Comme les premiers chimistes ont travaillé à purifier les minerais et découvert plus d’éléments, ils ont réalisé que divers éléments pouvaient être regroupés par leur produit chimique similaire comportement. Un de ces groupes comprend le lithium (Li), le sodium (Na) et le potassium (K): Ces éléments sont tous brillants, conduisent bien la chaleur et l’électricité et ont des propriétés chimiques similaires. Un deuxième groupe comprend le calcium (Ca), le strontium (Sr) et le baryum (Ba), qui sont également brillants, de bons conducteurs de chaleur et d’électricité, et ont des propriétés chimiques en commun. Cependant, les propriétés spécifiques de ces deux groupements sont notamment différentes l’une de l’autre. Par exemple : Li, Na et K sont beaucoup plus réactifs que Ca, Sr et Ba; Li, Na et K forment des composés avec de l’oxygène dans un rapport de deux de leurs atomes à un atome d’oxygène, tandis que Ca, Sr et Ba forment des composés avec un de leurs atomes à un atome d’oxygène. Le fluor (F), le chlore (Cl), le brome (Br) et l’iode (I) présentent également des propriétés similaires, mais ces propriétés sont radicalement différentes de celles de l’un des éléments ci-dessus.

Dimitri Mendeleev en Russie (1869) et Lothar Meyer en Allemagne (1870) ont reconnu indépendamment qu’il existait une relation périodique entre les propriétés des éléments connus à cette époque. Les deux tableaux publiés avec les éléments disposés en fonction de la masse atomique croissante. Mais Mendeleïev est allé plus loin que Meyer: Il a utilisé sa table pour prédire l’existence d’éléments qui auraient des propriétés similaires à l’aluminium et au silicium, mais qui étaient encore inconnus. Les découvertes du gallium (1875) et du germanium (1886) ont apporté un grand soutien aux travaux de Mendeleïev. Bien que Mendeleïev et Meyer aient longtemps contesté la priorité, les contributions de Mendeleïev à l’élaboration du tableau périodique sont maintenant plus largement reconnues (figure 1).

Figure 1. (a) Dimitri Mendeleïev est largement crédité de la création (b) du premier tableau périodique des éléments. (crédit a: modification de l’œuvre de Serge Lachinov; crédit b: modification de l’œuvre de « Den fjättrade ankan” / Wikimedia Commons)

Vous pouvez consulter la transcription de « The Periodic Table: Crash Course Chemistry #4” ici (s’ouvre dans une nouvelle fenêtre).

Au XXe siècle, il est devenu évident que la relation périodique impliquait des nombres atomiques plutôt que des masses atomiques. L’énoncé moderne de cette relation, la loi périodique, est le suivant: les propriétés des éléments sont des fonctions périodiques de leurs numéros atomiques. Un tableau périodique moderne organise les éléments dans l’ordre croissant de leurs numéros atomiques et regroupe des atomes ayant des propriétés similaires dans la même colonne verticale (Figure 2). Chaque boîte représente un élément et contient son numéro atomique, son symbole, sa masse atomique moyenne et (parfois) son nom. Les éléments sont disposés en sept rangées horizontales, appelées périodes ou séries, et 18 colonnes verticales, appelées groupes. Les groupes sont étiquetés en haut de chaque colonne. Aux États-Unis, les étiquettes étaient traditionnellement des chiffres romains avec des majuscules. Cependant, l’UICPA recommande d’utiliser les numéros 1 à 18, et ces étiquettes sont plus courantes. Pour que le tableau tienne sur une seule page, des parties de deux des lignes, soit un total de 14 colonnes, sont généralement écrites sous le corps principal du tableau.

Figure 2. Les éléments du tableau périodique sont organisés en fonction de leurs propriétés.

De nombreux éléments diffèrent considérablement dans leurs propriétés chimiques et physiques, mais certains éléments sont similaires dans leurs comportements. Par exemple, de nombreux éléments apparaissent brillants, sont malléables (capables de se déformer sans se casser) et ductiles (pouvant être entraînés dans des fils) et conduisent bien la chaleur et l’électricité. D’autres éléments ne sont pas brillants, malléables ou ductiles et sont de mauvais conducteurs de chaleur et d’électricité. Nous pouvons trier les éléments en grandes classes avec des propriétés communes: métaux (éléments brillants, malléables, bons conducteurs de chaleur et d’électricité – jaune ombré); non métalliques (éléments qui semblent ternes, mauvais conducteurs de chaleur et d’électricité – vert ombré); et les métalloïdes (éléments qui conduisent modérément bien la chaleur et l’électricité, et possèdent certaines propriétés des métaux et certaines propriétés des non—métaux – violet ombré).

