Les familles d’éléments chimiques

Les familles d'éléments chimiques
  1. Qu’est-ce qu’une famille d’éléments chimiques ?
  2. La famille des alcalins
  3. La famille des alcalino-terreux
  4. La famille des halogènes
  5. La famille des gaz nobles
  6. D’autres familles

Qu’est-ce qu’une famille d’éléments chimiques ?

Définition
Une famille d’éléments chimiques (aussi appelée série) est un ensemble d’éléments présentant des propriétés chimiques communes.

Certaines familles ( comme celles des alcalins, des alcalino-terreux, des halogènes ou des gaz nobles) regroupent des éléments appartenant à une même colonne du tableau périodique, elles correspondent donc à un groupe de ce tableau (chaque colonne du tableau est appelée « groupe », la première colonne est le groupe 1, la deuxième colonne est le groupe 2 etc)

Cette particularité est liée à l’une des règles de classement du tableau: les éléments placés dans une même colonne sont ceux qui disposent du même nombre d’électrons sur leur couche externe. Or les propriétés chimiques d’un élément dépendent essentiellement de ce nombre d’électrons, c’est lui qui influence sa réactivité et en particulier le nombre de liaisons qu’il peut former ou la structure électronique de ses ions stable. Ce n’est donc pas un hasard si certaines colonnes du tableau périodique coïncident avec des des familles.

Remarque

Par simplification les « familles d’éléments chimiques » sont simplement appelées « familles chimiques », elles sont à ne pas confondre avec les familles d’espèces chimiques qui sont définies à partir des groupes chimiques portés.

La famille des alcalins (ou métaux alcalins)

La famille des alcalins regroupe tout les éléments de la première colonne (groupe 1) du tableau périodique à l’exception de l’hydrogène.

Elle comprend donc les éléments suivant

  • le lithium (Li) Z=3
  • le sodium (Na) Z=11
  • le potassium (K) Z=19
  • le rubidium (Rb) Z=37
  • le césium (Cs) Z=55
  • le francium (Fr) Z=87

Les atomes alcalins ont tous un seul électron sur couche externe.

Les ions stables qu’il forment sont des cations ayant un électron en défaut et portant donc globalement une charge élémentaire positive.

Ainsi il forment les ion stables suivant:

  • lithium Li+
  • sodium Na+
  • potassium K+
  • rubidium Rb+
  • césium Cs+
  • francium Fr+

Les alcalins n’établissent pas de liaisons et ne forment donc pas de molécules, on les trouve sous forme:

  • de composé ionique, où leur cation est associé à des anions.
  • de cation dissous en solution
  • de métal gris plutôt mou qui réagit de manière violente avec l’eau

La famille des alcalino-terreux (ou métaux alcalino-terreux)

Cette famille comprend l’ensemble des éléments appartenant à la deuxième colonne (groupe II) du tableau périodique.

Elle regroupe donc les éléments suivant:

  • le béryllium (Be) Z=4
  • le magnésium (Mg) Z=12
  • le calcium (Ca) Z=20
  • le strontium (Sr) Z=38
  • le baryum (Ba) Z=56
  • le radium (Ra) Z=88

Sous leur forme atomique les alcalino-terreux possèdent tous deux électrons sur leur couche externes.

Les ions stables sont formés par perte des deux électrons de la couche externe, ce sont donc des cations présentant tous un défaut de deux électrons et portant globalement deux charges électriques élémentaires positives.

Les ions alcalino-terreux ont donc pour formule:

  • le béryllium Be2+
  • le magnésium Mg2+
  • le calcium Ca2+
  • le strontium Sr2+
  • le baryum Ba2+
  • le radium Ra2+

Les alcalino-terreux n’établissent pas de liaisons par conséquent ils ne forment de molécules, ils présentent en général sous forme:

  • d’ions dissous en solution
  • de composés ioniques où ils sont associée à des anions
  • de corps simples métalliques mous, de couleur grise qui comme les alcalins réagissent vivement avec l’eau.

