Le tableau périodique a été la percée la plus importante de la chimie

Par Dennis Rouvray

12 février 1994 , mis à jour le 10 janvier 2019

Lorsque le romancier français Balzac écrivait « sans chiffres, tout l'édifice de notre civilisation s'effondrerait », il attendait peut-être une réflexion du chimiste russe Dmitri Mendeleïev. Le 17 février 1869, Mendeleïev note les symboles des éléments chimiques et les classe en fonction de leur poids atomique. Il notait la séquence de telle manière qu'ils finissaient par être regroupés sur la page selon des régularités connues ou des « périodicités » de comportement. Ce fut peut-être la plus grande avancée de l’histoire de la chimie.

Les idées de Mendeleïev ont totalement changé la façon dont les chimistes considéraient leur discipline. Désormais, chaque élément chimique avait son numéro et sa position fixe dans le tableau, et à partir de là, il devenait possible de prédire son comportement : comment il réagirait avec d'autres éléments, quel type de composés il formerait et quelles sortes de propriétés physiques il aurait. .

Bientôt, Mendeleïev prédit les propriétés de trois éléments – le gallium, le scandium et le germanium – qui n’avaient pas encore été découverts. Il était si convaincu de la solidité de sa loi périodique qu'il laissa des espaces vides pour ces éléments dans son tableau. En vingt ans, tous les trois furent retrouvés et leurs propriétés confirmèrent presque exactement ses prédictions.

Mendeleïev lui-même a été surpris par la rapidité avec laquelle ses idées se sont confirmées. Lors d'une prestigieuse conférence Faraday à la Royal Institution de Londres en 1889, il a admis qu'il ne s'attendait pas à vivre assez longtemps « pour mentionner leur découverte à la Chemical Society of Great Britain comme une confirmation de l'exactitude et de la généralité de la loi périodique ». . Alors que la nouvelle de ses remarquables réalisations commençait à se répandre, Mendeleïev devint une sorte de héros et l'intérêt pour le tableau périodique monta en flèche.

En tout, Mendeleïev a prédit 10 nouveaux éléments, dont tous sauf deux se sont avérés exister. Il a ensuite proposé que les positions de certaines paires d'éléments adjacents soient inversées pour que leurs propriétés s'inscrivent dans le modèle périodique. Il a suggéré de remplacer le cobalt par du nickel et l'argon par du potassium, qui, selon lui, avaient été mal placés car leurs véritables poids atomiques étaient différents des valeurs déterminées par les chimistes. Il fallut attendre 1913, environ six ans après la mort de Mendeleïev, pour dissiper cette ambiguïté. À cette époque, les chimistes avaient acquis une bien meilleure compréhension de l’atome et, cette année-là, le physicien Henry Moseley, travaillant à Manchester, montra que la position d’un élément dans le tableau n’est pas régie par son poids atomique mais par son numéro atomique.

Le numéro atomique d'un élément définit le nombre de protons dans son noyau atomique, qui dans un atome neutre est égal au nombre d'électrons qui l'entourent. Moseley a prouvé que la fréquence caractéristique des rayons X générés par un élément particulier est directement liée à son numéro atomique. Une source de confusion pour Mendeleïev était que le poids atomique mesuré par les chimistes est une moyenne des poids légèrement différents de tous les différents isotopes d’un élément. (Les isotopes ont le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons.)

Cependant, l'intuition de Mendeleïev était juste et le numéro atomique fut utilisé avec succès pour attribuer une place dans un tableau élargi aux gaz rares – hélium, néon, argon, krypton, radon et xénon – découverts dans les années 1890. Ces éléments sont si peu réactifs qu’ils ne pouvaient pas être combinés avec un autre élément au moment de leur découverte. Il était donc hors de question de connaître leurs propriétés chimiques.

Les éléments les plus lourds étaient positionnés de la même manière. Il s'agit principalement de la série des lanthanides à 15 éléments, découverte à partir des années 1840, qui part du lanthane, élément 57, et des 15 actinides radioactifs découverts au cours de ce siècle, qui commencent par l'actinium, élément 89. La chimie de chaque série de ces éléments ne change que très légèrement avec l'augmentation du numéro atomique, il aurait donc eu de gros problèmes pour les placer dans son tableau périodique.