Bloc (tableau périodique) - Block (periodic table)

Blocs s, f, d et p dans le tableau périodique

Un bloc du tableau périodique est un ensemble d'éléments unifiés par les orbitales atomiques dans lesquelles se trouvent leurs électrons de valence ou leurs lacunes. Le terme semble avoir été utilisé pour la première fois par Charles Janet . Chaque bloc est nommé d'après son orbitale caractéristique : bloc s, bloc p, bloc d et bloc f.

Les noms de blocs (s, p, d et f) sont dérivés de la notation spectroscopique pour la valeur du nombre quantique azimutal d'un électron : sharp (0), principal (1), diffus (2) ou fondamental (3). Les notations suivantes procèdent par ordre alphabétique, comme g, h, etc.

Caractéristiques

La division en blocs se justifie par leur caractère distinctif : s se caractérise, sauf en H et He, par des métaux fortement électropositifs ; p par une gamme de métaux et de non-métaux très distinctifs, dont beaucoup sont essentiels à la vie ; d par des métaux à états d'oxydation multiples ; f par des métaux si similaires que leur séparation est problématique. Des déclarations utiles sur les éléments peuvent être faites sur la base du bloc auquel ils appartiennent et de leur position dans celui-ci, par exemple l'état d'oxydation le plus élevé, la densité, le point de fusion… L'électronégativité est plutôt systématiquement distribuée à travers et entre les blocs.

PJ Stewart
dans Fondements de la chimie, 2017

Il existe une correspondance approximative entre cette nomenclature de blocs, basée sur la configuration électronique , et des ensembles d'éléments basés sur des propriétés chimiques. Le bloc s et le bloc p ensemble sont généralement considérés comme des éléments du groupe principal , le bloc d correspond aux métaux de transition et le bloc f englobe presque tous les lanthanides (comme le lanthane ) et les actinides (comme l' actinium ). Tout le monde n'est pas d'accord sur l'appartenance exacte de chaque ensemble d'éléments. Par exemple, les éléments du groupe 12 zinc , cadmium et mercure sont souvent considérés comme le groupe principal, plutôt que le groupe de transition, car ils sont chimiquement et physiquement plus similaires aux éléments du bloc p qu'aux autres éléments du bloc d. Les éléments du groupe 3 sont parfois considérés comme des éléments du groupe principal en raison de leurs similitudes avec les éléments du bloc s. Les groupes (colonnes) du bloc f (entre les groupes 2 et 3) ne sont pas numérotés.

L'hélium est un élément du bloc s , avec ses électrons externes (et uniques) dans l' orbitale atomique 1s , bien que ses propriétés chimiques soient plus similaires à celles des gaz rares du bloc p du groupe 18 en raison de sa coquille complète.

bloc-s

…Na, K, Mg et Ca sont essentiels dans les systèmes biologiques. Certains… d'autres éléments du bloc s sont utilisés en médecine (par exemple Li et Ba) et/ou se présentent comme des contaminants mineurs mais utiles dans les bio-minéraux de Ca, par exemple Sr… Ces métaux n'affichent qu'un seul état d'oxydation stable [+1 ou +2]. Cela permet à [leurs]… ions de se déplacer dans la cellule sans… risque d'être oxydés ou réduits.

Wilkins RG et Wilkins PC (2003)
Le rôle du calcium et des cations comparables dans le comportement animal, RSC , Cambridge, p. 1

Le bloc s est sur le côté gauche du tableau périodique conventionnel et est composé d'éléments des deux premières colonnes plus un élément dans la colonne la plus à droite, les non-métaux hydrogène et hélium et les métaux alcalins (dans le groupe 1) et les métaux alcalino-terreux (groupe 2). Leur configuration de valence générale est n s 1–2 . L'hélium est un élément s, mais trouve presque toujours sa place à l'extrême droite dans le groupe 18 , au-dessus de l'élément p néon . Chaque ligne du tableau comporte deux éléments s.

Les métaux du bloc s (à partir de la deuxième période ) sont pour la plupart mous et ont généralement des points de fusion et d'ébullition bas. La plupart donnent de la couleur à une flamme.

