Pendant longtemps, les savants avaient cherché à grouper les éléments naturels qui composent la matière d'après leurs propriétés. Nous en avons vu quelques unes des propriétés physiques - telle la densité qui est en relation avec le poids ou la masse - au premier chapitre.
En 1829, par exemple, un savant allemand Johann Wolfgang Döbereiner observa que certains éléments, comme le chlore, le brome et l'iode, d'un côté, le le calcium, le strontium et le baryum, d'un autre côté et, enfin, le fer, le cobalt et le maganèse, pour ne citer que ceux-là, possédaient des propriétés communes. Plus tard, en 1864, le chimiste anglais John A. R. Newlands construisit la première table des éléments dans laquelle il groupa quelques uns avec des propriétés naturelles similaires. Parce que certaines propriétés parassaient revenir à la meme place, dans sa table (selon une certaine colonne pour n'importe quelle ligne) il qualifia cette répétition de périodique, en allusion à la loi des octaves en musique.
En 1869, le chimiste russe Dimitry Mendeleyev construisit la première table moderne de la classification périodique des éléments dans laquelle les propriétés des éléments paraissent être une fonction périodique de leurs poids atomiques. Pour rendre cette table définitive, Mendeleyev pensa à laisser des places vacantes dans la table et à les remplir, consécutivement, avec la découverte de nouveaux éléments qui sont de poids atomiques intermédiaires entre deux éléments qui y étaient antérieurement.
Depuis lors, la table de la classification périodique des éléments a connu pas mal de modifications: la première révision est l'inclusion dans la table des gaz parfaits dont les trois premiers - l'hélium, le néon et l'argon - ont été découverts à la fin du XIXième siècle; la seconde révision étale une meilleure compréhension de la cause de la périodicité des éléments, à la lumière du modèle atomique de Bohr, apparu en 1913 (cf.; chapitre précédent); celle-ci ne serait pas, précisément, fonction du poids atomique mais, plutôt, de le configuration de l'atome, plus précisément de celle de ses couches électroniques et périphériques.
1 IA |
2 IIA |
3 IIIB |
4 IVB |
5 VB |
6 VIB |
7 VIIB |
8
<- |
9 VIIIB |
10
-> |
11 IB |
12 IIB |
13 IIIA |
14 IVA |
15 VA |
16 VIA |
17 VIIA |
18 0 |
|
| 1 | 1H1,007 | 2He4,002 | ||||||||||||||||
| 2 | 3Li6.94 | 4Be9,012 | 5B10,81 | 6C12,01 | 7N14,007 | 8O15,99 | 9F18,99 | 10Ne20,17 | ||||||||||
| 3 | 11Na22,98 | 12Mg24,30 | Al | 14Si20,08 | 15P30,97 | 16S32,06 | 17Cl35,45 | 18Ar39,94 | ||||||||||
| 4 | 19K39,09 | 20Ca40,08 | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | 33As74,92 | 34Se78,96 | 35Br79,90 | 36Kr83,60 |
| 5 | 37Rb85,46 | 38Sr87,62 | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | 52Te127,6 | 53I126,90 | 54Xe131,3 |
| 6 | 55Cs132.9 | 56Ba137,3 | La | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | 85At210 | 86Rn222 |
| 7 | 87Fr223 | 88Ra226,0 | Ac | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Uun | Uuu | |||||||
| Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | |||||
| Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | |||||
Dans la table de la classification périodique des éléments de Mendeleyev, les lignes représentent des périodes et les colonnes des groupes. En outre, les éléments y sont portés par ordre croissant de numéro atomique, et chaque élément porte un numéro atomique, proportionellement (mais non égale) à sa masse atomique qui en est, à peu près, le double.
La première période ou ligne contient deux éléments, l'hydrogène (H) et l'hélium (He); les deux périodes ou lignes qui suivent contiennent, chacune huit éléments; prises ensemble, ces trois périodes sont appelées des périodes courtes.
Les autres périodes sont appelées les périodes longues; d'entre elles, les périodes 4 et 5 contiennent, chacune 18 éléments; la période 6 contient 32 éléments qui sont ceux de la série lanthanide ou terres rares. Enfin, la période 7 contient 20 éléments; c'en sont ceux de la série actinide qui a été remplie avec des éléments provenant de la fusion nucléaire (artificielle sur terre mais survenant, naturellement, sur notre soleil). D'autres éléments plus lourds que l'uranium (symbole: U), appelés éléments transuraniques, y ont éte, également, ajoutés.
Les groupes de la table ont, traditionellement, été numerotés de la gauche vers la droite avec des chiffres romains et ont été distingués, davantage, entre eux par l'emploi consécutif d'une lettre de l'alphabet - A ou B. Tous les éléments du même groupe partargent certaines propriétés qui les distinguent des éléments des autres groupes.
Les éléments du premier groupe ou groupe IA, par exemple, sont tous des métaux, à l'exception de l'hydrogène qui est un gaz. Tous les éléments du groupe VIIA, par contre, à l'exception de l'astatine sont des corps non métaliques. Un autre exemple est que les gaz nobles qui forment le groupe 0 et qui sont formés d'éléments, en grande partie, non réactifs et les plus stables, i.e., ayant la valence* 0, sont interposés entre les métaux les plus réactifs - representés, en grande partie, par les éléments des deux premiers groupes: IA ou métaux alcalins et IIA - et les corps non métalliques les plus réactifs, représentés, en grande partie, par les éléments du dix-septième groupe ou groupe VIIA qui forment le groupe des halogènes.
