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Description de la classification périodique

1/Définitions

Atome : entité électriquement neutre, constituée d’un noyau chargé positivement et l’électrons chargés négativement enmouvement autour du noyau.

Le noyau est constitué de A nucélons : Z protons, (A – Z) neutrons. Il y a Z électrons autour du noyau.
- A = nombre de masse / nombre de nucléons
- Z = nombre de charge / numéro atomique / nombre de protons

La charge d’un proton est : e = 1.6 × 10-19 C, elle est opposée à celle de l’électron qui est –e.
Par ailleurs, mp mn ~ 1.67 10-27 kg ≫ me.

Isotope : même numéro atomique Z mais nombre de masse A différent soit un nombre de neutrons différent.
Exemples : C

Elément : entité chimique caractérisée par le nombre de protons dans le noyau.

Un élément peut se retrouver sous différentes formes : atomes isotopes, ions, corps simples, corps composés.

Corps simple : molécule composée d’un seul élément
Exemples : O2, O3, N2

Corps composé : molécule composée de plusieurs éléments
Exemples : CO2, HCl

2/ La classification périodique

Mendeleïev établit en 1869 sa classification avec une soixantaine d’éléments. Il les classe par masse atomique croissante dans un tableau de manière à ce que les éléments d’une même colonne aient des propriétés voisines. Il laisse des trous dans la classification pour des éléments pas encore découverts et prévoit leurs propriétés. Et effectivement, de nouveaux éléments se sont parfaitement intégrés dans la classification, ce qui en fait une réussite.

Dans ce tableau, on retrouve 112 éléments répartis sur 18 colonnes et 7 lignes et classés par numéro atomique croissant.

Les éléments sur une même ligne constituent une période :
- 1ère période : 2 éléments
- 2ème et 3ème période : 8 éléments
- 4ème à 7ème période : 18 éléments

Exceptions :
- lanthanide : bloc ˝4f˝
- actinide : bloc ˝5f ˝

II/ Evolution des propriétés atomiques
1/ Energie d’ionisation

C’est l’énergie Ei,1 nécessaire pour arracher un électron à un atome X en phase gazeuse pour former le cation X+ en phase gazeuse.
X(g) → X+(g) + e- soit Ei,1 = E(X+) – E(X)

L’énergie de seconde ionisation correspond à la réaction suivante : X+
(g) → X2+
(g) + e- d’où Ei,2 = E(X2+) – E(X+) .

2/ Energie d’attachement électronique (Ea), affinité électronique (AE)

L’énergie d’attachement électronique est l’énergie nécessaire pour apporter un électron supplémentaire à un atome X en phase gazeuse pour former un anion X- en phase gazeuse.

L’affinité életronique est l’opposé de l’énergie d’attachement électronique : AE = - Ea .
On a donc : X(g) + e- → X-
(g) soit Ea = E(X-) – E(X) .

L’affinité électronique traduit l’aptitude d’un atome à capter un électron supplémentaire. Plus X-(g) est stable, plus l’affinité électronique sera élevée ; c’est le cas des halogènes.

L’affinité électronique augmente globalement de la gauche vers la droite dans une période.

3/ Electronégativité

2 atomes A et B sont reliés par une liaison chimique constitué d’un doublet d’électrons : A-B.
L’électronégativité de l’atome B représente l’aptitude de B à attirer vers lui le doublet d’électrons qui le lie à A.

L’éléctronégativité d’un atome selon Mulliken est la moyenne de son énergie d’ionisation et de son affinité électronique :

, AE et Ei s’expriment en électronvolts : 1eV = 1,6 10-19 J

Sur une période, l’électronégativité augmente de la gauche vers la droite. Sur une colonne, elle augmente de bas en haut.

III/ Evolution des propriétés chimiques
1/ Oxydoréduction

Les éléments d’une même famille présentent des propriétés voisines car ils ont la même configuration électronique de valence.
On a : Ox + n.e- = Red

Les alcalins et les alcalino-terreux ont une énergie d’ionisation faible : ils perdent facilement un ou plusieurs électrons

→ Ce sont de bons réducteurs.

Les halogènes, quant à eux, ont une affinité électronique élevée : ils captent facilement un électron.

→ Ce sont de bons oxydants.

De plus, ils forment des corps simples diatomiques : F2 et Cl2 gaz, Br2 liquide et I2 solide.

