Diaporama : La classification périodique

La découverte des éléments
Depuis l’antiquité, on connaît quelques
corps simples comme le cuivre, l’or, le fer,
l’argent ou le soufre.
La découverte des éléments
En 1700, seuls 14 corps simples
ont été isolés: l’argent, l’étain,
le bismuth, le cuivre, le fer, le
zinc, le mercure, l’or, le plomb,
le carbone, l’antimoine,
l’arsenic, le phosphore et le
soufre.
Les éléments connus en 1700
La découverte des éléments
Entre 1700 et 1770, trois
nouveaux métaux sont isolés:
le cobalt, le platine et le nickel.
Les éléments connus en 1770
La découverte des éléments
Entre 1770 et 1800, une quinzaine
de nouveaux éléments sont découverts,
sous forme de
métaux ou
de gaz.
Les éléments connus en 1800
La découverte des éléments
En 1800, Alessandro Volta,
physicien italien, invente la
pile électrique. Il empile des
disques de cuivre et de zinc
en alternance. Chaque paire
est séparée de sa voisine par
un tissu imbibé d'eau salée.
Avec cet assemblage, il
obtient un courant électrique
continu.
La découverte des éléments
Grâce à la pile de Volta, la même année,
l’électrolyse de
l’eau est réalisée.
L’eau est ainsi
décomposée en
deux gaz :
Le dihydrogène
et le dioxygène.
La découverte des éléments
L’électrolyse des composés ioniques
va permettre d’isoler de nombreux
nouveaux éléments.
La découverte des éléments
Entre 1800 et 1840 plus d’une
vingtaine d’éléments nouveaux
sont isolés.
Mais la liste des éléments, qui en
contient plus d’une cinquantaine,
est alourdie par beaucoup
d’erreurs ou d’intrus…
Les éléments connus en 1840
Les débuts de la chimie …
Avant 1800, les
distinctions entre
élément, atome et
molécule,
ou entre corps pur
simple et corps pur
composé sont
encore peu claires.
Vers 1800, l’anglais John Dalton affirme :
1) les éléments sont constitués d’atomes qui
ne peuvent être ni créés, ni détruits;
2) les atomes d’un élément sont identiques;
3) les atomes d’éléments différents ont des
masses différentes;
4) lors des réactions chimiques les atomes ne
subissent aucune modification, mais modifient
leurs associations;
5) une molécule est formée d’atomes associés
dans des proportions simples et fixes;
Les débuts de la chimie …
Notation de Dalton (1805)
La distinction entre atome et molécule
continue à se préciser
avec les travaux de
Gay-Lussac en 1809
(les volumes des gaz
qui réagissent sont dans
des proportions simples)
Et d’Avogadro en 1811
(le volume d’un gaz est
proportionnel au nombre de
molécules présentes
dans ce gaz)…
En 1814, Berzélius propose une notation
à base de lettres pour représenter les
éléments et détermine avec précision
la masse
« Poids de l’atome »
Nom
Formule
O = 100
H =1
d’un grand
H
6,24
0,50
nombre
Hydrogène
H
12,48
1,00
d’éléments. Carbone
C
76,44
6,13
2
Eau
H
112,48
9,01
Ac. sulfurique
S
501,16
40,16
Soude
Na
390,90
31,32
Chl. sodique
NaCl
733,55
58,78
Alcool
CH3O
290,31
23,26
Les débuts de la chimie …
Vers 1870 les chimistes ne
confondent plus corps pur simple et
corps pur composé. La liste des
éléments devient précise et contient
plus d’une soixantaine d’éléments.
Le besoin se fait alors sentir de
trouver une classification cohérente
de tous ces éléments.
Les éléments connus en 1870
La recherche d’une classification
En 1808 le chimiste
anglais Davy étudie
les propriétés des
éléments connus et
met en évidence la
similitude des
propriétés de
certains éléments.
La recherche d’une classification
En 1817, Davy classe les éléments
chimiques en fonction de leurs
propriétés. Il remarqua l'existence de
plusieurs groupes de 3 éléments ayant
de nombreuses similitudes.
Il les appelle les "triades".
Exemples :
La triade calcium, strontium et baryum.
La triade du chlore, du brome de l'iode.
La triade du lithium, du sodium et du potassium.
La recherche d’une classification
Pour établir une classification des
éléments connus, la première
idée est donc de les classer en
tenant compte de la similitude
des propriétés chimiques.
