Les familles et leurs propriétés

Les familles

Une famille chimique correspond à une colonne verticale dans le tableau périodique.

Chaque famille porte un nom et un numéro. Cependant, nous n’approfondirons que les deux premières à gauche et les six dernières à droite du tableau, puisque les similitudes à l’intérieur de ces familles sont plus importantes que celles dans les autres familles.

Numéro de familles

Nous numéroterons ces familles de 1 à 8 à partir de la gauche en utilisant des chiffres romains. Ces chiffres sont indiqués en haut de chacune des familles sur les tableaux périodiques de cette fiche. Par exemple, tous les atomes de la deuxième colonne feront partie de la famille II (2), alors que les éléments de l’avant-dernière colonne feront partie de la famille VII (7).

 

Nom des familles

On peut attribuer un nom à chacune de ces huit familles du tableau périodique. On leur donne le nom du premier élément en haut de chaque famille. Par exemple, la famille IV (4) peut être appelée la famille du carbone et la famille V (5) sera appelée la famille de l’azote.

Comme les deux premières et les deux dernières familles ont des propriétés beaucoup plus spectaculaires que les autres familles, on leur attribue un nom spécial relié à leurs propriétés. La première colonne est nommée famille des alcalins, la deuxième colonne est nommée famille des alcalino-terreux, l’avant-dernière colonne est nommée famille des halogènes et, enfin, la dernière colonne est nommée famille des gaz inertes ( ou gaz rares ).

Remarquons que l’hydrogène ne fait partie d’aucune famille chimique. Cet élément agit parfois comme un alcalin, parfois comme un halogène. Il est par conséquent inclassable.


Il est important de spécifier que les éléments ont un nombre d’électrons de valence identique au numéro de leur famille.

 

Un électron de valence est le nombre d’électrons que possède un atome sur sa dernière couche électronique.

 

Par exemple, le bore (B), qui fait partie de la famille III (3), a trois électrons de valence. L’argon (Ar), qui fait partie de la famille VIII (8), a huit électrons de valence. Même si l’hydrogène ne fait pas partie de la famille des alcalins, il possède tout de même un seul électron de valence.

Il n’existe qu’une exception à cette règle : l’hélium (He), qui fait partie de la famille VIII (8), n’a que 2 électrons de valence.

Les alcalins

Les alcalins sont les éléments de la première colonne du tableau périodique et font donc partie de la famille I. Ils sont représentés en bleu dans le tableau périodique ci-haut. Ils ont tous un seul électron de valence. L’hydrogène ne fait pas partie de la famille des alcalins. D’ailleurs, il ne fait partie d’aucune famille chimique. Il est toutefois placé au-dessus de la famille des alcalins puisqu'il possède aussi un seul électron de valence. 

Propriétés des alcalins

Cette famille porte ce nom, puisque lorsqu’un de ses éléments est en contact avec de l’eau, la solution formée est basique. Le terme alcalin est un synonyme de basique.

  • Ce sont des métaux.
  • Ce sont des solides mous; ils peuvent se couper au couteau.
  • Ils sont extrêmement réactifs. Pour cette raison, à l’état pur, on doit les conserver dans l’huile puisqu'ils réagissent fortement au contact de l'eau.
  • On ne les trouve jamais seuls dans la nature, ils sont toujours liés à d’autres éléments.
  • Ils sont de très bons conducteurs d’électricité et de chaleur.

Utilisation des alcalins

On utilise peu les alcalins à l’état pur étant donné leur extrême réactivité chimique. Une fois liés à d’autres éléments, on pourra les retrouver dans de nombreux produits usuels.

