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Le tableau périodique des éléments

Qu'est-ce que le tableau périodique des éléments ?

Bien qu'il existe de nombreux éléments connus de l'homme, les propriétés de beaucoup d'entre eux sont similaires. Ainsi, s'ils sont regroupés sur la base de leurs propriétés, il devient facile d'étudier et comparer leur propriétés. Par conséquent, la classification des éléments est nécessaire. Le tableau périodique des éléments est une manière d'organiser tous les éléments connus. Au début, les éléments étaient classés en deux groupes, les métaux et les non-métaux. Mais certains éléments montraient les propriétés des métaux et des non-métaux. Ils ont été appelés les métalloïdes.

Histoire du tableau périodique

Début de l'histoire

Les gens savaient ce que sont les éléments chimiques de base comme l'or, l'argent et le cuivre depuis l'antiquité puisqu'ils peuvent être découverts dans la nature sous leur forme native et sont relativement simple à extraire d'une mine avec des outils primitifs. Aristote, un philosophe, émit une théorie selon laquelle tout existe à partir d'un mélange d'un ou plus de quatre éléments. Ils étaient nommés terre, eau, air et feu. C'était un peu comme les quatre états de la matière (dans le même ordre) : solide, liquide, gaz et plasma, bien qu'il théorisa aussi qu'ils changent en nouvelles substances pour former ce que nous voyons.

Hennig Brand fut la première personne à découvrir un nouvel élément. Brand était un marchand allemand ayant fait faillite qui essayait de découvrir la pierre philosophale — un objet mythique qui était supposé transformer un métal sans valeur de base en or. Il fit une expérience en distillant l'urine humaine jusqu'en 1669, il obtint finalement une substance blanche rougeoyante qu'il nomma Phosphore. Il garda sa découverte secrète, jusqu'en 1680 lorsque Robert Boyle la redécouvrit et la rendit publique.

En 1809, un total de 47 éléments furent découverts. Comme le nombre d'éléments connus grossissait, les scientifiques commencèrent à reconnaître des motifs dans les réactions chimiques et commencèrent à réfléchir sur la manière de classer les éléments.

Antoine-Laurent de Lavoisier

Le Traité Élémentaire de Chimie d'Antoine Lavoisier's publié en 1789, est considéré comme le premier livre de chimie moderne. Il contient une liste d'éléments, ou de substances qui ne peuvent pas être cassés plus avant, qui inclus l'oxygène, l'azote, l'hydrogène, le phosphore, le mercure, le zinc et le soufre. Il forme aussi la base de la liste moderne des éléments. Sa liste, néanmoins, incluait aussi la lumière et le calorique, qui était reconnues comme des substances matérielles. Alors que de nombreux grands chimistes de l'époque refusaient de croire les nouvelles révélations de Lavoisier, le Traité Élémentaire était écrit suffisamment correctement pour convaincre la nouvelle génération.

Ce modèle classait les éléments seulement en métaux et non-métaux et ainsi, ne fut pas accepté.

Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois

Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois, un géologiste français, fut la première personne à noter la périodicité, la période ou la nature répétitive des éléments — des éléments similaires semblent apparaître à intervalles réguliers lorsqu'ils sont ordonnés par leur poids atomiques. Il réfléchit à une forme embryonnaire de tableau périodique, qu'il appela l'hélice tellurique. Avec les éléments arrangés en une spirale sur un cylindre par ordre de poids atomique croissant, de Chancourtois vit que les éléments avec des propriétés similaires s'alignaient verticalement. Son tableau incluait certains ions et composés en plus des éléments. Son article fut publié en 1862, mais il utilisait plus de termes géologiques que de termes chimiques et n'incluait pas de diagramme; il reçut peu d'attention jusqu'au travail de Dimitri Mendeleiev.

John Newlands

John Newlands était un chimiste anglais qui classa en 1863 les 56 éléments qui étaient découverts en 11 groupes qui étaient basés sur les propriétés physiques similaires. Il nota que beaucoup de paires d'éléments similaires existaient avec une différence d'un multiple de huit dans le poids atomique.

Le premier tableau périodique

Dimitri Mendeleiev

Dimitri Mendeleiev, aussi épelé Dmitry Mendeleyev, nom patronymique Ivanovich, un chimiste russe né en Sibérie, fut le premier scientifique à produire un tableau périodique ressemblant à celui utilisé de nos jours. Mendeleiev arrangea les éléments dans un tableau ordonné par la masse atomique. Il est dit quelquefois qu'il joua à la "réussite chimique" sur de longs trajets de train en utilisant des cartes avec les diverses propriétés des éléments connus. Le 6 mars 1869, une présentation formelle fut produite à la Société de Chimie Russe intitulée Le lien entre les propriétés des masses atomiques des éléments. Son tableau fut publié dans un obscur journal russe mais fut rapidement republié dans un journal allemand, Zeitschrift für Chemie, en 1869. Il énonçait

