Familia de elemente chimice

Elementele chimice sunt grupate în mod tradițional mai mult sau mai puțin formale, în funcție de proprietățile fizice și chimice ale corpului lor simplu la starea standard . Unele dintre aceste grupări corespund definițiilor IUPAC , altele sunt utilizate de către chimiști fără ca o definiție riguroasă să le fie asociată; lista elementelor care le compun poate varia astfel de la o sursă la alta.

Grupări definite de IUPAC

Anumite coloane ale tabelului periodic al elementelor , numite grupuri , au primit denumiri standard, dintre care unele sunt încă în uz, în timp ce altele au căzut în desuetudine - în special în limba franceză, unde tendința este mai degrabă să se refere la grupuri după numărul lor în tabelul periodic mai degrabă decât după nume. IUPAC a definit câteva dintre aceste nume, precum și alte grupări de elemente chimice, rezumate în tabelul de mai jos:

Numele Grupului Elemente chimice implicate
Metale alcaline Elemente din grupa 1 a tabelului periodic cu excepția hidrogenului
Metale alcalino-pământoase Elemente din grupa 2 a tabelului periodic
Pnictogeni Elemente din grupa 15 din tabelul periodic
Calcogenii Elemente din grupa 16 din tabelul periodic
Halogen Elemente din grupa 17 a tabelului periodic
gaze nobile Elemente din grupa 18 din tabelul periodic
Lantanoizi Mai bine cunoscut sub numele de lantanide , gruparea elementelor din numărul atomic merge 57-71
Actinoizi Mai bine cunoscut sub numele de actinidelor , gruparea elementelor de numărul atomic merge 89-103
Pamant rar Scandiu , itriu și lantanide
Elemente de tranziție Definiția IUPAC: „  element chimic a cărui atomi au o incomplet d sub- electronic shell, sau care pot forma cationi ale căror d electronic sub-shell este incompletă.“ "

Grupări informale

Multe alte grupări de elemente chimice sunt utilizate în rândul chimiștilor și fizicienilor materialelor. Se pot menționa ca exemple metalele , metalele adevărate ( alcaline și alcalino-pământoase corespunzătoare grupelor 1 și 2 din Tabelul periodic), metalele refractare , metalele nobile , metalele din grupul platinei ( grupul platinei ), metalele grele (denumite tehnic metalice oligoelemente ), metale interne de tranziție (lantanide și actinide), metaloizi , metale sărace , nemetalice , transuranieni , transactinide sau chiar superactinide . Alte discipline au definit propriile tipologii de elemente chimice, cum ar fi clasificarea geochimică a elementelor , care se distinge lithophiles , siderophiles , chalcophiles și atmophiles .

Utilizarea chimiștilor nu urmează neapărat recomandările IUPAC. Astfel, terminologia recomandată lanthanoid și actinoid nu este folosită în general, mai ales în franceză, unde termenii lantanide și actinide sunt preferate  ; originea acestei recomandări IUPAC vine din confuzia, în engleză, între sufixul - ide al acestor familii de elemente și sufixul - ide specific anionilor în engleză ( clorură pentru clorură , sulfură pentru sulf , etc.). La fel, definiția elementelor de tranziție de către IUPAC exclude în mod clar grupa 12, care este însă covârșitor inclusă printre metalele de tranziție în majoritatea manualelor și lucrărilor academice.

Familii de elemente chimice

Dintre toate aceste definiții și utilizări, care uneori pot fi incompatibile între ele, consensul de pe Wikipedia în franceză a păstrat zece familii de elemente chimice , a căror definiție nu pretinde universalitatea. Acestea sunt :

Elementele a căror natură chimică este necunoscută nu sunt clasificate în niciuna dintre familiile zece definite mai sus: acestea sunt meitneriu , Darmstadtium , roentgeniu , nihonium , Fleroviu , moscovium , Livermoriu , Tennesse și oganesson .