Lithium (Li)
  • Médicament pour traiter les états dépressifs
  • Fabrication de batteries
  • Alliages métalliques pour les aéronefs
Sodium (Na)
  • Sel de table (NaCl)
  • Engrais
  • « Petite Vache » (NaHCO 3 )
  • La vapeur peut être utilisée pour produire de la lumière
  • Permet la transmission des influx nerveux dans le corps humain
Potassium (K)
  • Indispensable au développement des plantes (engrais)
  • Permet la transmission des influx nerveux dans le corps humain
  • Détersifs (KOH)
  • Poudre à canon
  • Fabrication du verre
Rubidium (Rb)
  • Fabrication de cellules photoélectriques
  • Utilisé en médecine pour localiser les tumeurs



Les alcalino-terreux

Les alcalino-terreux sont les éléments de la deuxième colonne du tableau périodique et font donc partis de la famille II. Ils ont la couleur verte dans le tableau périodique ci-haut. Ils ont tous deux électrons de valence.

Propriétés des alcalino-terreux

Cette famille porte le nom des alcalino-terreux pour deux raisons. Premièrement, ils forment des bases lorsqu’ils sont en solution dans l’eau (alcalino). Deuxièmement, on les retrouve dans la composition de nombreuses roches (terreux).

  • Ce sont tous des métaux.
  • Ce sont des solides mous mais moins mous que les alcalins.
  • Ils sont réactifs mais leur réactivité est plus faible que celle des alcalins.
  • Ils sont de bon conducteur d’électricité et de chaleur.

 Utilisation des alcalino-terreux

Les alcalino-terreux sont beaucoup utilisés dans les pièces pyrotechniques (feux d’artifices). Ils ont aussi d’importants rôles à jouer chez les êtres vivants.

Béryllium (Be)
  • Construction de ressorts (alliages très élastiques)
  • Construction d’alliage pour les aéronefs (résistance à la chaleur et faible masse volumique)
Magnésium (Mg)
  • Feux d’artifice et « l’éclair » en photographie
  • Lait de magnésie (neutralise l’acidité de l’estomac)
  • Construction de nombreux alliages pour mettre à profit sa légèreté (faible masse volumique)
Calcium (Ca)
  • Constituant essentiel du corps humain
  • Formation des os et fonctionnement du cœur
  • Constituant des sels pour faire fondre la glace sur les routes
Strontium (Sr)
  • Raffinage du sucre
  • Colorant rouge pour la céramique

 

Les halogènes

Les halogènes sont les éléments de l’avant-dernière colonne du tableau périodique et font donc partie de la famille VII (7). Ils ont la couleur rose dans le tableau périodique et ont tous sept électrons de valence . Le mot halogène provient du grec et il signifie « engendrer un sel ». En effet, les halogènes sont extrêmement réactifs et forment habituellement des sels avec les alcalins ou les alcalino-terreux avec lesquels ils réagissent.

Propriétés des halogènes

La famille des halogènes est la seule à posséder des éléments dans chacune des trois phases à la température ambiante. (gazeuse : fluor et chlore, liquide : brome, solide : iode et astate).

  • Ce sont des éléments très colorés.
  • Ils sont tous des non-métaux.
  • Ils sont extrêmement réactifs. On les retrouve donc toujours liés à d’autres éléments chimiques dans la nature.
  • Ce sont des éléments corrosifs.
  • Comme ils sont toxiques et bactéricides, on les utilise fréquemment dans des produits désinfectants.

Utilisation des halogènes

Fluor (F)
  • Permet de dépolir la céramique et le verre
  • Permet de réduire les caries (eau fluorée)
  • Est utilisé dans les fréons (réfrigération)
Chlore (Cl)
  • Agent de blanchiment
  • Permet de stériliser l’eau potable (Antiseptique)
  • Est un constituant de l’eau de Javel
  • Constituant du sel de table (NaCl)
Brome (Br)
  • Utilisé comme sédatif dans certaines maladies nerveuses
  • Papier film photographique (bromure d’argent)
  • Antiseptique puissant (mercurochrome C 20 H 8 Br 2 HgNa 2 O 6 )
Iode (I)
  • Médecine (traitement de la glande thyroïde)
  • Solutions antiseptiques

Les gaz inertes

Les gaz inertes ou gaz rares sont des éléments de la dernière colonne du tableau périodique et font donc partie de la famille VIII (8). Ils ont la couleur violette dans le tableau périodique ci-haut. Ils ont donc huit électrons de valence à l’exception de l’hélium qui n’en possède que deux.