2/ Caractère acido-basique des oxydes

La combustion de corps purs simples dans le dioxygène donne des oxydes qui peuvent être acide, base ou amphotère.

Sur une période, les éléments à gauche sont métalliques, ceux de droite non métalliques.
Sur une colonne, les éléments du bas sont métalliques, ceux du haut non métalliques.

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Formation d’image en optique géométrique

I/ Notion d’objet, d’image

1/ Système optique

Système optique : ensemble de milieux homogènes et isotropes séparés par des dioptres et des miroirs.

Un système optique est limité par une face d’entrée et une face de sortie. Ces faces divisent l’espace en 2 : espace objet avant la face d’entrée, espace image après la face de sortie.

On distingue alors deux types de rayon :
- rayon incident : rayon qui se dirige vers la face d’entrée
- rayon émergent : rayon qui quitte la face de sortie

Système centré : système qui possède un axe de symétrie → axe optique.

L’axe optique est orienté dans le sens de propagation de la lumière. Après une réflexion, l’axe change de sens.

2/ Objet, image :

Soit une source ponctuelle placée en A.

Points conjugués : les rayons issus de A (point objet) convergent en A’ (point image) après avoir traversé le système optique.

On peut alors définir différents types de faisceaux.

Faisceaux incidents :

  • Faisceau divergent : les rayons lumineux viennent réellement de A (point objet réel).
  • Faisceau convergent : les rayons semblent converger vers un point A (point objet virtuel) n’appartenant pas à l’espace objet.
  • Faisceau parallèle : les rayons sont issus d’un point objet réel situé à l’∞.


Faisceaux émergents :

  • Faisceau convergent : les rayons lumineux se dirigent vers un point A’ (image réelle), observable sur écran.
  • Faisceau divergent : les rayons semblent provenir d’un point A’ (image virtuelle) n’appartenant pas à l’espace image, non observable sur écran.
  • Faisceau parallèle : les rayons se dirigent vers un point à l’∞.

On obtient 4 configurations :

II/ Stigmatisme, aplanétisme

1/ Définition


Stigmatisme rigoureux : tous les rayons passant par A sortent en passant par A’ après avoir traversé le système optique.


Les systèmes rigoureusement stigmatiques sont rares mais un stigmatisme rapproché est plus fréquent : les rayons émergents issus de A ne passent pas tous par A’ après avoir traversé le système optique mais se coupent sur une « petite » région de l’espace assimilable à un point.

Aplanétisme rigoureux : Soit B un point du plan transverse (perpendiculaire à l’axe) passant par


Le système est dit aplanétique si, pour deux points conjugués B et B’, B’ appartient au plan transverse passant par A.

Les systèmes optiques présentent le stigmatisme et l’aplanétisme dans les conditions de Gauss :
- on utilise des rayons paraxiaux (peu inclinés par rapport à l’axe).
- les rayons rencontrent les systèmes optiques au voisinage de l’axe.
- l’angle d’incidence des rayons sur les dioptres / miroirs est faible.

2/ Points particuliers d’un système optique

Foyer principal objet F : Point de l’axe optique dont l’image est envoyée à l’infini sur l’axe optique.

Plan focal objet : Plan transverse de F. L’image de chaque point de ce plan est envoyée à l’∞.

Foyer principal image : Image d’un objet réel situé à l’infini sur l’axe optique.

Plan focal image : Chaque point de ce plan est l’image d’un objet réel situé à l’infini mais pas nécessairement sur l’axe optique.

III/ Application : le miroir plan
Le miroir plan est le seul système optique qui soit rigoureusement stigmatique et aplanétique pour tout point de l’espace.

1/ Construction des images
La construction des images se fait à l’aide des lois de la réflexion.

Convention : On nommera A, les points objet de l’axe optique, et B, les points objet situés en dehors de l’axe optique, perpendiculairement à A.

Pour trouver l’image de AB, on cherche B’, image de B. A’ est le point image de A, il se situe sur l’axe optique, perpendiculairement à B’ (propriété d’aplanétisme).

  • Objet réel
  • Objet virtuel

Remarque : AB et A’B’ sont symétriques par rapport au plan du miroir.
Pour le miroir plan, il n’y a que ces 2 cas possibles.

Construction d’une image par un miroir plan :

En pratique, l’objet et l’image sont symétriques par rapport au plan du miroir.
On trace donc l’image puis, pour obtenir un rayon émergent particulier, on utilise le fait que celui-ci semble provenir de l’image.

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