Chimiquement, tous les éléments s à l'exception de l' hélium sont hautement réactifs. Les métaux du bloc s sont hautement électropositifs et forment souvent des composés essentiellement ioniques avec les non-métaux, en particulier avec les non-métaux halogènes hautement électronégatifs.

p-bloc

Le bloc p se trouve sur le côté droit du tableau périodique standard et englobe les éléments des groupes 13 à 18. Leur configuration électronique générale est n s 2 n p 1-6 . L'hélium , bien qu'étant le premier élément du groupe 18, n'est pas inclus dans le bloc p. Chaque ligne du tableau a une place pour six éléments p, à l'exception de la première ligne (qui n'en a pas).

Aluminium (métal), numéro atomique 13
Silicium (métalloïde), numéro atomique 14
Phosphore (non métallique), numéro atomique 15

Ce bloc est le seul à avoir les trois types d'éléments : métaux , non - métaux et métalloïdes . Les éléments du bloc p peuvent être décrits groupe par groupe comme : groupe 13, les icosagènes ; 14, les cristallogènes ; 15, les pnictogènes ; 16, les chalcogènes ; 17, les halogènes ; et 18, le groupe de l' hélium , composé des gaz rares (hors hélium) et de l' oganesson . Alternativement, le bloc p peut être décrit comme contenant des métaux de post-transition ; métalloïdes; les non-métaux réactifs, y compris les halogènes ; et les gaz rares (à l'exclusion de l'hélium).

Les éléments du bloc p sont unifiés par le fait que leurs électrons de valence (les plus externes) se trouvent dans l'orbitale p. L'orbitale p se compose de six formes lobées provenant d'un point central à des angles régulièrement espacés. L'orbitale p peut contenir un maximum de six électrons, il y a donc six colonnes dans le bloc p. Les éléments de la colonne 13, la première colonne du bloc p, ont un électron orbital p. Les éléments de la colonne 14, la deuxième colonne du bloc p, ont deux électrons orbitaux p. La tendance se poursuit ainsi jusqu'à la colonne 18, qui possède six électrons orbitaux p.

Le bloc est un bastion de la règle de l' octet dans sa première ligne, mais les éléments des lignes suivantes affichent souvent une hypervalence . Les éléments du bloc p présentent des états d'oxydation variables différant généralement par des multiples de deux. La réactivité des éléments d'un groupe diminue généralement vers le bas. Ce n'est pas le cas dans le groupe 18, où la réactivité augmente dans la séquence suivante : Ne < He < Ar < Kr < Xe < Rn < Og (bien que l'hélium, qui casse la tendance, ne fasse pas partie du bloc p ; par conséquent, le la portion de bloc p du groupe 18 est conforme à la tendance).

L'oxygène et les halogènes ont tendance à former plus de composés ioniques avec les métaux ; les non-métaux réactifs restants ont tendance à former des composés plus covalents, bien que l'ionicité soit possible lorsque la différence d'électronégativité est suffisamment élevée (par exemple Li 3 N ). Les métalloïdes ont tendance à former des composés covalents ou des alliages avec des métaux.

d-bloc

Les  éléments ... présentent une similitude horizontale dans leurs propriétés physiques et chimiques ainsi que la relation verticale habituelle. Cette similitude horizontale est si marquée que la chimie de la première  ... série  ... est souvent discutée séparément de celle des deuxième et troisième séries, qui se ressemblent davantage qu'à la première série.

Kneen WR, Rogers MJW et Simpson P 1972
Chimie : faits, modèles et principes, Addison-Wesley, Londres, pp. 487-489 

Le bloc d est au milieu du tableau périodique et englobe les éléments des groupes 3 à 12; il démarre en 4ème période . La plupart ou tous ces éléments sont également appelés métaux de transition car ils occupent une zone de transition dans les propriétés, entre les métaux fortement électropositifs des groupes 1 et 2 et les métaux faiblement électropositifs des groupes 13 à 16. Groupe 3 ou groupe 12, tandis que toujours comptés comme des métaux du bloc d, ne sont parfois pas comptés comme des métaux de transition car ils ne présentent pas les propriétés chimiques caractéristiques des métaux de transition, par exemple, des états d'oxydation multiples et des composés colorés.