Les éléments peuvent également être classés dans les éléments du groupe principal (ou éléments représentatifs) dans les colonnes étiquetées 1, 2 et 13-18; les métaux de transition dans les colonnes étiquetées 3-12; et les métaux de transition internes dans les deux rangées en bas du tableau (les éléments de la rangée du haut sont appelés lanthanides et les éléments de la rangée du bas sont des actinides; Figure 3). Les éléments peuvent être subdivisés par des propriétés plus spécifiques, telles que la composition des composés qu’ils forment. Par exemple, les éléments du groupe 1 (la première colonne) forment des composés constitués d’un atome de l’élément et d’un atome d’hydrogène. Ces éléments (sauf l’hydrogène) sont connus sous le nom de métaux alcalins, et ils ont tous des propriétés chimiques similaires. Les éléments du groupe 2 (la deuxième colonne) forment des composés constitués d’un atome de l’élément et de deux atomes d’hydrogène: Ceux-ci sont appelés métaux alcalino-terreux, avec des propriétés similaires parmi les membres de ce groupe. D’autres groupes avec des noms spécifiques sont les pnictogènes (groupe 15), les chalcogènes (groupe 16), les halogènes (groupe 17) et les gaz nobles (groupe 18, également appelés gaz inertes). Les groupes peuvent également être désignés par le premier élément du groupe: Par exemple, les chalcogènes peuvent être appelés groupe d’oxygène ou famille d’oxygène. L’hydrogène est un élément non métallique unique aux propriétés similaires aux éléments du groupe 1 et du groupe 17. Pour cette raison, l’hydrogène peut être représenté en tête des deux groupes, ou seul.

Figure 3. Le tableau périodique organise les éléments ayant des propriétés similaires en groupes.

Vérifiez votre apprentissage

Donnez le nom du groupe pour chacun des éléments suivants:

1. krypton
2. sélénium
3. baryum
4. lithium

En étudiant le tableau périodique, vous avez peut-être remarqué quelque chose à propos des masses atomiques de certains éléments. L’élément 43 (technétium), l’élément 61 (prométhium) et la plupart des éléments de numéro atomique 84 (polonium) et plus ont leur masse atomique indiquée entre crochets. Ceci est fait pour les éléments entièrement constitués d’isotopes radioactifs instables (vous en apprendrez plus sur la radioactivité dans le module de chimie nucléaire). Un poids atomique moyen ne peut pas être déterminé pour ces éléments car leurs radio-isotopes peuvent varier considérablement en abondance relative, selon la source, ou peuvent même ne pas exister dans la nature. Le nombre entre crochets est le nombre de masse atomique (et la masse atomique approximative) de l’isotope le plus stable de cet élément.

Glossaire

actinide: métal de transition interne en bas des deux rangées inférieures du tableau périodique

métal alcalin: élément du groupe 1

métal alcalino-terreux: élément du groupe 2

chalcogène: élément du groupe 16

groupe: colonne verticale du tableau périodique

halogène: élément dans le groupe 17

gaz inerte: (également, gaz noble) élément dans le groupe 18

métal de transition interne: (également, lanthanide ou actinide) élément dans les deux rangées inférieures; si dans la première rangée, également appelée lanthanide, de si dans la deuxième rangée, également appelée actinide

lanthanide: métal de transition interne dans le haut des deux rangées inférieures du tableau périodique

élément du groupe principal: (également élément représentatif) élément dans les colonnes 1, 2 et 12-18

métal: élément brillant, malléable, bon conducteur de chaleur et d’électricité

métalloïde: élément qui conduit modérément bien la chaleur et l’électricité, et possède certaines propriétés des métaux et certaines propriétés des non-métaux

gaz noble: élément (également gaz inerte) du groupe 18

non-métal: élément qui semble terne, mauvais conducteur de chaleur et d’électricité

période: (aussi, série) ligne horizontale du tableau des périodes

loi périodique: les propriétés des éléments sont fonction périodique de leurs numéros atomiques.

tableau périodique: tableau des éléments qui rapprochent les éléments ayant des propriétés chimiques similaires

pnictogen: élément du groupe 15

élément représentatif: (également, élément du groupe principal) élément des colonnes 1, 2 et 12-18

série: (également, période) ligne horizontale du tableau des périodes

métal de transition: élément des colonnes 3-11