Tableau périodique avec charges
La charge ionique et tous les états d'oxydation des 118 éléments, et la règle du groupe qui permet de les prédire.
La charge d'un élément résulte du gain ou de la perte d'électrons lors de la formation d'un composé. Les atomes sont neutres au départ — autant de protons que d'électrons —, donc perdre un électron laisse un excès de protons positifs, et en gagner un laisse un excès d'électrons négatifs.
Sur une grande partie du tableau, on peut prédire la réponse rien qu'en regardant la colonne, sans rien mémoriser.
Où la règle cesse de fonctionner
La règle du groupe est fiable dans les blocs s et p, et peu fiable ailleurs. Le bloc d en est l'exception évidente : la plupart des métaux de transition présentent plusieurs états d'oxydation, il faut donc préciser lequel intervient dans un composé donné. C'est le rôle du chiffre romain dans un nom comme chlorure de fer(III).
Les métaux lourds du bloc p ont leur propre bizarrerie, l'effet de paire inerte : le thallium, le plomb et le bismuth préfèrent une charge inférieure de deux unités à celle que suggère leur groupe, parce que leur paire d'électrons s la plus externe résiste à la formation de liaisons.
| # | Tableau périodique | Charge courante | États d'oxydation | Groupe |
|---|---|---|---|---|
| 1 | HHydrogène | +1, −1 | −1, +1 | 1 |
| 2 | HeHélium | aucun | 0 | 18 |
| 3 | LiLithium | +1 | +1 | 1 |
| 4 | BeBéryllium | +2 | +2 | 2 |
| 5 | BBore | +3 | +3 | 13 |
| 6 | CCarbone | +4, −4 | −4, +2, +4 | 14 |
| 7 | NAzote | −3 | −3, −2, −1, +1, +2, +3, +4, +5 | 15 |
| 8 | OOxygène | −2 | −2 | 16 |
| 9 | FFluor | −1 | −1 | 17 |
| 10 | NeNéon | aucun | 0 | 18 |
| 11 | NaSodium | +1 | +1 | 1 |
| 12 | MgMagnésium | +2 | +2 | 2 |
| 13 | AlAluminium | +3 | +3 | 13 |
| 14 | SiSilicium | +4, −4 | −4, +2, +4 | 14 |
| 15 | PPhosphore | −3 | −3, +3, +5 | 15 |
| 16 | SSoufre | −2 | −2, +2, +4, +6 | 16 |
| 17 | ClChlore | −1 | −1, +1, +3, +5, +7 | 17 |
| 18 | ArArgon | aucun | 0 | 18 |
| 19 | KPotassium | +1 | +1 | 1 |
| 20 | CaCalcium | +2 | +2 | 2 |
| 21 | ScScandium | +3 | +3 | 3 |
| 22 | TiTitane | +4, +3 | +2, +3, +4 | 4 |
| 23 | VVanadium | +5, +4, +3, +2 | +2, +3, +4, +5 | 5 |
| 24 | CrChrome | +3, +6, +2 | +2, +3, +6 | 6 |
| 25 | MnManganèse | +2 | +2, +3, +4, +7 | 7 |
| 26 | FeFer | +2, +3 | +2, +3 | 8 |
| 27 | CoCobalt | +2, +3 | +2, +3 | 9 |
| 28 | NiNickel | +2 | +2, +3 | 10 |
| 29 | CuCuivre | +2, +1 | +1, +2 | 11 |
| 30 | ZnZinc | +2 | +2 | 12 |
| 31 | GaGallium | +3 | +3 | 13 |
| 32 | GeGermanium | +4, +2 | −4, +2, +4 | 14 |
| 33 | AsArsenic | −3 | −3, +3, +5 | 15 |
| 34 | SeSélénium | −2 | −2, +4, +6 | 16 |
