Tableau périodique expliqué : Mendeleïev, groupes, périodes

Un jeu de cartes des éléments

En 1869, le chimiste russe Dmitri Mendeleïev a écrit chaque élément connu sur une carte, avec sa masse atomique et ses propriétés. Il a disposé les cartes par ordre de masse et remarqué que des propriétés semblables revenaient sans cesse, comme les notes d’une octave. Le motif était net, mais il ne fonctionnait qu’à condition de laisser des places vides. Plutôt que de cacher les trous, il a déclaré que des éléments y manquaient et n’avaient pas encore été trouvés. L’image dessine les premières lignes de son tableau, avec des points d’interrogation là où les cartes manquaient. Il connaissait alors environ 63 éléments.

Des prédictions qui se sont réalisées

Mendeleïev est allé plus loin et a décrit les éléments manquants. Pour la case sous l’aluminium, il a prédit un métal de masse atomique voisine de 68. En 1875, le chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran l’a trouvé et l’a nommé gallium. Il fond à environ 30 °C, si bien qu’un morceau peut fondre dans votre main. Pour la case sous le silicium, Mendeleïev a prédit une masse voisine de 72 et une masse volumique voisine de 5,5 g/cm³. En 1886, Clemens Winkler a découvert le germanium : masse 72,6, masse volumique 5,35 g/cm³. Des résultats si proches ont convaincu les scientifiques de se fier au tableau. En 1913, Henry Moseley a ensuite montré que le véritable ordre est celui du numéro atomique, le nombre de protons.

Périodes et groupes

Chaque ligne du tableau est une période, et il y en a sept. Chaque colonne est un groupe, et il y en a dix-huit. Les éléments d’un même groupe ont le même nombre d’électrons externes, donc se comportent de façon semblable. Le long d’une période, chaque pas ajoute un proton et un électron. Choisissez une propriété dans le bac à sable, masse atomique, électronégativité ou rayon atomique, et le tableau se change en blocs dont la hauteur la montre. La masse atomique grimpe presque régulièrement. L’électronégativité, l’attraction qu’un atome exerce sur les électrons partagés, culmine au fluor avec 3,98 sur l’échelle de Pauling. Le rayon diminue le long d’une période et grandit en descendant un groupe. Voyez-vous les crêtes et les vallées ? Ce motif qui se répète, c’est la périodicité.

Métaux, non-métaux et gaz nobles

La plupart des éléments sont des métaux : brillants, malléables et bons conducteurs d’électricité, comme le fer, le cuivre et l’or. Les non-métaux, tels que le carbone, l’oxygène et le soufre, sont en général cassants à l’état solide et mauvais conducteurs. À l’extrême droite se trouvent les gaz nobles, hélium, néon, argon et leurs cousins, dont les couches externes sont pleines, si bien qu’ils ne réagissent presque pas. Le groupe 1, celui des métaux alcalins, est l’opposé : chaque atome a un électron externe qui ne tient guère. La réactivité augmente en descendant le groupe, le lithium sous le sodium et le sodium sous le potassium. C’est pourquoi ces métaux se conservent sous huile et ne sont montrés que par des enseignants formés, derrière une vitre de protection. L’image le dessine comme un escalier d’impatience.

118, et ce n’est pas fini

Aujourd’hui, 118 éléments sont confirmés, de l’hydrogène, numéro 1, à l’oganesson, numéro 118. Environ 90 d’entre eux existent dans la nature. Les plus lourds sont fabriqués en laboratoire et n’existent que pendant une fraction de seconde. En 2016, l’union internationale IUPAC a approuvé les noms des quatre plus récents : nihonium (113), moscovium (115), tennesse (117) et oganesson (118), ce qui a complété la septième ligne. Ouvrez la page du tableau périodique de l’école pour explorer chaque élément en détail. Le tableau de Mendeleïev a beaucoup grandi, mais sa forme et sa logique sont les mêmes qu’en 1869.

Le tableau périodique