Propriétés des gaz inertes

Les gaz inertes portent leur nom dû au fait qu’ils forment tous des gaz à l’état pur, ils sont aussi très peu réactifs (inertes) et sont relativement rares dans l’atmosphère terrestre.

  • Ce sont tous des non-métaux.
  • Ils sont incolores à l’état naturel.
  • Ils produisent de la lumière colorée lorsqu’ils sont soumis à une tension électrique à basse pression.
  • Ils ont une très faible réactivité chimique.

Utilisation des gaz inertes

Hélium (He)
  • Utilisé pour gonfler des ballons sondes (et de fête!)
  • Utilisé en plongée sous-marine à grande profondeur
  • Utilisé dans les enseignes lumineuses (couleur rose)
Néon (Ne)
  • Utilisé dans les enseignes lumineuses (couleur orange)
  • Utilisé dans les tubes à téléviseurs « plasmas »
  • Utilisé dans certains lasers
Argon (Ar)
  • Utilisé en soudure
  • Remplissage des ampoules électriques
  • Utilisé en plongée sous-marine pour gonfler les vestes
  • Utilisé dans les enseignes lumineuses (couleur bleu-verdâtre)
Krypton (Kr)
  • Utilisé dans certains lasers
  • Utilisé dans les enseignes lumineuses (couleur bleu pâle)

 

La progression des propriétés à l’intérieur d’une famille

Les propriétés chimiques ne sont pas constantes à l’intérieur d’une même famille. Ces propriétés seront étudiées pour les alcalins, les alcalino-terreux, les halogènes et les gaz inertes. Les alcalins et les alcalino-terreux (les métaux) évoluent de façon conjointe. Les halogènes et les gaz inertes (les non-métaux) font de même à l’intérieur de leur famille.

Rayon atomique ou dimension de l’atome
  • Il s’agit du rayon de l’atome ou, si l’on veut, le rayon de la sphère que forme l’atome. Plus il est grand, plus l’atome est volumineux.
Électronégativité
  • Il s’agit de la force avec laquelle le noyau de l’atome attire les électrons de sa dernière couche. Plus elle est grande, plus il est difficile d’arracher des électrons à l’atome et plus il est facile pour l’atome de s’approprier des électrons des atomes voisins.
Énergie d’ionisation
(potentiel d’ionisation)
  • Il s’agit de l’énergie nécessaire pour arracher un électron à l’atome. Plus elle est grande, plus il est difficile d’arracher un électron à cet atome.
Réactivité chimique
  • Il s’agit de la facilité avec laquelle un atome réagit avec les atomes qui sont à proximité. Pour les métaux , la réactivité chimique augmente si l’atome parvient à perdre ses électrons facilement. Pour les non-métaux , la réactivité augmente si l’atome parvient à arracher des électrons facilement aux atomes voisins.
Température de fusion et d’ébullition

 

Analyse des propriétés à l’intérieur des familles

Les exercices

QUESTION 3

Résume les propriétés caractéristiques de chacune de ces familles.

Alcalins: __________________________________________________________________

Alcalino-terreux: ____________________________________________________________

Halogenes: ________________________________________________________________

Gaz Inertes: ________________________________________________________________

RÉPONSE 3

En résumé : 

Les alcalins sont les métaux les plus réactifs; ils réagissent avec l'air (le dioxygène) et violemment avec l'eau.

Les alcalino-terreux sont des métaux assez actifs; ils réagissent facilement avec les halogènes et aussi avec le dioxygène.

Les halogènes sont les non-métaux les plus actifs et ils réagissent facilement avec les alcalins et alcalino-terreux pour former des sels.

Les gaz inertes possèdent une très grande stabilité chimique et en conséquence ne réagissent pas dans des conditions normales de température et de pression.

Guy Evans, Allô Prof


Les références

Les familles chimiques vues en détail


  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse