Le tableau périodique et Mendeleïev

Le tableau périodique des éléments, appelé aussi parfois Tableau de Mendeleïev * regroupe les différents éléments en les classant selon leurs propriétés et leurs caractéristiques. En voici l'origine : 

I. L'histoire du tableau périodique et la classification de Mendeleïev :

1885 - Portrait de Dimitry Ivanovich Mendeleïev portant la robe professorale de l'université d'Edinburgh. 57.5 × 46 cm. The State Tretyakov Gallery, Moscow. Ilya Yefimovich Repin

Dès le début du 19ème siècle, la nécessité de pouvoir classer les éléments chimiques apparait, car ceux-ci deviennent de plus en plus nombreux. La découverte de nouvelles substances et de nouveaux éléments pousse les scientifique à essayer de les regrouper. Les chimistes arrivent à mettre en évidence que toutes les substances contiennent un nombre restreint d'éléments chimiques, qui servent de briques de constructions pour élaborer ces substances. Lothar Meyer, est l'un des premier à proposer un premier système de classification, en 1864. Il a classé les éléments en les regroupant selon le nombre maximum de liaison que chaque élément peut réaliser. Ce système était basé sur 28 éléments seulement, et ne permettait pas de prédire l'existence d'autres éléments et d'en deviner certaines propriétés (comme la masse, l'état physique, ...) Dimitri Mendeleïv tenta de classer les éléments selon certaines de leurs propriétés. il a observé que les propriétés réapparaissaient de façon périodique lorsqu'il classait les éléments par masse croissante. A chaque retour d'une propriété, Mendeleïev indiquait celui-ci dans une autre ligne d'un tableau.  La première version du tableau périodique qu'il proposa comportait 5 colonnes et 18 lignes (son tableau était vertical par-rapport à la version moderne). Son génie fût de laisser des cases vides dans son tableau lorsqu'un élément ne présentait pas les propriétés attendues. Il prédit ainsi l'existence d'autres éléments ayant des propriétés semblables aux autres de son groupe.

Le 6 mars 1869, Mendeleïev réalisa une présentation à la société russe de chimie, intitulée La dépendance entre les propriétés des masses atomiques des éléments, énonçant : "Les éléments, lorsqu'ils sont disposés selon leur masse atomique, montrent une périodicité apparente de leurs propriétés. Les éléments qui sont semblables en ce qui concerne leurs propriétés chimiques ont des masses atomiques qui sont peu éloignés ou proches de la même valeur (par exemple Pt, Ir, Os) ou qui augmentent régulièrement (par exemple K, Rb, Cs). L'arrangement des éléments, ou des groupes d'éléments dans l'ordre de leurs masses atomiques, correspond à leurs prétendues valences, aussi bien que, dans une certaine mesure, à leurs propriétés chimiques distinctives. Les éléments qui sont le plus largement représentés ont de petites masses atomiques. L'importance de la masse atomique détermine le caractère de l'élément, de même que l'importance de la molécule détermine le caractère d'un corps composé. Nous devons nous attendre à la découverte de nombreux éléments jusqu'ici inconnus. Par exemple des éléments analogues à l'aluminium et au silicium dont la masse atomique serait comprise entre 65 et 75. La masse atomique d'un élément peut parfois être modifiée par une connaissance de la masse de ses éléments contigus. Ainsi, le poids atomique du tellure doit se trouver entre 123 et 126, et ne peut pas être 128. Certaines propriétés caractéristiques des éléments peuvent être prévues à partir de leur masse atomique." Mendeleïev, La dépendance entre les propriétés des masses atomiques des éléments, 1869

L'une des formes du tableau périodique de Mendeleïev, de la première version anglaise de son ouvrage de référence (1891, basé sur la 5eédition russe)

En 1913, la classification évolua une dernière fois. On s'aperçut que si l'on tient compte des propriétés chimiques des éléments naturels, les éléments ne doivent pas être classés selon leurs masses atomiques mais selon leurs numéros atomiques (nombre de protons de l'élément). C'est donc le nombre de protons qui détermine la nature de l'élément et une partie de ses propriétés.

II. Le tableau périodique des éléments

II.1. Structure générale

• Il est composé de 18 colonnes numérotées de 1 à 18 contenant des cases. (Un ancien système de notation est encore d'usage utilisant les chiffres romains et les lettres A et B). Chaque colonne correspond  à une famille d'éléments présentés dans des cases. Un nom est attribué à certains groupes (famille). Les éléments d'une même colonne ont tendance à avoir le même type de comportement (de réactivité).
  • groupe 1 : Alcalins
  • groupe 2 : Alcalino-terreux
  • groupe 13 : Terreux
  • groupe 14 : Carbonides
  • groupe 15 : Pnictogènes
  • groupe 16 : Chalcogènes
  • groupe 17 : Halogènes
  • groupe 18 : Gaz rares
  
  
• Le tableau se compose horizontalement de 7 lignes. Elles sont appelées périodes et correspondent aux différentes couches présentées dans le modèle atomique de Bohr. Les périodes n'ont pas de nom spécifique, mise à part une portion de la période 6 (éléments 57 à 71) qui porte le nom de Lanthanides (nom tiré du premier élément de cette série) et les éléments 89 à 103 de la période 7 appelés Actinides (pour les mêmes raisons).

  1

  1 H 1.008

  numéro atomique Symbole masse atomique relative (Ar)

  2 He 4.0026

  2

  3 Li 6.941

  4 Be 9.0122

  5 B 10.811

  6 C 12

  7 N 14.007

  8 O 15.9994

  9 F 18.998

  10 Ne 20.180

  3

  11 Na 22.9898

  12 Mg 24.305

  13 Al 26.982

  14 Si 28.086

  15 P 30.974

  16 S 32.065

  17 Cl 35.453

  18 Ar 39.948

  4

  19 K 39.098

  20 Ca 40.078

  21 Sc 44.956

  22 Ti 47.867

  23 V 50.94

  24 Cr 52.0

  25 Mn 55.0

  26 Fe 55.845

  27 Co 58.933

  28 Ni 58.693

  29 Cu 63.546

  30 Zn 65.38

  31 Ga 69.723

  32 Ge 72.64

  33 As 74.922

  34 Se 78.96

  35 Br 79.904

  36 Kr 83.798

  5

  37 Rb 85.468

  38 Sr 87.62

  39 Y 88.906

  40 Zr 91.224

  41 Nb 92.906

  42 Mo 95.96

  43 Tc 98.9062

  44 Ru 101.07

  45 Rh 102.91

  46 Pd 106.42

  47 Ag 107.87

  48 Cd 112.41

  49 In 114.82

  50 Sn 118.71

  51 Sb 121.76

  52 Te 127.60

  53 I 126.90

  54 Xe 131.29

  6

  55 Cs 132.91

  56 Ba 137.33

  57-71

  72 Hf 178.49

  73 Ta 180.95

  74 W 184.0

  75 Re 186.21

  76 Os 190.23

  77 Ir 192.22

  78 Pt 195.08

  79 Au 196.97

  80 Hg 200.59

  81 Tl 204.38

  82 Pb 207.2

  83 Bi 208.98

  84 Po (209)

  85 At (210)

  86 Rn (222)

  7

  87 Fr (223)

  88 Ra 226.025

  89-103

  104 Rf (261)

  105 Db (282)

  106 Sg (283)

  107 Bh (262)

  108 Hs (265)

  109 Mt (266)

  110 Ds -

  111 Rg -

  112 Cn -

  6

  lanthanides

  57 La 138.91

  58 Ce 140.12

  59 Pr140.91

  60Nd 144.24

  61 Pm-

  62 Sm150.36

  63 Eu151.96

  64 Gd157.25

  65 Tb158.93

  66 Dy 162.50

  67 Ho 164.93

  68 Er167.26

  69 Tm168.93

  70 Yb 173.05

  71 Lu174.97

  7

  actinides

  89 Ac(227)

  90 Th 232.04

  91 Pa 231.04

  92 U 238.03

  93 Np237.048

  94 Pu (242)

  95 Am (243)

  96 Cm (247)

  97 Bk (247)

  98 Cf (249)

  99 Es(254)

  100 Fm (253)

  101 Md (256)

  102 No (254)

  103 Lr (257)

 