La famille des halogènes

La famille des  halogène est constituée de tous les éléments de l’avant-dernière colonne du tableau périodique (groupe 17).

Les éléments qui en font donc partie sont donc les suivant:

  • le fluor (F) Z=9
  • le chlore (Cl) Z=17
  • brome (Br) Z=35
  • l’iode (I) Z=53
  • l’astate (At) Z=85

Sous leur forme atomique les halogènes possèdent tous 7 électrons sur leur couche externe et il leur en manque un pour avoir une structure électronique leur conférant une stabilité maximale. Par conséquent les atomes d’halogène cherchent à acquérir un électron soit en formant anion soit en établissant des liaisons.

Les ions stables formés par les halogènes sont des anions présentant un excès d’un électron et portant donc globalement une charge élémentaire négative.

Les ions halogènes (appelés ions halogénures) ont pour formule:

  • le fluor F
  • le chlore Cl
  • brome Br
  • l’iode I
  • l’astate At

Un atome halogène peut former une seule liaison, il peut dont donc former des molécules.

Les halogènes peuvent se présenter sous forme:

  • d’ions dissous en solution aqueuse
  • de composés ioniques où ils sont associés à un cation.
  • de molécules dihalogènes (difluor, dichlore, etc) où sont liés deux atomes du même halogènes.
  • de molécules organiques halogénées

La famille des gaz nobles (ou gaz rares)

Ce sont les éléments de la dernière colonne du tableau périodique (groupe 18).

La famille des gaz noble comporte les éléments suivant:

  • l’hélium (He) Z=2
  • le néon (Ne) Z=10
  • l’argon (Ar) Z=18
  • le krypton (Kr) Z=36
  • le xenon (Xe) Z=54
  • le radon (Rd) Z=86

Les atome de gaz rare possèdent tous 8 électrons sur leur couche externe et leur structure électronique leur confère une exceptionnelle stabilité par conséquent ils sont réfractaires à toutes modifications:

  • ils ne forment pas d’ions stables
  • ils n’établissent aucune liaison et par conséquent ne forment pas de molécules
  • ils ne participent à aucune transformation chimique.

C’est en raison de cette inertie chimique que les éléments de cette famille ont été appelés « gaz nobles », leur « noblesse » étant lié au fait qu’ils ne sont atteints d’aucune altérations, ils conservent sans « corruption » leur forme originelle.

Ils sont aussi appelés gaz rares en raison de leur rareté supposée à l’époque de leur découverte (bien que l’argon soit en proportion le troisième constituant le plus important de l’air). Ces éléments n’ont été découverts que tardivement, (ils étaient par exemple absents du premier tableau périodique réalisé par Dimitri Mendeleiev).

C’est l’analyse spectroscopique de la lumière solaire qui a permis en 1868 la découverte du premier élément connu de cette famille: l’hélium (qui tire d’ailleurs son nom du grec « helios » désignant le Soleil.

Les éléments de la famille des gaz nobles n’existent finalement que sous la forme de gaz monoatomiques (constitués d’atomes)

D’autres familles

Les autres familles d’éléments correspondent à des « blocs » du tableau périodique, ces familles sont:

  • les métaux de transition (éléments de la partie centrale du tableau dans les colonnes 3 à 12)
  • les métalloïdes ( bore, silicium, germaniun, arsenic, antimoine, tellure, polonium)
  • les métaux pauvres (aluminium, gallium, indium, étain, thallium, plomb et bismuth)
  • les non métaux (hydrogène, carbone, azote, oxygène, phosphore, soufre, sélénium)
  • les lanthanides (éléments de numéro atomique de 57 à 70 qui suivent le lanthane et sont traditionnellement notés dans une ligne distincte sous le tableau périodique)
  • les actinides (éléments de numéro atomique de 82 à 102 qui suivent l’actinium et sont notés à l’écart des autre des éléments, sous la ligne des lanthanides)

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