Bloc (tableau périodique)

Un bloc du tableau périodique est un ensemble d'éléments unifiés par les orbitales atomiques dans lesquelles se trouvent leurs électrons de valence ou leurs lacunes. Le terme semble avoir été utilisé pour la première fois par Charles Janet . Chaque bloc est nommé d'après son orbitale caractéristique : bloc s, bloc p, bloc d, bloc f et bloc g.

Les noms des blocs (s, p, d et f) sont dérivés de la notation spectroscopique de la valeur du nombre quantique azimutal d'un électron : net (0), principal (1), diffus (2) et fondamental (3). Les notations suivantes sont classées par ordre alphabétique, comme g, h, etc., bien que les éléments qui appartiendraient à de tels blocs n'aient pas encore été trouvés.

Il existe une correspondance approximative entre cette nomenclature de blocs, basée sur la configuration électronique , et les ensembles d'éléments basés sur les propriétés chimiques. Le bloc s et le bloc p sont généralement considérés ensemble comme des éléments du groupe principal , le bloc d correspond aux métaux de transition et le bloc f correspond aux métaux de transition internes et englobe presque tous les lanthanides (comme le lanthane , le praséodyme et le dysprosium ) et les actinides (comme l'actinium , l'uranium et l'einsteinium ).

Les éléments du groupe 12, zinc , cadmium et mercure, sont parfois considérés comme faisant partie du groupe principal plutôt que du groupe de transition, car ils sont chimiquement et physiquement plus proches des éléments du bloc p que des autres éléments du bloc d. Les éléments du groupe 3 sont parfois considérés comme des éléments du groupe principal en raison de leurs similitudes avec les éléments du bloc s. Cependant, ils restent des éléments du bloc d même lorsqu'ils sont considérés comme faisant partie du groupe principal.

Les groupes (colonnes) dans le bloc f (entre les groupes 2 et 3) ne sont pas numérotés.

L'hélium est un élément du bloc s , avec ses électrons extérieurs (et uniques) dans l' orbitale atomique 1s, bien que ses propriétés chimiques soient plus similaires à celles des gaz nobles du bloc p du groupe 18 en raison de sa couche pleine.

Le bloc s, avec le s pour « sharp » et le nombre quantique azimutal 0, se trouve à gauche du tableau périodique conventionnel et est composé des éléments des deux premières colonnes plus un élément dans la colonne la plus à droite, les non-métaux hydrogène et hélium et les métaux alcalins (dans le groupe 1) et les métaux alcalino-terreux (groupe 2). Leur configuration de valence générale est n s ^1–2 . L'hélium est un élément s, mais trouve presque toujours sa place à l'extrême droite du groupe 18 , au-dessus de l'élément p néon . Chaque ligne du tableau contient deux éléments s.

Les métaux du bloc S (à partir de la deuxième période ) sont pour la plupart mous et ont généralement des points de fusion et d'ébullition bas. La plupart donnent de la couleur à une flamme.

Chimiquement, tous les éléments s, à l'exception de l'hélium, sont très réactifs. Les métaux du bloc s sont très électropositifs et forment souvent des composés essentiellement ioniques avec des non-métaux, en particulier avec les non-métaux halogènes hautement électronégatifs.

Le bloc p, où p signifie « principal » et le nombre quantique azimutal 1, se trouve à droite du tableau périodique standard et englobe les éléments des groupes 13 à 18. Leur configuration électronique générale est n s ² n p ^1–6 . L'hélium , bien qu'il soit le premier élément du groupe 18, n'est pas inclus dans le bloc p. Chaque ligne du tableau comporte un emplacement pour six éléments p, à l'exception de la première ligne (qui n'en contient aucun).

Ce bloc est le seul à contenir les trois types d'éléments : métaux , non-métaux et métalloïdes . Les éléments du bloc p peuvent être décrits groupe par groupe comme suit : groupe 13, les icosagènes ; 14, les cristallogènes ; 15, les pnictogènes ; 16, les chalcogènes ; 17, les halogènes ; et 18, le groupe de l'hélium , composé des gaz nobles (à l'exclusion de l'hélium) et de l'oganesson . Alternativement, le bloc p peut être décrit comme contenant des métaux post-transitionnels ; des métalloïdes ; des non-métaux réactifs incluant les halogènes ; et des gaz nobles (à l'exclusion de l'hélium).