1. Les éléments, s'ils sont arrangés selon leur poids atomiques, montrent une périodicité apparente de leurs propriétés.
2. Les éléments qui sont similaires par rapport à leurs propriétés chimiques ont des masses atomiques qui sont soit quasiment de la même valeur (par exemple : Pt, Ir, Os) ou soit augmentent régulièrement (par exemple : K, Rb, Cs).
3. L'arrangement des éléments, ou des groupes d'éléments dans l'ordre de leurs masses atomiques, correspondent à leurs valences, ainsi que, dans une certaine mesure, à leur propriétés chimiques distinctes; comme il est apparent parmi d'autres séries : Li, Be, Ba, C, N, O, et Sn.
4. Les éléments qui sont le plus largement diffusés ont de faibles masses atomiques.
5. L'ampleur de la masse atomique détermine le caractère de l'élément, comme l'ampleur de la molécule détermine le caractère d'un corps composé.
6. Nous devons nous attendre à la découverte de beaucoup d'élément encore inconnus –par exemple, les éléments analogues à l'aluminium et au silicium–qui ont une masse atomique comprise entre 65 et 75.
7. La masse atomique d'un élément peut parfois être modifiée par une connaissance de ses éléments contigus. Ainsi, la masse atomique du tellurium doit se situer entre 123 et 126, et ne peut pas être 128.
8. Certaines propriétés caractéristiques des éléments peuvent être prédites à partir de leurs masses atomiques.

Avantages

• Mendeleiev prédit la découverte d'autres éléments et laissa de l'espace pour ces nouveaux éléments, qui furent nommés eka-silicone (germanium), eka-aluminium (gallium) et eka-boron (scandium). Ainsi, il n'y eu pas de dérangement dans le tableau périodique.
• Il prédit (souvent précisément comme il s'est avéré) des propriétés de certains d'entre eux alors manquants, ainsi que les propriétés de certains de leurs composés.
• Il indiqua que certaines des masses atomiques de l'époque étaient incorrectes.
• Il fournit une variation dans l'ordre des masses atomiques

Inconvénients

• Il n'y avait pas de place pour les isotopes de divers éléments.
• Son tableau n'incluait pas les gaz nobles, qui n'avaient pas été découverts. Mais ceux-ci avaient été ajoutés par Sir William Ramsay comme Groupe 0, sans dérangement au concept de base du tableau périodique.

Inconnu de Mendeleiev, Lothar Meyer travaillait aussi sur un tableau périodique. Dans son travail publié en 1864, Meyer présenta seulement 28 éléments, classés non par masse atomique mais par valence seule. Meyer n'eut jamais l'idée de prédire de nouveaux éléments et de corriger les masses atomiques. Quelques mois seulement après, Mendeleiev publia son tableau périodique de tous les éléments connus (et prédit plusieurs nouveaux éléments pour compléter le tableau, ainsi que certaines masses atomiques corrigées), Meyer publia un tableau virtuellement identique. Certaines personnes considèrent Meyer et Mendeleev comme les créateurs communs du tableau périodique, bien que la plupart considèrent que les prédictions précises de Mendeleiev des qualités des éléments non-découverts lui donne une plus grande part de crédit. En tout cas, au moment des prédictions de Mendeleiev, celles-ci ont grandement impressionné ses contemporains et furent éventuellement reconnues correctes. Un chimiste anglais, William Odling, dressa aussi un tableau qui est remarquablement similaire à celui de Mendeleiev en 1864.

Henry Moseley

En 1914, Henry Moseley trouva une relation entre la longueur d'onde de rayon X d'un élément et son nombre atomique et par conséquent réordonna le tableau par charge électronique plutôt que par masses atomiques. Avant cette découverte, les nombres étaient juste des nombres séquentiels basés sur la masse atomique d'un élément. La découverte de Moseley montra que les nombres atomiques avaient une base mesurable expérimentale.

La recherche de Moseley montra aussi qu'il y avait des trous dans son tableau aux nombres atomiques 43 et 61 qui sont maintenant connus comme radio-actifs et qui n'apparaissent pas naturellement. Suivant les pas de Dimitri Mendeleiev, Henry Moseley prédit aussi de nouveaux éléments.

Glenn T. Seaborg

Pendant ses recherches du Projet Manhattan en 1944, Glenn T. Seaborg expérimenta une difficulté inattendue pour isoler l'Américium (95) et le Curium (96). Il commença à se demander si ces éléments appartenaient plus proprement à une série différente qui expliquerait pourquoi les propriétés chimiques inattendues des nouveaux éléments étaient différentes. En 1945, il alla à l'encontre des avis de ses collègues et proposa un changement significatif au tableau de Mendeleiev : la série des Actinides.

Le concept de Seaborg d'actinide de structure électronique d'élément lourd, prédit que les actinides forment une série de transition analogue à la série des terres rares des éléments Lanthanide, est maintenant bien accepté dans la communauté scientifique et inclus dans toutes les configurations standard du tableau périodique. La série Actinide est la deuxième ligne du bloc f (série 5f) et comprend les éléments de l'Actinium au Lawrencium. Les élaborations subséquentes de Seaborg du concept d'actinide théorisa une série d'éléments superlourds dans une série transactinide comprenant les éléments 104 jusqu'à 121 et une série superactinide incluant les éléments 122 jusqu'à 153.