Diferența dintre familii și grupuri

Familiile reținute aici, dacă sunt uneori omonime ale unui grup al tabelului periodic în sensul IUPAC, nu sunt totuși sinonime cu aceste grupuri. Intr - adevar, grupurile sunt coloanele din tabelul periodic , care pot primi , de exemplu , elemente chimice ipotetice, cum ar fi cele ale 8 - lea  perioada . Astfel, elementul 119 și elementul 120 sunt, prin definiție, elemente ale grupelor 1 și respectiv 2, dar nu sunt cu toate acestea un metal alcalin și un metal alcalin pământos  : proprietățile lor chimice nu sunt cunoscute, deoarece nu au fost niciodată observate , nu pot fi clasificate într-o familie de elemente chimice. În plus, hidrogenul aparține grupului metalelor alcaline, dar nu familiei metalelor alcaline: este clasificat în familia nemetalelor . În mod similar, oganesson aparține grupului de gaze nobile, deoarece se află în  coloana a 18- a a tabelului periodic, dar nu familiei de gaze nobile, deoarece natura sa chimică este necunoscută și, prin urmare, nu este stocată în nicio familie.

Variabilitatea în funcție de surse

Definiția acestor familii poate varia considerabil în funcție de autori. Acesta este în special cazul metalelor și metaloizilor săraci , a căror identificare se bazează pe proprietăți macroscopice, care pot fi ambigue și depind de alotropii luați în considerare.

Staniu , de exemplu, are o fază de α gri structură cubică de tip diamant stabil la temperaturi scăzute, având proprietăți lângă metaloizi unui metaloid , și o fază de β alb structura tetragonală având proprietățile unui metal slabă: această fază fiind stabilă la la temperatura camerei, staniu este în general considerat a fi un metal slab.

Seleniu este considerat în general un nemetal , dar poate fi , de asemenea , clasat printre metaloid datorită proprietăților sale de semiconductoare .

Astatin este un alt exemplu al unui element al cărui stocare într - o singură familie este complicat. Extrem de instabil, nu există niciodată în cantități macroscopice, astfel încât reacțiile chimice ale elementului pur sunt aproape imposibil de observat, iar proprietățile sale fizice sunt estimate prin interpolare și extrapolare din alte elemente chimice. Situate în grupul halogen, proprietățile chimice ale astatinei le extind parțial pe cele din familia halogenilor - în special chimia sa organică - în timp ce în anumite aspecte amintesc de cele ale metalelor, în timp ce proprietățile sale fizice sunt mai metalice decât cele ale iodului , deci că se încadrează mai degrabă în familia -metale decât în ​​cea a halogenului; strict vorbind, ar trebui clasificat atât între halogeni, cât și metaloizi.

Cazul elementelor de tranziție

La elementele din grupa 12 ( zinc , cadmiu , mercur și coperniciu ) sunt clasificate în general în rândul metalelor de tranziție , deși IUPAC exclude ele din această familie. Într - adevăr, în conformitate cu IUPAC, un element de tranziție este „un element chimic a cărui atomi au un incomplet d electronic subshell sau care pot forma cationi a căror d electronic subshell este incomplet“.

Coperniciul poate îndeplini această definiție datorită efectelor relativiste care stabilizează orbitalele 7s în detrimentul orbitalelor 6d: ionul Cn 2+ ar avea astfel o configurație [Rn] 7s 2 5f 14 6d 8 , cu consecință un strat 6d subincomplet; în soluție apoasă , ar fi probabil în starea de oxidare +2 sau chiar +4. Pe de altă parte, celelalte trei elemente ale grupului 12 prezintă întotdeauna un substrat complet d, astfel încât acestea nu pot fi considerate stricto sensu ca elemente de tranziție.

Cazul nemetalelor

Familia nemetalelor utilizate aici este mai restrictivă decât definiția obișnuită a nemetalelor, care include toate elementele chimice care nu sunt nici metale și nici metaloizi și, prin urmare, include halogeni și gaze nobile. Acesta corespunde elementelor uneori denumite în mod colectiv CHNOPS - în special în domeniul exobiologiei - adică carbon C, hidrogen H, azot N, oxigen O, fosfor P și sulf S, la care se adaugă aici seleniu Se: acestea sunt elementele chimice care alcătuiesc materia organică , numite uneori și organogeni din acest motiv.

Note

  1. Este foarte puțin probabil ca Oganesson să fie gazos în starea standard și este probabil mai reactiv chimic decât radonul .
  2. Izotopul său cel mai stabil se descompune cu un timp de înjumătățire de 8,1 ore . 
  3. O cantitate macroscopică de astatină ar fi vaporizată sub efectul căldurii intense degajate de dezintegrarea acestei substanțe.
  4. oficială de membru al mercurului familiei metalelor de tranziție poate fi stabilită prin existența unui compus la starea de oxidare mai mare de 2, apoi se mobilizează cel puțin un electron From undercoat 5 d . Acesta este exact cazul fluorurii de mercur (IV) HgF 4, în starea de oxidare +4, observată în 2007 într-o matrice criogenică de neon și argon la 4  K  ; totuși, acest compus nu a fost observat în anul următor în timpul unui experiment similar, în timp ce unii autori subliniază că, fiind observabil numai în condiții de neechilibru , nu ar fi foarte reprezentativ pentru chimia acestui element, care ar trebui, prin urmare, să fie considerat un slab. metal .

