La classification périodique

L'univers: Les éléments chimiques
La classification périodique
L'homme a tenté depuis l'antiquité de trouver une explication à la complexité de la matière qui l'entoure.
A mesure qu'augmentait le nombre d'éléments connus, les chimistes du XIX° siècle ressentaient le besoin de
les classer dans un ordre logique.
Nous allons à présent nous pencher sur les différentes étapes de l'élaboration de cette classification.
I)
Principaux scientifiques ayant contribué à l'élaboration de la classification périodique
Tout a commencé vers la fin du XVIII° siècle où l'on comptait déjà 33 éléments connus.
En 1817, J.W. Döbereiner, chimiste russe, suggéra l'existence de triades d'éléments semblables tels le chlore,
le brome et l'iode. Il constata que la masse atomique du second élément de la triade est intermédiaire entre
celle des deux autres.
Le géologue français Chancourtois (1820-1886) et le chimiste britannique Newlands (1837- 1898)
proposèrent la loi des octaves en 1864.
Les propriétés des éléments se répétaient tous les huit éléments. Mais cette loi n'était applicable que pour les
éléments les plus légers.
En 1869, le chimiste Allemand Julius Lothar Meyer fit la découverte de la périodicité du volume atomique, ce
qui reviendrait aujourd'hui à dire que les couches électroniques se remplissent les unes après les autres.
Dimitri Ivanovitch Mendeleïev (1834-1907), chimiste russe posa la loi de la périodicité des propriétés.
En 1869, il présenta une première version de son tableau périodique avec les 63 éléments connus à cette
époque.
Reproduction du tableau de Mendeleïev (http://mendeleiev.cyberscol.qc.ca/carrefour/historique.html)
William Ramsay (1852-1916), chimiste écossais, découvre les gaz nobles à partir de 1895. Plus tard, en 1914,
le physicien anglais Henry Moseley (1887-1915) réussit à déterminer le nombre de protons de chacun des
éléments. Il posa alors la notion de numéro atomique. La disposition actuelle du tableau périodique est due à
Glen T Seaborg (prix Nobel en 1951) en 1945.
II)
Mendeleïev et sa classification
Sa classification est basée sur la théorie de la périodicité des éléments qui constitue la base de notre tableau
périodique moderne.
Un phénomène est dit périodique s'il se reproduit identique à lui même à intervalles réguliers
(saisons, oscillations du balancier d'une horloge... ).
L'univers: Les éléments chimiques
On parle de périodicité pour la classification car les éléments, classés par masse atomique croissante, sont
disposés de telle manière que les propriétés d'éléments d'une même colonne soient similaires.
On peut donc dire que les propriétés des éléments se répètent de façon périodique.
Pour classer les éléments similaires à l'intérieur de chaque groupe, Mendeleïev a du laisser certaines cases
vides:
Li = 7
B = ll
C = 12
N = 14
0 = 16
F = 19
Na = 23
Al = 27,4
Si = 28
P = 31
S = 32
Cl = 35,5
K = 39
Ca = 40
? = 68
Ur = 116
? = 70
Sn = 118
As = 75
Sb = 122
Se = 79,4 Te = 128?
Br = 80
I = 127
Rb = 85,4 Cs = 133
Sr = 87,6 Ba = 137
Dans le tableau original de Mendeleïev, il manquait le gallium (Ga) et le germanium (Ge).
Ces deux éléments sont aujourd'hui très utilisés dans la fabrication des composants électroniques en raison
de leurs propriétés semi-conductrices.
Les gaz nobles étaient absents du tableau de Mendeleïev. Ces gaz n'étaient pas connus à l'époque en raison
de leur grande inertie chimique qui rendait leur analyse très difficile.
Ils trouvent maintenant leur place dans la dernière colonne de la classification périodique.
Avant sa mort, Mendeleïev fit des prévisions sur les vides de son tableau. Il affirma qu'on découvrirait les
éléments correspondant aux valeurs 68 et 70 et il décrivit les propriétés physico-chimiques des corps
simples correspondants ainsi que leurs oxydes.
La découverte de ces éléments assura la pérennité aux travaux de Mendeleïev.
Sa classification fut adoptée et complétée progressivement au fur et à mesure des découvertes.
III)
Les éléments chimiques
En 1790, on comptait 33 éléments connus.
En 1869, le tableau de Mendeleïev recensait 63 éléments.
En 1908, on en comptait 86.
A l'heure actuelle, on connaît 112 éléments, les derniers étant des éléments de synthèse à courte durée de vie.
L'élément numéro 101 a été découvert en 1955 par une équipe de chercheurs américains qui lui ont donné le
nom de Mendelevium, en hommage au père de la classification périodique.
Il a fallu plusieurs années de recherches pour arriver au modèle actuel de la classification périodique.
Aujourd'hui, tous les éléments absents du tableau originel ont été répertoriés.
Il apparaît que c'est moins la masse atomique que le numéro de classification à l'intérieur du groupe qui
constitue le critère déterminant dans la classification des éléments.
Ceci s'oppose aux supputations de Mendeleïev mais il ne disposait pas à l'époque des mêmes moyens
d'investigation qu'aujourd'hui et les notions de proton et neutron étaient alors inconnues.
Cependant, les travaux de Mendeleïev restent reconnus comme étant la base du tableau périodique tel que
nous le connaissons.
IV)
La classification actuelle
La classification périodique telle que nous la connaissons se présente sous forme d'un tableau de:
- Sept lignes ou périodes (les lanthanides et les actinides sont classés à part pour des raisons de
présentation du tableau). Chaque période correspondant au remplissage d'une couche
électronique.
- Dix huit colonnes ou familles d'éléments. Dans une même famille, les éléments possèdent le
même nombre d'électrons sur leur couche externe, ce qui leur confère des propriétés
chimiques similaires.
L'univers: Les éléments chimiques
Parmi ces familles, on peut noter:
- Les alcalins, première colonne du tableau périodique.
Ce sont des métaux (donnent des cations) très réactifs avec l'eau (danger des feux de sodium) et
donnant des solutions basiques (synonyme d'alcali: base; la soude en grec)
Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
- Les alcalino-terreux, deuxième colonne.
Ce sont des métaux présentant des propriétés similaires à celles des alcalins mais les réactions sont
moins violentes. On les trouve sous forme d'oxydes dans le sol d'où leur nom.
Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
- Les halogènes, avant dernière colonne.
Sous forme moléculaire les halogènes sont toxiques et irritants (gaz moutarde en 14-18, teinture
d'iode utilisée comme antiseptique). Sous forme ionique (X- selon la règle de l'octet), ils sont
beaucoup plus anodins et sont assimilés en tant qu'oligo-éléments. Leur nom provient du grec:
halos: sel et gennân: engendrer (ex: chlorure de sodium).
F, Cl, Br, I, At
- Les gaz nobles, dernière colonne.
Autrefois appelés gaz rares, leur nom a été changé car ils ne sont pas si rares que ça. Ils n'ont
aucune réactivité chimique du fait de la saturation de leur couche électronique externe. L'hélium
est utilisé car, plus léger que l'air, il permet de gonfler les ballons sondes. On l'utilise aussi ainsi
que l'argon pour les mélanges gazeux dans les bouteilles de plongée. Le radon est le principal
responsable de la radioactivité naturelle.
He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
Tableau périodique interactif:
http://archives.universcience.fr/francais/ala_cite/expo/tempo/aluminium/science/mendeleiev/