La classification périodique des éléments

1. La classification périodique des éléments

2. La découverte des éléments Depuis l’antiquité, on connaît quelques corps simples comme le cuivre, l’or, le fer, l’argent ou le soufre.

3. 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.

4. Les éléments connus en 1700

5. La découverte des éléments Entre 1700 et 1770, trois nouveaux métaux sont isolés: le cobalt, le platine et le nickel.

6. Les éléments connus en 1770

7. La découverte des éléments Entre 1770 et 1800, une quinzaine de nouveaux éléments sont découverts, sous forme de métaux ou de gaz.

8. Les éléments connus en 1800

9. 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.

10. 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.

11. La découverte des éléments L’électrolyse des composés ioniques va permettre d’isoler de nombreux nouveaux éléments.

12. 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…

13. Les éléments connus en 1840

14. 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.

15. 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;

16. Les débuts de la chimie … Notation de Dalton (1805)

17. 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)…

18. En 1814, Berzélius propose une notation à base de lettres pour représenter les éléments et détermine avec précision la masse d’un grand nombre d’éléments.

19. 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.

20. Les éléments connus en 1870

21. 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.

22. 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. Latriadedu lithium,dusodiumetdupotassium.

23. 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.

24. 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.

25. 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 !)

26. 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.

27. 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 ».

28. 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.

29. 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 …

30. 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.

31. 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.

32. 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.

33. 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.

34. 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.

35. 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.

36. 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.

37. 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.

38. 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.

39. 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.

40. La classification En 1869 Mendeleïev présente sa classification à dix huit lignes où les éléments sont classés par masse atomique croissante.

41. La classification de Mendeleïev

42. La classification de Mendeleïev

43. 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 !

44. Mendeleïev fait des inversions si le classement selon la masse est en contradiction avec la périodicité des propriétés.

45. 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

46. 2 parties du tableau contiennent beaucoup d’erreurs principalement dues aux imprécisions sur les masses.

47. Mendeleïev classe l’hydrogène à part, parce qu’il ne ressemble à aucun autre élément.

48. Pour la logique du tableau, Mendeleïev pense que les 4 « trous » doivent correspondre à des éléments inconnus pour l’époque.

49. 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)

50. 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.