L'emploi de couleurs différentes a permis d'introduire davantage de subtilités et de classer, ultérieurement, les éléments en supergroupes ou séries; par exemple, les éléments du supergroupe B sont représentés, en majeure partie, par la série des métaux de transition, tous, ou, à peu près tous, colorés de la même facon (dans certaines tables), et séparant les métaux alcalins, dont les terres alcalines, des autres métaux
Rappel mnémotechnique et explicatif: (trucs à utiliser pour la rétention de la classification périodique)
Les propriétés et la structure électronique de ces supergroupes seront étudiées dans un autre livre de chimie.
La table de la classification périodique des éléments a beaucoup d'utilisation. Elle a permis de classer, de grouper et d'étudier les éléments selon leurs propriétés physiques et chimiques: densité, point d'ébullition, structure (cristalline ou autre) dureté, conductivité électrique, chaleur spécifique, conductivité thermique, réactivité, acidité, basicité, polarité et solubilité, par exemple. Elle facilite l'étude et la compréhension des nouveaux éléments. Elle permet, enfin, de lier les propriétés observables des éléments à leur composition et à leur structure atomique ou électronique interne.
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* La valence est la propriété ou la tendance qu'a un atome de partarger, de céder ou de capturer un électron péripihérique et de montrer, dans le premier cas, une valence positive et, dans le deuxième cas, une valence négative. Les gaz nobles n'ont aucune de ces tendances.
** Dans la table, on peut observer une augmentation des propriétes chimiques avec la masse atomique croissante des corps. Néammoins, le numéro atomique, de préférence, est en le facteur déterminant, et, dès lors, le nombre de protons qui équilibrent la charge des électrons (rappellez-vous que la masse atomique est déterminée par la quantité de protons et de neutrons dans l'atome). Dans la table, par exemple, vous pouvez voir que l'argon de masse atomique égale à 39,948 amu a été placée avant le potassium de masse atomique égale à 39,098 amu. En général, parce que les calculs de la masse atomique intéressent plusieurs isotopes d'un élément, une moyenne est la règle. Enfin. la radioactivité d'un isotope peut être expliquée par son instabilité relative à un isotope plus stable.
*** Les électrons, bien que restant à une distance déterminée du noyau, ne décrivent pas des orbites planaires, fixes et bien délimitées, à la périphérie de l'atome, et ce n'est qu'avec une certaine marge d'erreurs qu'on peut espérer les trouver sur telle orbite mal définie, d'ou le terme d'"orbitales" (mnémo.; "orbites aléatoires") pour décrire la trajectoire de l'électron autour du noyau de l'atome; l'orbitale de la moindre énergie est l'orbitale s, et l'électron peut se déplacer, "sauter", d'une orbitale de moindre énergie à une autre de plus grande énergie et vice versa.
1 Ayant, d'abord, les propriétés des métaux (ductilité, malléabilité, conductivité à la chaleur et à l'électricité), mais présentant, tous, une consistance molle, un apsect plus ou moins blanchâtre ou pâle, un point de fusion bas à la chaleur et étant très réactifs ou peu stables chimiquement
2 Ce sont des éléments de transition, ie., des éléments qui ont une orbitale interne à compléter, tout au long de la période, et qui s'interposent entre les métaux les plus réactifs (béryllium, magnésium, calcium, ...) et les métaux les moins réactifs (zinc, cadmium, mercure), étant eux-même des métaux allant d'une stabilité faible (scandium, lanthanum, actinium, ...) à une plus grande stabilité (cuivre, argent, or, ...).
3 Les terres rares sont intercalées entre les métaux de transition et s'étalent, actuellement, sur deux périodes, les lanthanides et les actinides, du nom du métal de transition qui précède la période; la dénomination vient du fait qu'à l'origine on pensait qu'elles étaient vraiment rares, mais en fait, c'est leur isolement qui est difficle du fait qu'elles ont des propriétés très voisines - trivalence, paramagnétisme, alliage pyrophorique avec le fer, etc..
4 Dans cette série, on trouve des corps très importants pour la vie sur notre planète - le carbone, l'azote et l'oxygène - et d'autres dont les métalloides, ainsi appelés parce qu'ils partargent quelques propriétés chimiques avec les métaux
5 Les halogenes(du grec: "hals" = sel), ainsi appelés du fait de leur facilité à former des sels, particulièrement avec le sodium, sont des corps très réactifs (leur orbitale la plus externe peut etre aisément complétée) qui forment des ions métalliques (halides) avec les métaux et des ions complexes avec les métaux et les non-métaux.
6Le terme couche quantique (ang.: "quantum shells") se réfere à des paramètres synthétiques, ou de groupe, intéressant plusieurs électrons d'orbitales différentes - 3s2, 3p5 et 3d10, par exemple -mais de même niveau d'énergie - le 3, alors que le terme d'orbitale (ang.: "orbital") renvoie à des paramètres analytiques, ou individuels, intéressant le comportement d'un électron - trajectoire + spin + position + effet d'un champ magnétique externe - et décrivant son état énergétique - 3s2, par exemple - à une distance donnée du noyau.