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Le tableau périodique et Mendeleïev 


Le tableau périodique des éléments, appelé aussi parfois Tableau de Mendeleïev * regroupe les différents éléments en les classant selon leurs propriétés et leurs caractéristiques. En voici l'origine : 

I. L'histoire du tableau périodique et la classification de Mendeleïev :

1885 - Portrait de Dimitry Ivanovich Mendeleïev portant la robe professorale de l'université d'Edinburgh. 57.5 × 46 cm. The State Tretyakov Gallery, Moscow. Ilya Yefimovich Repin

Dès le début du 19ème siècle, la nécessité de pouvoir classer les éléments chimiques apparait, car ceux-ci deviennent de plus en plus nombreux. La découverte de nouvelles substances et de nouveaux éléments pousse les scientifique à essayer de les regrouper.

Les chimistes arrivent à mettre en évidence que toutes les substances contiennent un nombre restreint d'éléments chimiques, qui servent de briques de constructions pour élaborer ces substances.

Lothar Meyer, est l'un des premier à proposer un premier système de classification, en 1864. Il a classé les éléments en les regroupant selon le nombre maximum de liaison que chaque élément peut réaliser. Ce système était basé sur 28 éléments seulement, et ne permettait pas de prédire l'existence d'autres éléments et d'en deviner certaines propriétés (comme la masse, l'état physique, ...)

Dimitri Mendeleïv tenta de classer les éléments selon certaines de leurs propriétés. il a observé que les propriétés réapparaissaient de façon périodique lorsqu'il classait les éléments par masse croissante. A chaque retour d'une propriété, Mendeleïev indiquait celui-ci dans une autre ligne d'un tableau.

 La première version du tableau périodique qu'il proposa comportait 5 colonnes et 18 lignes (son tableau était vertical par-rapport à la version moderne). Son génie fût de laisser des cases vides dans son tableau lorsqu'un élément ne présentait pas les propriétés attendues. Il prédit ainsi l'existence d'autres éléments ayant des propriétés semblables aux autres de son groupe.

Le 6 mars 1869, Mendeleïev réalisa une présentation à la société russe de chimie, intitulée La dépendance entre les propriétés des masses atomiques des éléments, énonçant :

  1. "Les éléments, lorsqu'ils sont disposés selon leur masse atomique, montrent une périodicité apparente de leurs propriétés.
  2. Les éléments qui sont semblables en ce qui concerne leurs propriétés chimiques ont des masses atomiques qui sont peu éloignés ou proches de la même valeur (par exemple Pt, Ir, Os) ou qui augmentent régulièrement (par exemple K, Rb, Cs).
  3. L'arrangement des éléments, ou des groupes d'éléments dans l'ordre de leurs masses atomiques, correspond à leurs prétendues valences, aussi bien que, dans une certaine mesure, à leurs propriétés chimiques distinctives.
  4. Les éléments qui sont le plus largement représentés ont de petites masses atomiques.
  5. L'importance de la masse atomique détermine le caractère de l'élément, de même que l'importance de la molécule détermine le caractère d'un corps composé.
  6. Nous devons nous attendre à la découverte de nombreux éléments jusqu'ici inconnus. Par exemple des éléments analogues à l'aluminium et au silicium dont la masse atomique serait comprise entre 65 et 75.
  7. La masse atomique d'un élément peut parfois être modifiée par une connaissance de la masse de ses éléments contigus. Ainsi, le poids atomique du tellure doit se trouver entre 123 et 126, et ne peut pas être 128.
  8. Certaines propriétés caractéristiques des éléments peuvent être prévues à partir de leur masse atomique."

Mendeleïev, La dépendance entre les propriétés des masses atomiques des éléments, 1869

L'une des formes du tableau périodique de Mendeleïev, de la première version anglaise de son ouvrage de référence (1891, basé sur la 5e édition russe)

En 1913, la classification évolua une dernière fois. On s'aperçut que si l'on tient compte des propriétés chimiques des éléments naturels, les éléments ne doivent pas être classés selon leurs masses atomiques mais selon leurs numéros atomiques (nombre de protons de l'élément). C'est donc le nombre de protons qui détermine la nature de l'élément et une partie de ses propriétés.