| 35 | BrBrome | −1 | −1, +1, +3, +5 | 17 |
| 36 | KrKrypton | aucun | 0 | 18 |
| 37 | RbRubidium | +1 | +1 | 1 |
| 38 | SrStrontium | +2 | +2 | 2 |
| 39 | YYttrium | +3 | +3 | 3 |
| 40 | ZrZirconium | +4 | +4 | 4 |
| 41 | NbNiobium | +5 | +3, +5 | 5 |
| 42 | MoMolybdène | +6, +4 | +4, +6 | 6 |
| 43 | TcTechnétium | +7, +4 | +4, +6, +7 | 7 |
| 44 | RuRuthénium | +3, +4 | +3, +4 | 8 |
| 45 | RhRhodium | +3 | +3 | 9 |
| 46 | PdPalladium | +2, +4 | +2, +3, +4 | 10 |
| 47 | AgArgent | +1 | +1 | 11 |
| 48 | CdCadmium | +2 | +2 | 12 |
| 49 | InIndium | +3 | +3 | 13 |
| 50 | SnÉtain | +2, +4 | −4, +2, +4 | 14 |
| 51 | SbAntimoine | −3 | −3, +3, +5 | 15 |
| 52 | TeTellure | −2 | −2, +4, +6 | 16 |
| 53 | IIode | −1 | −1, +1, +5, +7 | 17 |
| 54 | XeXénon | aucun | 0, +2, +4, +6 | 18 |
| 55 | CsCésium | +1 | +1 | 1 |
| 56 | BaBaryum | +2 | +2 | 2 |
| 57 | LaLanthane | +3 | +3 | f |
| 58 | CeCérium | +3, +4 | +3, +4 | f |
| 59 | PrPraséodyme | +3 | +3 | f |
| 60 | NdNéodyme | +3 | +3 | f |
| 61 | PmProméthium | +3 | +3 | f |
| 62 | SmSamarium | +3 | +2, +3 | f |
| 63 | EuEuropium | +3, +2 | +2, +3 | f |
| 64 | GdGadolinium | +3 | +3 | f |
| 65 | TbTerbium | +3 | +3 | f |
| 66 | DyDysprosium | +3 | +3 | f |
| 67 | HoHolmium | +3 | +3 | f |
| 68 | ErErbium | +3 | +3 | f |
| 69 | TmThulium | +3 | +3 | f |
| 70 | YbYtterbium | +3, +2 | +2, +3 | f |
| 71 | LuLutécium | +3 | +3 | f |
| 72 | HfHafnium | +4 | +4 | 4 |
| 73 | TaTantale | +5 | +5 | 5 |
| 74 | WTungstène | +6, +4 | +4, +6 | 6 |
| 75 | ReRhénium | +7, +4 | +4, +6, +7 | 7 |
| 76 | OsOsmium | +4 | +3, +4 | 8 |
| 77 | IrIridium | +3, +4 | +3, +4 | 9 |
| 78 | PtPlatine | +2, +4 | +2, +4 | 10 |
| 79 | AuOr | +3, +1 | +1, +3 | 11 |
| 80 | HgMercure | +2, +1 | +1, +2 | 12 |
| 81 | TlThallium | +1, +3 | +1, +3 | 13 |
| 82 | PbPlomb | +2, +4 | +2, +4 | 14 |
| 83 | BiBismuth | +3 | +3, +5 | 15 |
| 84 | PoPolonium | +4, +2 | −2, +2, +4 | 16 |
| 85 | AtAstate | −1, +1 | −1, +1, +3, +5, +7 | 17 |
| 86 | RnRadon | aucun | 0 | 18 |
| 87 | FrFrancium | +1 | +1 | 1 |
| 88 | RaRadium | +2 | +2 | 2 |
| 89 | AcActinium | +3 | +3 | f |
| 90 | ThThorium | +4 | +4 | f |
| 91 | PaProtactinium | +5 | +4, +5 | f |
| 92 | UUranium | +6, +4 | +3, +4, +5, +6 | f |
| 93 | NpNeptunium | +5 | +3, +4, +5, +6 | f |
| 94 | PuPlutonium | +4 | +3, +4, +5, +6 | f |
| 95 | AmAméricium | +3 | +3, +4, +5, +6 | f |
| 96 | CmCurium | +3 | +3 | f |
| 97 | BkBerkélium | +3 | +3, +4 | f |
| 98 | CfCalifornium | +3 | +3 | f |
| 99 | EsEinsteinium | +3 | +3 | f |
| 100 | FmFermium | +3 | +3 | f |
| 101 | MdMendélévium | +3 | +2, +3 | f |
| 102 | NoNobélium | +2, +3 | +2, +3 | f |
| 103 | LrLawrencium | +3 | +3 | f |
