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Il y a 150 ans, lorsque le chimiste russe Dimitri Mendeleïev a présenté son tableau périodique des éléments, il a posé des jalons d'une grande importance pour la science. Il avait découvert que tous les éléments chimiques connus pouvaient être ordonnés dans un tableau selon leurs propriétés. Ce tableau était, et reste, l’un des fondements les plus importants de notre compréhension de la matière dont nous, et l'univers tout entier, sommes constitués. L'année 2019 a donc été déclarée «Année internationale du tableau périodique».
Le tableau périodique des éléments est un incontournable des cours chimie. Un condensé de chiffres et de lettres, d'abréviations et d'unités... Au premier abord, cela ne semble pas particulièrement attrayant. Mais l'idée de représenter les éléments chimiques de manière systématique est très ingénieuse. Ce tableau nous permet de comprendre la structure de la matière - les blocs de construction qui composent notre monde - ainsi que les lois qui régissent la façon dont ces blocs s'assemblent et se séparent. C’est donc absolument génial!
Deux chimistes, une classification intelligente
Outre Dimitri Mendeleïev, le chimiste allemand Lothar Meyer a travaillé à peu près au même moment sur des classifications similaires des éléments chimiques. Les deux chimistes s'étaient rendus compte qu'ils pouvaient trier les éléments en fonction de leur «poids» (en fait, leur «numéro atomique»), et que certaines propriétés se répétaient périodiquement. Les éléments chimiques, classés du plus léger (hydrogène) au plus lourd, peuvent être insérés ligne par ligne dans un tableau. Les lignes sont appelées «périodes». Elles ont des longueurs différentes: la première période est constituée uniquement d'hydrogène (H) et d'hélium (He), la seconde contient huit éléments. Cette dernière se termine par le néon (Ne), qui possède des propriétés similaires à celles de l’hélium et se place directement en dessous: le néon et l’hélium sont les deux premiers éléments de la colonne verticale (ou «groupe») des gaz rares. De cette manière, tous les autres éléments sont disposés séquentiellement dans le tableau.
Une théorie qui prédit l'inconnu
À l'époque de Mendeleïev et de Meyer, la masse des atomes pouvait déjà être déterminée approximativement, bien que leur structure atomique (existence des protons, neutrons et électrons) était encore inconnue. Les chimistes pouvaient donc décrire mais pas expliquer les propriétés des éléments. En outre, certains éléments existants à l’état naturel sur Terre n'avaient pas encore été découverts et isolés. Il est intéressant de noter qu’à cette époque le tableau périodique présentait quelques lacunes - des cases vides qu’il fallait garder pour préserver la logique des périodes. Mendeleïev s'attendait à juste titre à ce qu'il y ait des éléments possédant les propriétés requises qui comblent ces lacunes. Ainsi, quelques années avant leur découverte, il a prédit l'existence des éléments gallium (Ga), scandium (Sc) et germanium (Ge). Aujourd'hui encore, le tableau périodique est un outil visuel unique pour les sciences naturelles car de nombreuses informations peuvent en être déduites. Ce sont, par exemple, la probabilité d’une réaction chimique entre deux éléments ou encore le résultat d’une désintégration radioactive.
Tous les éléments dont le numéro atomique est supérieur à 82 sont radioactifs, c'est-à-dire instables. Les éléments dont le numéro atomique est supérieur à 94 ne sont pas présents à l’état naturel sur Terre; cependant, ils peuvent être produits artificiellement. Le tableau périodique comprend aujourd'hui sept périodes complètes avec un total de 118 éléments. Cependant, les éléments lourds qui n'existent pas à l'état naturel se décomposent immédiatement après leur production.
Le tableau périodique des éléments est un incontournable des cours chimie. Un condensé de chiffres et de lettres, d'abréviations et d'unités...C'est pourtant une méthode de classification géniale dont on fête cette année les 150 ans!
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