Chp 6 la classification periodique annexe

Seconde_Thème 1_L’UNIVERS
chapitre 6_La classification périodique des éléments
chapitre 6 LA CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS
I. Les démarches historiques de classification.
1. Les premières classifications.
Depuis l’antiquité, on connaissait déjà une dizaine d’éléments tel que le
cuivre, le fer, l’or, le soufre ou encore l’argent. Mais jusqu’au XVIIIème siècle, il n’y eut pas
beaucoup de découverte si bien qu’on ne connaissait qu’une douzaine d’éléments.
Puis, au début du XIXème siècle, Lavoisier recense une trentaine de corps simples, c’est-à-dire
des espèces chimiques ne contenant qu’un seul élément chimique. On les regroupe alors
d’après la similitude de leurs propriétés chimiques sous forme de famille. C’est ainsi que naît
la théorie des triades. Une triade est un groupe de trois éléments ayant des propriétés
similaires. Parmi elles, on peut noter la triade lithium / sodium / potassium, étudiée en 1818
par la chimiste anglais H. Davy, et la triade chlore / brome / iode, que l’on doit à l’Allemand
J.W. Döbereiner en 1817.
Les nombreuses découvertes du XIXème ont doublé le nombre d’éléments chimiques connus et
une vingtaine de triades est alors identifiée. Cependant, les chimistes éprouvent la nécessité
d’un classement plus ordonné à l’instar de la classification binomiale (appellation formée de
deux mots latins écrits en italique : le premier indique le genre auquel l’espèce appartient, le
second l’espèce en tant que telle. Ex : Homo Sapiens et Australopithecus afarensis [Lucy : -3,5
Ma]) du Suédois Carl Von Linné (1707-1778. Père de la taxinomie, science dont l’objet
consiste à nommer et classifier les formes vivantes : classe, ordre, famille, genre, espèce).
A cette époque, la structure de l’atome n’est pas encore établie. Pour caractériser l’élément
chimique, on utilise la masse atomique en prenant celle de l’atome d’hydrogène comme
masse de référence. Ainsi, la masse atomique 16 de l’oxygène signifie qu’il est 16 fois plus
lourd que l’hydrogène. Le chimiste britannique John Alexander Newlands entreprend de
classer les éléments par ordre de poids atomique croissant et il trouve que les propriétés
semblaient se répéter tous les 7 éléments. Musicien amateur, il énonce la loi des octaves : ‘le
huitième élément qui suit un élément donné ressemble au premier comme la huitième note
de l’octave ressemble à la première’. Ces travaux furent tournés en dérision.
2. La classification selon Mendeleïev.
En se basant sur les travaux précédents, le russe Dimitri Ivanovitch
Mendeleïev (1834-1907) classe lui aussi les éléments par masses atomiques croissantes. Il se
rend compte néanmoins que les propriétés similaires se retrouvent à intervalles réguliers. Il en
conclut l’existence d’une périodicité des propriétés parmi les éléments chimiques. En 1869, il
propose une première classification. Les 63 éléments figurant dans son tableau sont donc
classés par ordre de masses atomiques croissantes et les familles d’éléments ayant des
propriétés voisines sont regroupées sur une même ligne.
Pour respecter la périodicité, Mendeleïev est parfois amené à inverser des éléments tels
M.Meyniel
que l’iode I et le tellure Te bien que l’iode soit plus léger. Il laisse aussi des cases vides en
prévoyant la découverte de nouveaux éléments dont il estime les masses atomiques et
prédit les propriétés en analysant les éléments de la même colonne et de la même ligne.
3. Succès et limites de la classification de Mendeleïev.
En 1875, le français Lecoq de Boisbaudran découvre le gallium, 4 ans plus
tard, le suédois Lars Fredrick Nilson trouve le scandium et, en 1886, l’allemand Clemens
Alexander Winkler isole le germanium. Ce sont trois éléments correspondants aux cases
vides laissés par Mendeleïev dont il avait prédit les caractéristiques de façon pertinente :
Elément
êka-silicium
germanium
Masse atomique (g.mol-1)
70
72,6
Densité
5,5
5,47
Couleur
Gris poussière
Gris blanc
Oxyde
EkO2
GeO2
Chlorure
EkCl4
GeCl4
Téb (°C)
< 100
86
Comparaison des propriétés de l’êka-silicium évoqué par Mendeleïev et du germanium découvert par Winkler
Enfin, maintenant que la structure atomique est élucidée, il apparaît plus
convenable de classer les éléments par ordre croissant de numéro atomique Z
puisqu’en effet les propriétés physiques et chimiques découlent de ce nombre. Et cela
justifie, par ailleurs, l’inversion de l’iode (Z = 53) avec le tellure (Z = 52) malgré la masse
atomique plus faible de l’iode !
Cependant, malgré le génie de Mendeleïev, la méconnaissance de la structure de
l’atome (l’électron n’a pas encore été découvert par Lord Kelvin), de l’isotopie et les
nombreux éléments manquants font obstacle à une classification définitive. Il y a dans le
tableau quelques erreurs. Par exemple, on sait aujourd’hui que le béryllium Be et le
magnésium Mg ont des propriétés analogues au calcium Ca et au strontium Sr.
Certaines découvertes, comme celle du lanthane La et des gaz nobles, posent problème
à Mendeleïev, car il ne sait pas où les placer.
Conclusion : Néanmoins, sa classification a permis à la chimie de faire d’énormes
progrès. Mendeleïev reste, dans l’histoire, l’homme qui a créé le tableau périodique.