En savoir plus sur le Tableau périodique de Mendeleïev

Les similitudes entre les propriétés macroscopiques au sein de chacune des familles chimiques conduisent à s’attendre à des similitudes microscopiques également. Les atomes de sodium devraient être similaires d’une certaine manière aux atomes de lithium, de potassium et des autres métaux alcalins. Cela pourrait expliquer les réactivités chimiques associées et les composés analogues de ces éléments.

Selon la théorie atomique de Dalton, différents types d’atomes peuvent être distingués par leurs masses relatives (poids atomiques). Il semble donc raisonnable de s’attendre à une certaine corrélation entre cette propriété microscopique et le comportement chimique macroscopique. Vous pouvez voir qu’une telle relation existe en listant des symboles pour la première douzaine d’éléments par ordre de masse relative croissante. En obtenant des poids atomiques, nous avons

Les éléments appartenant à des familles dont nous avons déjà discuté sont indiqués par un ombrage autour de leurs symboles. Les deuxième, troisième et quatrième éléments de la liste (He, Li et Be) sont respectivement un gaz noble, un métal alcalin et un métal alcalino-terreux. Exactement la même séquence est répétée huit éléments plus tard (Ne, Na et Mg), mais cette fois un halogène (F) précède le gaz noble. Si une liste était faite de tous les éléments, nous trouverions la séquence halogène, gaz noble, métal alcalin et métal alcalino-terreux plusieurs fois de plus.

Dmitri Ivanovich Mendeleev a proposé la loi périodique derrière sa compilation de tableaux périodiques. Cette loi stipule que lorsque les éléments sont répertoriés par ordre de poids atomiques croissants, leurs propriétés varient périodiquement. Autrement dit, des éléments similaires n’ont pas de poids atomiques similaires. Au contraire, lorsque nous descendons une liste d’éléments par ordre de poids atomiques, les propriétés correspondantes sont observées à intervalles réguliers. Pour souligner cette répétition périodique de propriétés similaires, Mendeleïev a disposé les symboles et les poids atomiques des éléments dans le tableau ci-dessous. Chaque colonne verticale de ce tableau périodique contient un groupe ou une famille d’éléments connexes. Les métaux alcalins sont dans le groupe I (Gruppe I), les terres alcalines dans le groupe II, les chalcogènes dans le groupe VI et les halogènes dans le groupe VII. Mendeleïev ne savait pas trop où placer les métaux de monnaie, et ils apparaissent donc deux fois. À chaque fois, cependant, le cuivre, l’argent et l’or sont disposés dans une colonne verticale. Les gaz nobles ont été découverts près d’un quart de siècle après la publication du premier tableau périodique de Mendeleïev, mais ils correspondent également à l’arrangement périodique. En construisant sa table, Mendeleïev a constaté qu’il n’y avait parfois pas assez d’éléments pour remplir tous les espaces disponibles dans chaque ligne horizontale ou période. Lorsque cela était vrai, il a supposé que quelqu’un finirait par découvrir l’élément ou les éléments nécessaires pour terminer une période. Mendeleïev a donc laissé des espaces vides pour les éléments non découverts et a prédit leurs propriétés en faisant la moyenne des caractéristiques des autres éléments du même groupe.

À titre d’exemple de ce processus prédictif, regardez la quatrième ligne numérotée (Reihen). Le scandium (Sc) était inconnu en 1872; le titane (Ti) a donc suivi le calcium (Ca) dans l’ordre des poids atomiques. Cela aurait placé le titane sous le bore (B) dans le groupe III, mais Mendeleïev savait que l’oxyde de titane le plus courant, TiO2, avait une formule similaire à un oxyde de carbone CO2, plutôt que de bore, B2O3. Par conséquent, il a placé le titane sous le carbone dans le groupe IV. Il a proposé qu’un élément non découvert, l’ekaboron, finirait par se trouver en dessous du bore. (Le préfixe eka signifie « ci-dessous. ») Les propriétés prévues pour ekaboron sont indiquées dans le tableau suivant. Ils étaient remarquablement d’accord avec ceux mesurés expérimentalement pour le scandium lors de sa découverte 7 ans plus tard. Cet accord était une preuve convaincante qu’un tableau périodique est un bon moyen de résumer un grand nombre de faits expérimentaux macroscopiques.

Table \(\PageIndex{1}\). Comparaison des prédictions de Mendeleïev avec les Propriétés observées de l’élément Scandium.

* Mendeleïev a utilisé le nom de bore « eka » car l’espace vide dans lequel l’élément devait s’insérer était « en dessous » du bore dans son tableau périodique.

† La valeur moderne du poids atomique du scandium est de 44,96.

Le tableau périodique moderne diffère à certains égards de la version originale de Mendeleïev. Il contient plus de 40 éléments supplémentaires et ses lignes sont plus longues au lieu d’être serrées les unes sous les autres en colonnes décalées. Par exemple, les quatrième et cinquième lignes de Mendeleïev sont toutes deux contenues dans la quatrième période du tableau moderne. Cela finit par placer du gallium, pas du scandium sous le bore dans le tableau périodique. Ce réarrangement est dû à la théorie sur la structure électronique des atomes, en particulier aux idées sur les orbitales et la relation de la configuration électronique avec le tableau périodique. L’idée extrêmement importante de groupes verticaux d’éléments connexes est toujours conservée, tout comme les nombres de groupes de Mendeleïev. Ces derniers apparaissent sous forme de chiffres romains en haut de chaque colonne du tableau moderne.

Mendeleïev était un chimiste extraordinaire capable de compiler le plus grand instrument chimique de tous les temps. Il n’était pas le seul à compiler les éléments, et de nombreux autres grands chimistes y ont également contribué. L’idée des éléments a commencé il y a plus de 5 000 ans et a finalement commencé à prendre forme il y a à peine 200 ans avec le tableau périodique de Mendeleïev. Pourtant, ce n’était pas la fin de la formation du tableau périodique. Il a changé au fil du temps et continue de se transformer à mesure que de plus en plus d’éléments sont découverts.

De ChemPRIME: 4.2: Le Tableau périodique