D'après la dernière version publiée par la IUPAC (22/06/2007) | réactualisé avec la désignation de l'élément 112, le 11/05

Télécharge le tableau périodique de La Chimie.net

II.2. Les cases du tableau périodique

1. Légende :

	en haut à gauche : le numéro atomique
	au milieu : le symbole de l'élément
	en bas, centré : la masse atomique relative de l'élément

Quelques moyens mnémotechniques :

Connaître la tableau périodique des éléments par cœur n'est pas d'une grande utilité. Toutefois, quelques trucs et astuces existent afin de mémoriser celui-ci. Voici quelques exemples :

* période 2 :

Li Be B C N O F Ne

Lili Becta Bien Chez Notre Oncle Ferdinant Nestor

* période 3 :

Na Mg Al Si P S Cl Ar

Napoléon Mangea Allégrement Six Poulets Sans Claquer d' Argent

D'autres trucs sont disponible sur wikipédia : http://fr.wikibooks.org/wiki/Liste_de_mn%C3%A9moniques#Tableau_p.C3.A9riodique_des_.C3.A9l.C3.A9ments

2. Le numéro atomique (Z) :

Dans le tableau périodique, on peut observer qu'un nombre est inscrit dans le coin supérieur gauche de la case. Il s'agit du numéro atomique Z de l'atome. Ce nombre indique l'ordre de classement de l'atome dans le tableau, mais aussi le nombre de protons (charges positives) de l'atome et par conséquent le nombre d'électrons (charges négatives) de celui-ci, car l'atome est électriquement neutre.

exemple : L'atome d'hydrogène a le numéro atomique 1, ce qui signifie qu'il est le premier atome par ordre de complexité, qu'il possède un proton dans son noyau et un électron périphérique.

3. La masse atomique relative :

Celle-ci est indiquée également dans le tableau périodique, elle se trouve en dessous du symbole de l'élément, ainsi la masse atomique relative (qui se note A_r) de l'atome d'hydrogène est A_r = 1,0079 d'après ce tableau.

4. Synthèse : 

Remplace les différents éléments qui constitue une case du tableau périodique.

	a.
	b.
	c.

Les colonnes du tableau périodique sont appelées familles et regroupent des éléments aux propriétés ressemblantes, les lignes horizontales sont appelées périodes.

Dans ce cours nous utiliserons non pas un tableau périodique version papier, mais un tableau interactif. Pour afficher les informations sur l'élément voulu, il suffit de cliquer dessus, et instantanément les informations le concernant apparaissent.

1   Cliquez sur l'élément dont vous voulez afficher les propriétés         18 1 H 2 13 14 15 16 17 He 2 Li Be B C N O F Ne 3 Na Mg 3 4 5 6 7 8  9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar 4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 7 Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo                                       6 Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu   7 Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr         Nom de l'élément: Répartition électronique :  Nombre atomique (Z): Electronégativité (χ): Masse atomique relative : Point de fusion (T°): Point d'ébullition (T°):  ©  Miseur L.

Les masses atomiques relatives

Quel est la masse atomique relative des éléments suivants (2 décimales) ? (en regardant dans le tableau ci-dessus, version interactive.)

1. Phosphore (P) :  Ar =	2. Calcium (Ca):    Ar =
3. Cuivre (Cu) :     Ar =	4. Mercure (Hg):    Ar =
5. Carbone (C) :    Ar =

                                            

III. Illustrations de la périodicité des propriétés

La périodicité des propriétés physique ou chimique au sein du tableau périodique des éléments peut être observée de façon très visuelle lorsque celles-ci sont représentées sous forme graphique. Observer les évolutions au sein des périodes et la similitude de comportement entre les éléments d'une même famille.

Il est intéressant de comparer les masses volumiques, points de fusion et d'ébullition des différents éléments afin de se rendre compte de la réelle évolution périodique des propriétés. Nous pouvons alors mettre en évidence la grande ingéniosité du système de classement choisi !