Referințe

  1. (în) Uniunea internațională de chimie pură și aplicată , Nomenclatura chimiei anorganice  : Recomandări IUPAC 2005 , Cambridge, RSC- IUPAC,2005, 366  p. ( ISBN  0-85404-438-8 , citiți online [PDF] ) , p.  51.
  2. (în) „  element de tranziție  ” Compendiu de terminologie chimică [„  Cartea de aur  ”], IUPAC 1997, versiune corectată online (2006-), ed. A 2- a  . :

    „  Element de tranziție: un element al cărui atom are un sub-shell d incomplet sau care poate da naștere la cationi cu un sub-shell incomplet.”  "
  3. (în) Clinton S. Nash , "  Proprietățile atomice și moleculare ale elementelor 112, 114 și 118  " , Jurnalul de chimie fizică A , vol.  109, nr .  15, Aprilie 2005, p.  3493-3500 ( PMID  16833687 , DOI  10.1021 / jp050736o , Bibcode  2005JPCA..109.3493N , citiți online )
  4. (în) Darleane C. Hoffman, Diana Lee și Valeria Pershina , „  Element transactinid Elements and Elements Future  ” , The Chemistry of the Actinide Elements and transactinide element , 2011, p.  1652-1752 ( ISBN  978-94-007-0210-3 , DOI  10.1007 / 978-94-007-0211-0_14 , Bibcode  2011tcot.book.1652H , citiți online )
  5. (în) Xuefang Wang Lester Andrews, Sebastian Riedel și Martin Kaupp , „  Mercurul este un metal de tranziție: prima dovadă experimentală pentru HgF 4  » , Angewandte Chemie International Edition , vol.  46, nr .  44,2007, p.  8371-8375 ( PMID  17899620 , DOI  10.1002 / anie.200703710 , citiți online )
  6. (în) John F. Rooms, Anthony V. Wilson, Ian Harvey, Adam J. Bridgemana și Nigel A. Young , „  Interacțiuni mercur-fluor: o matrice de izolare investigativă Hg ⋯ F 2 , HGF 2și HgF 4în matricile de argon  ” , Chimie fizicăFizică chimică , vol.  10, nr .  31,21 august 2008, p.  4594-4605 ( PMID  18665309 , DOI  10.1039 / B805608K , Bibcode  2008PCCP ... 10.4594R , citiți online )
  7. (în) William B. Jensen , „  Este acum un element de tranziție cu mercur?  ” , Journal of Chemical Education , vol.  85, nr .  9, septembrie 2008, p.  1182 ( DOI  10.1021 / ed085p1182 , Bibcode  2008JChEd..85.1182J , citiți online )
  8. (în) Emma Newton, Howell GM Edwards, David Wynn-Williams și Julian A. Hiscox , „  Prospectare exobiologică  ” , Astronomy & Geophysics , vol.  41, nr .  5, Octombrie 2000, p.  28-39 ( DOI  10.1046 / j.1468-4004.2000.41528.x , Bibcode  2000A & G .... 41e..28N , citiți online )


  1 2                               3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1  H     Hei
2  Li Fi   B VS NU O F Născut
3  n / A Mg   Al da P S Cl Ar
4  K Aceasta   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Sau Cu Zn Ga GE As Vezi Fr Kr
5  Rb Sr.   Da Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD În Sn Sb Tu Eu Xe
6  Cs Ba   Acest Relatii cu publicul Nd P.m Sm A avut Doamne Tb Dy Ho Er Tm Yb Citit Hf Ta W Re Os Ir Pt La Hg Tl Pb Bi Po La Rn
7  Pr Ra   Ac Th Pa U Np Ar putea A.m Cm Bk Cf Este Fm Md Nu Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt. Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
8  119 120 *    
  * 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142  


Metale
  alcaline  
Pământ   alcalin   		  Lantanide     Metale de  
tranziție 		Metale
  slabe   		  metal-  
loids 		Non
  metale   		  gene   halo
 		Gazele
  nobile   		Elemente
  neclasificate  
Actinide
    Superactinide