| 104 | RfRutherfordium | +4 | +4 | 4 |
| 105 | DbDubnium | +5 | +3, +4, +5 | 5 |
| 106 | SgSeaborgium | +6 | 0, +3, +4, +5, +6 | 6 |
| 107 | BhBohrium | +7 | +3, +4, +5, +7 | 7 |
| 108 | HsHassium | +8 | +2, +3, +4, +5, +6, +8 | 8 |
| 109 | MtMeitnérium | aucun | +1, +3, +4, +6, +8, +9 | 9 |
| 110 | DsDarmstadtium | aucun | 0, +2, +4, +6, +8 | 10 |
| 111 | RgRoentgenium | aucun | −1, +1, +3, +5 | 11 |
| 112 | CnCopernicium | aucun | 0, +1, +2 | 12 |
| 113 | NhNihonium | aucun | — | 13 |
| 114 | FlFlérovium | aucun | 0, +1, +2, +4, +6 | 14 |
| 115 | McMoscovium | aucun | +1, +3 | 15 |
| 116 | LvLivermorium | aucun | −2, +2, +4 | 16 |
| 117 | TsTennesse | −1, +1 | −1, +1, +3, +5 | 17 |
| 118 | OgOganesson | aucun | −1, 0, +1, +2, +4, +6 | 18 |
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Foire aux questions
Comment trouve-t-on la charge d'un élément sur le tableau périodique ?
Pour les éléments représentatifs, elle se lit directement sur le numéro de groupe. Le groupe 1 forme des ions 1+, le 2 forme 2+ et le 13 forme 3+. À l'autre extrémité, le groupe 17 forme 1−, le 16 forme 2− et le 15 forme 3−. Le groupe 18, les gaz nobles, ne forme aucun ion. La règle fonctionne parce que l'atome gagne ou perd ce qui lui coûte le moins : vider la couche externe ou la compléter.
Pourquoi les métaux de transition ont-ils plusieurs charges possibles ?
Parce que leurs électrons s externes et leurs électrons d internes ont des énergies très proches, si bien qu'un métal de transition peut céder deux, trois électrons ou plus selon ce avec quoi il réagit. Le fer forme Fe²⁺ et Fe³⁺ ; le cuivre, Cu⁺ et Cu²⁺. Cela explique aussi la couleur de leurs composés : chaque état d'oxydation absorbe des longueurs d'onde différentes.
Quelle différence y a-t-il entre une charge et un état d'oxydation ?
La charge ionique est une propriété physique réelle d'un ion qui existe vraiment : Na⁺ a effectivement un électron de moins que de protons. L'état d'oxydation est un outil comptable : la charge qu'aurait un atome si toutes les liaisons du composé étaient entièrement ioniques. Pour les ions simples, les deux nombres coïncident ; dans les composés covalents, l'état d'oxydation est une fiction utile plus qu'une mesure.
Quels éléments ont une charge nulle ?
Tout élément sous sa forme élémentaire pure a un état d'oxydation nul : le fer métallique, le dioxygène gazeux, le soufre solide. Les gaz nobles du groupe 18 conservent un état d'oxydation nul dans presque toutes les circonstances, parce que leur couche externe est déjà complète, même si le xénon et le krypton peuvent former des composés dans des conditions particulières.