Les éléments du bloc p sont unifiés par le fait que leurs électrons de valence (les plus externes) se trouvent dans l'orbitale p. L'orbitale p se compose de six formes lobées provenant d'un point central à des angles régulièrement espacés. L'orbitale p peut contenir un maximum de six électrons, il y a donc six colonnes dans le bloc p. Les éléments de la colonne 13, la première colonne du bloc p, ont un électron d'orbitale p. Les éléments de la colonne 14, la deuxième colonne du bloc p, ont deux électrons d'orbitale p. La tendance se poursuit de cette façon jusqu'à la colonne 18, qui a six électrons d'orbitale p.

Le bloc est un bastion de la règle de l'octet dans sa première ligne, mais les éléments des lignes suivantes présentent souvent une hypervalence . Les éléments du bloc p présentent des états d'oxydation variables différant généralement par des multiples de deux. La réactivité des éléments d'un groupe diminue généralement vers le bas. (L'hélium brise cette tendance dans le groupe 18 en étant plus réactif que le néon, mais comme l'hélium est en fait un élément du bloc s, la partie du bloc p de la tendance reste intacte.)

_Français La liaison entre les métaux et les non-métaux dépend de la différence d'électronégativité. L'ionicité est possible lorsque la différence d'électronégativité est suffisamment élevée (par exemple Li3N , NaCl , PbO ). Les métaux dans des états d'oxydation relativement _élevés ont tendance à former des structures covalentes (par exemple _{WF6 ,} OsO4 , TiCl4 , AlCl3 ) , tout comme les métaux plus nobles même dans des états d'oxydation faibles (par exemple AuCl , HgCl2 ). Il existe également des oxydes métalliques présentant une _{conductivité électrique (} métallique) , comme RuO2 , ReO3 et IrO2 . _{Les métalloïdes ont tendance à former soit des composés covalents, soit des} alliages avec les métaux, bien que même dans ce cas, l'ionicité soit possible avec les métaux les plus électropositifs ( _par exemple _Mg2Si ) .

Le bloc d, dont le d signifie « diffus » et le nombre quantique azimutal 2, se situe au milieu du tableau périodique et englobe les éléments des groupes 3 à 12 ; il commence dans la 4e période . Les périodes à partir de la quatrième ont un espace pour dix éléments du bloc d. La plupart ou la totalité de ces éléments sont également connus sous le nom de métaux de transition car ils occupent une zone de transition dans les propriétés, entre les métaux fortement électropositifs des groupes 1 et 2, et les métaux faiblement électropositifs des groupes 13 à 16. Le groupe 3 ou le groupe 12, bien que toujours comptés comme métaux du bloc d, ne sont parfois pas comptés comme métaux de transition car ils ne présentent pas autant les propriétés chimiques caractéristiques des métaux de transition, par exemple, plusieurs états d'oxydation et des composés colorés.

Les éléments du bloc d sont tous des métaux et la plupart possèdent un ou plusieurs électrons d'orbitale d chimiquement actifs. Comme il existe une différence relativement faible dans l'énergie des différents électrons d'orbitale d, le nombre d'électrons participant à la liaison chimique peut varier. Les éléments du bloc d ont tendance à présenter deux ou plusieurs états d'oxydation, différant par des multiples de un. Les états d'oxydation les plus courants sont +2 et +3. Le chrome , le fer , le molybdène , le ruthénium , le tungstène et l'osmium peuvent avoir des nombres d'oxydation formels aussi bas que −4 ; l'iridium a la particularité d'être capable d'atteindre un état d'oxydation de +9 , mais seulement dans des conditions loin d'être standard.

Les orbitales d (quatre en forme de trèfles à quatre feuilles et la cinquième en forme d' haltère avec un anneau autour) peuvent contenir jusqu'à cinq paires d'électrons.