 

II. Le tableau périodique des éléments

II.1. Structure générale

  • Il est composé de 18 colonnes numérotées de 1 à 18 contenant des cases. (Un ancien système de notation est encore d'usage utilisant les chiffres romains et les lettres A et B). Chaque colonne correspond  à une famille d'éléments présentés dans des cases. Un nom est attribué à certains groupes (famille). Les éléments d'une même colonne ont tendance à avoir le même type de comportement (de réactivité).

    • groupe 1 : Alcalins

    • groupe 2 : Alcalino-terreux

    • groupe 13 : Terreux

    • groupe 14 : Carbonides

    • groupe 15 : Pnictogènes

    • groupe 16 : Chalcogènes

    • groupe 17 : Halogènes

    • groupe 18 : Gaz rares

     

  • Le tableau se compose horizontalement de 7 lignes. Elles sont appelées périodes et correspondent aux différentes couches présentées dans le modèle atomique de Bohr. Les périodes n'ont pas de nom spécifique, mise à part une portion de la période 6 (éléments 57 à 71) qui porte le nom de Lanthanides (nom tiré du premier élément de cette série) et les éléments 89 à 103 de la période 7 appelés Actinides (pour les mêmes raisons).

    1

    1

    H
    1.008

         

    numéro atomique

    Symbole

    masse atomique relative (Ar)

             

    2

    He
    4.0026

    2

    3

    Li
    6.941

    4

    Be
    9.0122

            

    5

    B
    10.811

    6

    C
    12

    7

    N
    14.007

    8

    O
    15.9994

    9

    F
    18.998

    10

    Ne
    20.180

    3

    11

    Na
    22.9898

    12

    Mg
    24.305

     

             

    13

    Al
    26.982

    14

    Si
    28.086

    15

    P
    30.974

    16

    S
    32.065

    17

    Cl
    35.453

    18

    Ar
    39.948

    4

    19

    K
    39.098

    20

    Ca
    40.078

    21

    Sc
    44.956

    22

    Ti
    47.867

    23

    V
    50.94

    24

    Cr
    52.0

    25

    Mn
    55.0

    26

    Fe
    55.845

    27

    Co
    58.933

    28

    Ni
    58.693

    29

    Cu
    63.546

    30

    Zn
    65.38

    31

    Ga
    69.723

    32

    Ge
    72.64

    33

    As
    74.922

    34

    Se
    78.96

    35

    Br
    79.904

    36

    Kr
    83.798

    5

    37

    Rb
    85.468

    38

    Sr
    87.62

    39

    Y
    88.906

    40

    Zr
    91.224

    41

    Nb
    92.906

    42

    Mo
    95.96

    43

    Tc
    98.9062

    44

    Ru
    101.07

    45

    Rh
    102.91

    46

    Pd
    106.42

    47

    Ag
    107.87

    48

    Cd
    112.41

    49

    In
    114.82

    50

    Sn
    118.71

    51

    Sb
    121.76

    52

    Te
    127.60

    53

    I
    126.90

    54

    Xe
    131.29

    6

    55

    Cs
    132.91

    56

    Ba
    137.33

    57-71

    72

    Hf
    178.49

    73

    Ta
    180.95

    74

    W
    184.0

    75

    Re
    186.21

    76

    Os
    190.23

    77

    Ir
    192.22

    78

    Pt
    195.08

    79

    Au
    196.97

    80

    Hg
    200.59

    81

    Tl
    204.38

    82

    Pb
    207.2

    83

    Bi
    208.98

    84

    Po
    (209)

    85

    At
    (210)

    86

    Rn
    (222)

    7

    87

    Fr
    (223)

    88

    Ra
    226.025

    89-103

    104

    Rf
    (261)

    105

    Db
    (282)

    106

    Sg
    (283)

    107

    Bh
    (262)

    108

    Hs
    (265)

    109

    Mt
    (266)

    110

    Ds
    -

    111

    Rg
    -

    112

    Cn
    -

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Bas de page arbre sans rien.png 

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

       

    6

     

    lanthanides

    57

    La
    138.91

    58

    Ce
    140.12

    59

    Pr
    140.91

    60
    Nd
    144.24

    61

    Pm
    -

    62

    Sm
    150.36

    63

    Eu
    151.96

    64

    Gd
    157.25

    65

    Tb
    158.93

    66

    Dy
    162.50

    67

    Ho
    164.93

    68

    Er
    167.26

    69

    Tm
    168.93

    70

    Yb
    173.05

    71

    Lu
    174.97

    7

     

    actinides

    89

    Ac
    (227)

