Groupes et périodes

Le lithium, le sodium et le potassium sont dans la même colonne, et tous les trois ont exactement un électron sur leur couche externe.

Lâche un petit morceau de lithium dans l'eau : il pétille doucement. Le sodium file à la surface et peut s'enflammer. Le potassium s'embrase presque aussitôt d'une flamme lilas. Trois métaux différents, trois versions de la même réaction, de plus en plus violentes. Tous les trois sont dans le groupe 1 du tableau, l'un au-dessus de l'autre. La colonne a réuni des éléments qui se ressemblent, et l'ordre dans la colonne te dit lequel réagit le plus fort.

Un groupe partage ses électrons externes

La chimie se passe à l'extérieur des atomes. Quand deux atomes se rencontrent, ce sont les électrons de la couche la plus externe, appelés électrons de valence, qui sont cédés, captés ou partagés. Les éléments d'un même groupe principal ont le même nombre d'électrons de valence. Les atomes du groupe 1 en ont 1, ceux du groupe 2 en ont 2, et dans le bloc p on obtient le numéro du groupe moins 10 : le groupe 13 en a 3, le groupe 17 en a 7 et le groupe 18 en a 8. L'hélium fait exception, avec une première couche complète de 2.

Comme les électrons externes sont les mêmes, la chimie est la même. Chaque métal du groupe 1 forme avec le chlore un composé dans un rapport un pour un : LiCl, NaCl, KCl. Chaque métal du groupe 2 a besoin de deux atomes de chlore : MgCl₂, CaCl₂. Connais bien un membre d'un groupe et tu pourras deviner correctement le comportement des autres. La légende du modèle éclaire une famille à la fois pour que tu voies où chacune se trouve.

Une période ajoute une couche

Le numéro de la période indique combien de couches électroniques sont occupées. Le sodium est dans la période 3, et ses 11 électrons se répartissent en 2, 8, 1 : trois couches. Le potassium, une ligne plus bas dans la période 4, a 19 électrons répartis en 2, 8, 8, 1 : quatre couches. Quand on avance dans une période, chaque élément a un proton et un électron de plus que le précédent, et le nouvel électron va en général sur la même couche externe jusqu'à ce qu'elle soit pleine. La période suivante commence alors avec une nouvelle couche.

Cela explique aussi pourquoi le potassium réagit plus violemment que le sodium. Son unique électron externe est une couche plus loin du noyau et il est masqué par davantage d'électrons internes : il est donc moins retenu et plus facile à perdre. En descendant le groupe 1, chaque pas ajoute une couche et rend le métal plus réactif. Le césium, presque en bas, explose dans l'eau.

Plusieurs groupes portent des noms de famille que tu croiseras sans cesse. Le groupe 1 (sans l'hydrogène) réunit les métaux alcalins, le groupe 2 les métaux alcalino-terreux, le groupe 17 les halogènes et le groupe 18 les gaz nobles. Les groupes 3 à 12 forment ensemble les métaux de transition. Là, compter les électrons externes est moins simple, car les électrons s'ajoutent à une sous-couche d interne pendant que la couche externe reste à un ou deux. C'est pour cela que le fer, le cobalt et le nickel, côte à côte dans une même période, se ressemblent plus que les membres d'un groupe principal ne ressemblent à leurs voisins de ligne.

La configuration électronique sur la fiche

La fiche du modèle donne la configuration électronique de chaque élément en écriture abrégée. Pour le sodium, on lit [Ne]3s¹. La partie entre crochets signifie « les mêmes électrons internes que le néon », et 3s¹ veut dire un électron dans l'orbitale s de la troisième couche. Le chlore s'écrit [Ne]3s² 3p⁵, ce qui fait 7 électrons sur la troisième couche. Tous les éléments du groupe 17 se terminent par s² p⁵, d'où leur grande ressemblance. Tu n'as pas besoin d'apprendre ces écritures par cœur, mais il est utile de voir que la fin se répète le long d'une colonne.