Le bloc f, avec le f signifiant « fondamental » et le nombre quantique azimutal 3, apparaît comme une note de bas de page dans un tableau standard de 18 colonnes, mais est situé au centre gauche d'un tableau pleine largeur de 32 colonnes, entre les groupes 2 et 3. Les périodes à partir de la sixième ont une place pour quatorze éléments du bloc f. Ces éléments ne sont généralement pas considérés comme faisant partie d'un groupe . On les appelle parfois métaux de transition internes car ils assurent une transition entre le bloc s et le bloc d dans les 6e et 7e rangées (période), de la même manière que les métaux de transition du bloc d assurent un pont de transition entre le bloc s et le bloc p dans les 4e et 5e rangées.

Les éléments du bloc f se divisent en deux séries : du lanthane à l'ytterbium dans la période 6, et de l'actinium au nobélium dans la période 7. Tous sont des métaux. Les électrons de l'orbitale f sont moins actifs dans la chimie des éléments du bloc f de la période 6, bien qu'ils y contribuent dans une certaine mesure ; ils sont assez similaires les uns aux autres. Ils sont plus actifs dans les premiers éléments du bloc f de la période 7, où les énergies des couches 5f, 7s et 6d sont assez similaires ; par conséquent, ces éléments ont tendance à montrer autant de variabilité chimique que leurs analogues des métaux de transition. Les derniers éléments du bloc f de la période 7 à partir du curium se comportent davantage comme leurs homologues de la période 6.

Les éléments du bloc f sont unifiés par la présence d'un ou plusieurs électrons dans une orbitale f interne. Parmi les orbitales f, six ont six lobes chacune et la septième ressemble à un haltère avec un beignet à deux anneaux. Elles peuvent contenir jusqu'à sept paires d'électrons ; le bloc occupe donc quatorze colonnes dans le tableau périodique. Aucun numéro de groupe ne leur est attribué, car les tendances périodiques verticales ne peuvent pas être discernées dans un « groupe » de deux éléments.

Les deux rangées de 14 éléments du bloc f sont parfois confondues avec les lanthanides et les actinides , qui sont des noms d'ensembles d'éléments basés sur des propriétés chimiques plutôt que sur des configurations électroniques. Ces ensembles comportent 15 éléments au lieu de 14, s'étendant jusqu'aux premiers éléments du bloc d dans leurs périodes, le lutétium et le lawrencium respectivement.

Dans de nombreux tableaux périodiques, le bloc f est décalé d'un élément vers la droite, de sorte que le lanthane et l'actinium deviennent des éléments du bloc d, et Ce–Lu et Th–Lr forment le bloc f, déchirant le bloc d en deux parties très inégales. Il s'agit d'un vestige des premières mesures erronées des configurations électroniques, dans lesquelles on pensait que la couche 4f ne complétait son remplissage qu'au niveau du lutétium. En fait, l'ytterbium complète la couche 4f, et sur cette base, Lev Landau et Evgeny Lifshitz ont considéré en 1948 que le lutétium ne peut pas être correctement considéré comme un élément du bloc f. Depuis lors, les preuves physiques, chimiques et électroniques ont largement soutenu que le bloc f contient les éléments La–Yb et Ac–No, comme indiqué ici et comme le confirment les rapports de l'Union internationale de chimie pure et appliquée datant de 1988 et 2021.

Un bloc g, avec un nombre quantique azimutal de 4, devrait commencer à proximité de l'élément 121. Bien que les orbitales g ne devraient pas commencer à remplir l'état fondamental avant les éléments 124-126 ( voir le tableau périodique étendu ), elles sont probablement déjà suffisamment basses en énergie pour commencer à participer chimiquement à l'élément 121, de manière similaire à la situation des orbitales 4f et 5f.

Si la tendance des lignes précédentes se poursuivait, le bloc g aurait dix-huit éléments. Cependant, les calculs prédisent un flou très important de la périodicité dans la huitième période, au point que les blocs individuels deviennent difficiles à délimiter. Il est probable que la huitième période ne suivra pas tout à fait la tendance des lignes précédentes.