Les éléments du bloc d sont tous des métaux et la plupart ont un ou plusieurs électrons orbitaux d chimiquement actifs. Comme il existe une différence relativement faible dans l'énergie des différents électrons de l'orbitale d, le nombre d'électrons participant à la liaison chimique peut varier. Les éléments du bloc d ont tendance à présenter deux ou plusieurs états d'oxydation, différant par des multiples d'un. Les états d'oxydation les plus courants sont +2 et +3. Le chrome , le fer , le molybdène , le ruthénium , le tungstène et l' osmium peuvent avoir des indices d'oxydation aussi bas que -4 ; l'iridium a la particularité singulière d'être capable d'atteindre un état d'oxydation de +9.

Les orbitales d (quatre en forme de trèfle à quatre feuilles et la cinquième en haltère entouré d'un anneau) peuvent contenir jusqu'à cinq paires d'électrons.

f-bloc

En raison de leur structure électronique complexe, des effets significatifs de la corrélation des électrons et des importantes contributions relativistes, les éléments du bloc f sont probablement le groupe d'éléments le plus difficile pour la théorie de la structure électronique. 

Dolg M 2015 (éd.)
Méthodes computationnelles en chimie des lanthanides et des actinides, John Wiley & Sons, Chichester, p. xvii

Le bloc f apparaît comme une note de bas de page dans un tableau standard de 18 colonnes, mais est situé au centre gauche d'un tableau pleine largeur de 32 colonnes. Bien que ces éléments ne soient généralement pas considérés comme faisant partie d'un groupe , certains auteurs les considèrent comme faisant partie du groupe 3. Ils sont parfois appelés métaux de transition internes car ils assurent une transition entre le bloc s et le bloc d dans les 6e et 7e rangées. (période), de la même manière que les métaux de transition du bloc d fournissent un pont de transition entre le bloc s et le bloc p dans les 4e et 5e rangées.

Les éléments du bloc f se présentent en deux séries, dans les périodes 6 et 7. Tous sont des métaux. Les électrons de l'orbitale f sont moins actifs dans la chimie des éléments du bloc f de période 6, bien qu'ils y apportent une certaine contribution : ils sont assez similaires les uns aux autres. Ils sont plus actifs au début de la période 7 éléments du bloc f, où les énergies des coques 5f, 7s et 6d sont assez similaires; par conséquent, ces éléments ont tendance à montrer autant de variabilité chimique que leurs analogues de métaux de transition. Les derniers éléments du bloc f se comportent davantage comme leurs homologues de la période 6.

Les éléments du bloc f sont unifiés en ayant principalement un ou plusieurs électrons dans une orbitale f interne. Parmi les orbitales f, six ont six lobes chacune et le septième ressemble à un haltère avec un beignet à deux anneaux. Ils peuvent contenir jusqu'à sept paires d'électrons, le bloc occupe donc quatorze colonnes du tableau périodique. On ne leur attribue pas de numéros de groupe, car les tendances périodiques verticales ne peuvent pas être discernées dans un "groupe" de deux éléments.

Les deux rangées de 14 membres des éléments du bloc f sont parfois confondues avec les lanthanides et les actinides , qui sont des noms pour des ensembles d'éléments basés sur des propriétés chimiques plus que sur des configurations électroniques. Les lanthanides sont les 15 éléments allant du lanthane (La) au lutécium (Lu) ; les actinides sont les 15 éléments allant de l' actinium (Ac) au lawrencium (Lr).

bloc g

Un bloc g est prévu pour commencer à proximité de l' élément 121 . Bien que les orbitales g ne devraient pas commencer à remplir l'état fondamental avant l'élément 124-126 (voir le tableau périodique étendu ), elles sont probablement déjà suffisamment faibles en énergie pour commencer à participer chimiquement à l'élément 121, similaire à la situation du 4f et les orbitales 5f.

Symétrie

Les quatre blocs peuvent être réarrangés de telle sorte qu'ils s'adaptent, à égale distance, à l'intérieur d'un tétraèdre régulier .

Voir également

Les références

Liens externes

Le tableau périodique des éléments tétraédrique . Animation montrant une transition de la table conventionnelle dans un tétraèdre.