire parce qu’il fait partie d’un niveau complètement rempli et qu’il se trouve plus près du noyau. Les énergies de première et deuxième ionisations diminuent à mesure que l’on descend dans le groupe (Z augmente) à cause de l’addition de couches électroniques 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 3 4 5 6 χ de Pauling Niveau d'Energie (n) Electronégativité Alcalino-terreux Alcalins 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 50 100 150 200 250 300 2 4 6 8 (°C) (°C) Niveau d'Energie (n) Alcalins T°fusion (°C) T°ébullition (°C) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 2 4 6 8 (°C) (°C) Niveau d'Energie (n) Alcalino-terreux 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 1 2 3 4 5 6 2 3 4 5 6 7 8 (eV) (eV) Niveaud'Energie (n) Alcalins E1ère I E2ème I 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 (eV) (eV) Niveau d'Energie (n) Alcalino-terreux supplémentaires. C’est l’effet distance. L’électron externe se trouve, d’élément en élément, à une plus grande distance du noyau et devient donc plus facile à arracher car de plus en plus libre. La figure 1 indique la variation de l’énergie d’ionisation dans la colonne des alcalins. Figure 3: Variation de l’énergie de première ionisation dans une même colonne : «Effet distance». L’accumulation des couches électroniques affaiblit la force d’attraction coulombienne entre le noyau et l’électron périphérique et rend ce dernier plus libre : l’énergie d’ionisation diminue c. Potentiel d’oxydo-reduction Le potentiel d’oxydoréduction ou potentiel redox est défini comme une grandeur thermodynamique qui mesure le pouvoir oxydant ou réducteur d’un système redox. Plus le système est oxydant, c'est-à-dire plus il est apte à se réduire en captant des électrons et plus le potentiel redox est uploads/Geographie/ chimie-minerale-2019-pdf.pdf