La recherche d’une classification
En 1850 une soixantaine d’éléments
sont connus et on pouvait les classer en
une vingtaine de triades.
Plusieurs tentatives de classification des
éléments sont réalisées ... mais sans
succès.
La recherche d’une classification
Pour trouver une classification
des éléments, une deuxième idée
apparaît : les classer en tenant
compte de la masse atomique
nommée alors «poids atomique».
(Remarque : à cette époque, il y
avait beaucoup d’erreurs dans la
connaissance des masses !)
La recherche d’une classification
Bien sûr un chimiste ne pouvait pas
peser les atomes sur une balance !
Mais il déterminait cette masse à partir
de la masse minimale d’un élément qui
entre en composition avec un autre.
Dalton choisit arbitrairement comme
unité de référence la masse atomique de
l’hydrogène égale à 1.
En 1862 Béguyer de
Chancourtois,
géologue français,
réalise la 1ère
classification par
masse atomique
croissante. Il imagine
une classification en
hélice écrite sur une
colonne. Il l’appelle la
« vis tellurique ».
La recherche d’une classification
Il fait remarquer que sa
représentation met en
évidence une certaine
périodicité entre les
éléments.
La masse des atomes
augmente le long de
l’hélice et les éléments
d’une même triade sont
alignés.
Mais, de Chancourtois
n’étant pas chimiste, il y
a beaucoup d’erreurs
dans sa classification
(exemple : élément
ammonium).
Sa classification
tombera dans l’oubli …
La recherche d’une classification
En 1864 Chancourtois et le chimiste anglais
Newlands annonçaient que "le huitième
élément qui suit un élément donné, ressemble
au premier comme la huitième note de
l'octave ressemble à la première".
Mais cette loi ne pouvait s'appliquer aux
éléments au delà du Calcium. Cette idée de
classification restait donc insuffisante, mais le
tableau périodique commençait à se dessiner.
La recherche d’une classification
En 1864, l'anglais Odling publia un
tableau à dix-huit colonnes où les
éléments étaient classés par masse
atomique croissante, tout en mettant
les triades dans une même colonne.
Pour cela il place le tellure avant l'iode,
bien que la masse du tellure soit plus
grande.
La recherche d’une classification
En 1864, Ludwig Meyer, chimiste
allemand, classe vingt-huit éléments
en cinq colonnes, selon leur
«valence». Il montre que les masses
atomiques s’accroissent dans
chaque colonne selon une loi
particulière.
La recherche d’une classification
En 1865, Newland, un chimiste anglais,
essaya lui aussi de trouver une
classification, mais celle-ci n’a pas été
prise au sérieux par ses contemporains
et la Société chimique de Londres
refusa de publier ses articles.
La recherche d’une classification
En 1869, Meyer, met en évidence une
périodicité dans le volume atomique.
Les métaux alcalins ont par exemple un
important volume atomique.
Depuis 1868, il préparait un tableau
beaucoup plus complet, en seize colonnes,
qui ressemblera beaucoup à celui de
Mendeleïev… Il ne le publiera qu’en 1870.
La recherche d’une classification
Il faut attendre 1860, lors du premier congrès
international de chimie à Karlsruhe pour que
soient présentées et acceptées les notions
d’atome, de molécule et de masse atomique
pour chaque élément.
Un chimiste russe de 26 ans,
Dimitri Mendeleïev,
assiste à ce congrès.
La recherche d’une classification
En 1864, Mendeleïev soutient sa thèse de
doctorat.
En 1867, il est nommé professeur de chimie à
l’université de Saint-Pétersbourg, et il
enseigne la chimie minérale. Il rédige alors
les Principes de chimie, qui paraissent entre
1868 et 1871. C’est au cours de cette
rédaction qu’il aboutit à la classification
périodique des éléments.
La recherche d’une classification
Mendeleïev fait une fiche pour chaque
élément avec sa « masse » atomique et les
formules des composés chimiques connus.
En plaçant ces fiches suivant les masses
atomiques croissantes, il constate, lui aussi,
l’évolution régulière des propriétés pour les
éléments successifs, et la répétition de
séquences identiques à intervalles réguliers.
La classification de Mendeleïev
A son tour, Mendeleïev
réalise une classification
des éléments.
Celle-ci fait apparaître
une évolution et une
périodicité de leurs
propriétés.
La classification de Mendeleïev
Mendeleïev n’hésite pas
à remettre en question
la masse atomique ou
la valence admise pour
un élément, si cette
modification lui est
suggérée par plusieurs
indices et si elle rétablit l’harmonie de sa
classification.