    90

    Th
    232.04

    91

    Pa
    231.04

    92

    U
    238.03

    93

    Np
    237.048

    94

    Pu
    (242)

    95

    Am
    (243)

    96

    Cm
    (247)

    97

    Bk
    (247)

    98

    Cf
    (249)

    99

    Es
    (254)

    100

    Fm
    (253)

    101

    Md
    (256)

    102

    No
    (254)

    103

    Lr
    (257)

 

D'après la dernière version publiée par la IUPAC (22/06/2007) | réactualisé avec la désignation de l'élément 112, le 11/05

 

 

II.2. Les cases du tableau périodique

1. Légende :

en haut à gauche : le numéro atomique
au milieu : le symbole de l'élément
en bas, centré : la masse atomique relative de l'élément

Quelques moyens mnémotechniques :

Connaître la tableau périodique des éléments par cœur n'est pas d'une grande utilité. Toutefois, quelques trucs et astuces existent afin de mémoriser celui-ci. Voici quelques exemples :
   * période 2 :
Li Be B C N O F Ne

Lili Becta Bien Chez Notre Oncle Ferdinant Nestor

 * période 3 :
Na Mg Al Si P S Cl Ar

Napoléon Mangea Allégrement Six Poulets Sans Claquer d' Argent

D'autres trucs sont disponible sur wikipédia : http://fr.wikibooks.org/wiki/Liste_de_mn%C3%A9moniques#Tableau_p.C3.A9riodique_des_.C3.A9l.C3.A9ments  

 

2. Le numéro atomique (Z) :

Dans le tableau périodique, on peut observer qu'un nombre est inscrit dans le coin supérieur gauche de la case. Il s'agit du numéro atomique Z de l'atome. Ce nombre indique l'ordre de classement de l'atome dans le tableau, mais aussi le nombre de protons (charges positives) de l'atome et par conséquent le nombre d'électrons (charges négatives) de celui-ci, car l'atome est électriquement neutre.

exemple : L'atome d'hydrogène a le numéro atomique 1, ce qui signifie qu'il est le premier atome par ordre de complexité, qu'il possède un proton dans son noyau et un électron périphérique.

 

3. La masse atomique relative :

Celle-ci est indiquée également dans le tableau périodique, elle se trouve en dessous du symbole de l'élément, ainsi la masse atomique relative (qui se note Ar) de l'atome d'hydrogène est Ar = 1,0079 d'après ce tableau.

 

4. Synthèse : 

Remplace les différents éléments qui constitue une case du tableau périodique.

a.
b.
c.

Les colonnes du tableau périodique sont appelées familles et regroupent des éléments aux propriétés ressemblantes, les lignes horizontales sont appelées périodes.

Dans ce cours nous utiliserons non pas un tableau périodique version papier, mais un tableau interactif. Pour afficher les informations sur l'élément voulu, il suffit de cliquer dessus, et instantanément les informations le concernant apparaissent.

  1  

Cliquez sur l'élément dont vous voulez afficher les propriétés

        18
1 H 2 13 14 15 16 17 He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg 3 4 5 6 7 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs

Mt

Ds

Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
                                   
 

6 Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu  
7 Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr  
     

Nom de l'élément:

Répartition électronique :

Nombre atomique (Z):

Electronégativité (χ):

Masse atomique relative :

Point de fusion (T°):

Point d'ébullition (T°):

©  Miseur L.


Les masses atomiques relatives

Quel est la masse atomique relative des éléments suivants (2 décimales) ? (en regardant dans le tableau ci-dessus, version interactive.)

1. Phosphore (P) :  Ar =   2. Calcium (Ca):    Ar =
3. Cuivre (Cu) :     Ar = 4. Mercure (Hg):    Ar =
5. Carbone (C) :    Ar =  

                                            

 


III. Illustrations de la périodicité des propriétés

La périodicité des propriétés physique ou chimique au sein du tableau périodique des éléments peut être observée de façon très visuelle lorsque celles-ci sont représentées sous forme graphique. Observer les évolutions au sein des périodes et la similitude de comportement entre les éléments d'une même famille.

Il est intéressant de comparer les masses volumiques, points de fusion et d'ébullition des différents éléments afin de se rendre compte de la réelle évolution périodique des propriétés. Nous pouvons alors mettre en évidence la grande ingéniosité du système de classement choisi !

 


 

 

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