Tableau périodique : périodicité chimique

La périodicité 周期性 signifie que les propriétés se répètent selon un motif régulier lorsqu'on parcourt chaque période 周期 du Tableau Périodique. La Période 3 (Na à Ar) en est l'exemple type.

Le point de fusion et la conductivité découlent de la structure et des liaisons :

• Na, Mg, Al sont des giant metallic 金属晶体. Les points de fusion augmentent (Na → Al) car chaque atome fournit davantage d'électrons délocalisés et les ions deviennent plus petits, ce qui renforce la liaison. Ils conduisent bien.
• Oui est giant molecular 原子晶体 (réseau covalent géant). Il a le point de fusion le plus élevé car il faut rompre des liaisons covalentes fortes. Il conduit très mal.
• P, S, Cl, Ar sont des simple molecular 分子晶体 (ou atomes simples). Leurs points de fusion sont faibles car seules les faibles van der Waals' forces 范德华力 entre les molécules sont vaincues — les fortes liaisons covalentes à l'intérieur de chaque molécule ne sont jamais rompues. Ils ne conduisent pas.

Nommez les van der Waals' forces lorsque vous expliquez cette chute : c'est le point clé, et « les liaisons covalentes sont faibles » est l'erreur qui fait perdre ce point. La fusion $\text{S}_8$ sépare les molécules entières les unes des autres ; elle n'atteint pas une seule liaison $\text{S–S}$. Leurs tailles suivent encore la molécule : $\text{S}_8$ fond à une température plus élevée que $\text{P}_4$ car il est plus grand, avec plus d'électrons et donc des forces de van der Waals plus fortes, tandis que $\text{Ar}$ (un atome unique) est le plus bas de tous.

Reactions with oxygen, chlorine and water

With oxygen:

With chlore:

With eau (only Na and Mg react):

Sodium réagit rapidement ; le magnésium réagit très lentement avec l'eau froide.

Oxidation number of the oxides and chlorides

Le oxidation number 氧化数 de l'élément de la période 3 dans son oxyde ou son chlorure augmente sur la période, car il correspond au nombre d'électrons 电子 de la couche externe (valence shell 价层) que l'atome utilise pour lier :

Les chlorures $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ montrent les nombres d'oxydation $+1$ à $+5$ de la même manière.

Oxides with water, and acid–base behaviour

Sur la période, les oxides 氧化物 changent de basique à acide :

Les oxydes métalliques (gauche) sont basiques ; les oxydes non métalliques (droite) sont acides. $\text{Al}_2\text{O}_3$ et son hydroxide 氢氧化物 $\text{Al(OH)}_3$ sont amphotères — ils réagissent avec les deux acides et bases :

Chlorides with water

• $\text{NaCl}$ et $\text{MgCl}_2$ sont ioniques. Ils se dissolvent simplement, donnant une solution quasi neutre.
• $\text{SiCl}_4$ et $\text{PCl}_5$ sont covalents. Ils subissent une hydrolyse 水解 (réaction avec l'eau) pour former des solutions acides et des fumées de $\text{HCl}$ :

Explaining the trends

Ces tendances découlent du changement de liaison et d'electronegativity 电负性. À gauche, les éléments sont des métaux à faible électronégativité, donc leurs oxydes et chlorures sont ioniques et basiques (ou neutres). À droite, ce sont des non-métaux à forte électronégativité, donc leurs oxydes et chlorures sont covalents et acides. Vous pouvez utiliser les propriétés d'un chlorure ou d'un oxyde (point de fusion, conductivité, effet sur l'eau) pour suggérer si sa liaison est ionique ou covalente.

Worked example. Prédictions du pH lorsque $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$ et $\text{SO}_3$ sont ajoutés à l'eau séparément. Le caractère acido-basique suit le passage du metal to non-metal métal vers non-métal sur la période 3. $\text{Na}_2\text{O}$ est ionique et basique : il se dissout pour donner $\text{NaOH}$, donc le pH est d'environ 13. $\text{SO}_3$ est covalent et acide : il réagit pour donner $\text{H}_2\text{SO}_4$, donc le pH est d'environ 1. $\text{Al}_2\text{O}_3$ se situe au point de transition - il est amphoteric et essentiellement insoluble dans l'eau, donc le pH reste d'environ 7. Le piège est ce dernier : amphotère ne signifie pas neutre, cela signifie que l'oxyde réagit avec les acides et les alcalis - il ne réagit simplement pas avec l'eau.

La même idée s'applique à tout groupe. Si vous connaissez le modèle sur un groupe et sur une période, vous pouvez :

• predict les propriétés d'un élément à partir de sa position (par exemple, un élément du Groupe 1 sera un métal réactif formant un ion $+1$).
• deduce la position probable et l'identité d'un élément inconnu à partir de ses propriétés physiques et chimiques.

• Associez toujours la tendance à sa raison : le rayon atomique diminue sur la Période 3 (charge nucléaire croissante, blindage similaire).
• Expliquez le modèle de point de fusion par la structure : métallique géant (Na→Al), covalent géant (Si, le plus élevé), puis moléculaire simple ($\text{P}_4$, $\text{S}_8$, $\text{Cl}_2$) et monoatomique (Ar).
• Les oxydes passent de basiques → amphotères ($\text{Al}_2\text{O}_3$) → acides tout au long de la période ; reliez cela à la liaison ionique-covalente.
• Pour les réactions des oxydes/chlorures avec l'eau, donnez les produits et le pH résultant.