Il procède ainsi pour plusieurs éléments.
La
classification
En 1869
Mendeleïev
présente sa
classification à dix
huit lignes où les
éléments sont
classés par masse
atomique
croissante.
La classification de Mendeleïev
La classification de Mendeleïev
Parmi la soixantaine d’éléments classés par
Mendeleïev, un seul n’a pas sa place ici …
c’est un mélange
de 2 éléments qui
n’ont pas encore
été séparés !
Mendeleïev fait des inversions si le classement
selon la masse est en contradiction avec la
périodicité des
propriétés.
La masse est fausse pour une dizaine d’éléments.
Exemples :
Er 56 au lieu de 167
Yt 60 au lieu de 89
In 75 au lieu de 115
Ur 116 au lieu de 238
2 parties du tableau contiennent beaucoup
d’erreurs principalement dues aux imprécisions
sur les masses.
Mendeleïev classe l’hydrogène à part,
parce qu’il ne ressemble à
aucun autre élément.
Pour la logique du tableau, Mendeleïev pense
que les 4 « trous » doivent correspondre à des
éléments inconnus
pour l’époque.
Mendeleïev fait l’hypothèse qu’il est possible
de décrire les éléments inconnus !
Il les appelle :
éka-aluminium (68)
éka-silicium (70)
éka-bore (45)
Les prédictions de Mendeleïev
Mendeleïev fait des
prédictions pour
l’éka-aluminium, en
tenant compte de la
variation des propriétés
des éléments de la même ligne ou de la
même colonne.
Il décrit les propriétés chimiques ou physiques
que l’éka-aluminium doit avoir, selon lui.
Les prédictions de Mendeleïev
En 1875, un chimiste français, François
Lecoq de Boisbaudran, découvre un nouvel
élément ressemblant à « l’éka-aluminium ». Il
le nomme le gallium.
Mendeleïev rappelle alors qu’il avait prédit,
six ans plus tôt, l’existence et les principales
propriétés de cet élément, qui occupait une
place vacante dans sa classification
périodique. Mendeleïev devient célèbre dans
toute l’Europe.
Les prédictions de Mendeleïev
En 1879, un chimiste danois, Nilsen,
découvre un nouvel élément ressemblant à
« l’éka-bore ». Il le nomme le scandium.
éka-bore
scandium
44
43,8
formule de l’oxyde
Eb2O3
Sc2O3
densité de l’oxyde
3,5
3,86
formule du sulfate
Eb2(SO4)3
Sc2(SO4)3
masse atomique
Les prédictions de Mendeleïev
En 1886, un chimiste allemand, Winkler,
découvre un nouvel élément ressemblant à
« l’éka-silicium ». Il le nomme le germanium.
masse atomique
densité
formule de l’oxyde
densité de l’oxyde
formule du chlorure
densité du chlorure
éka-silicium
72
5,5
EsO2
4,7
EsCl4
1,9
germanium
72,3
5,47
GeO2
4,703
GeCl4
1,887
Les prédictions de Mendeleïev
Les découvertes
du gallium (1875),
du scandium (1879)
et du germanium (1886)
ont apporté une
éclatante justification
des prédictions de
Mendeleïev et ont
souligné la pertinence
du classement réalisé.
La classification périodique des
éléments
Dans les années qui suivent, chaque nouvel
élément découvert trouve «naturellement» sa
place dans la classification.
La famille des gaz nobles apparaît et s’intègre
au tableau sans le remettre en question.
Le tableau se complète sans présenter de
case vide...
La classification périodique
La donnée inconnue avant 1890 qui
donne du sens au tableau est que les
éléments sont classés en fonction de leur
nombre d’électrons et non de leur masse !
La classification périodique
Le nombre d’électrons est différent
pour chaque élément.
Or, ce sont les électrons qui
donnent à chaque élément des
propriétés spécifiques qui évoluent
le long des lignes et des colonnes
du tableau périodique.
La classification périodique
Certains proposent actuellement de modifier
la présentation de la classification …
La classification périodique
Certains proposent actuellement de modifier
la présentation de la classification …
La classification périodique
Certains proposent actuellement de modifier
la présentation de la classification …
La classification périodique
Certains proposent actuellement de modifier
la présentation de la classification …
La classification périodique
Certains proposent actuellement de modifier
la présentation de la classification …
Mais l’établissement de la classification
périodique de Mendeleïev a permis de
faire d’énormes progrès à la chimie !