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Classification périodique des éléments de Mendeleïev
Objectifs :
I. Les premiers essais de la classification des éléments
Dans l’Antiquité, on connaissait déjà quelques éléments comme le cuivre, l’or, le fer, l’argent ou le soufre. Avant 1700, douze éléments étaient connus. En 1850, ce nombre a quintuplé. Rappelons qu’à cette époque, la structure de l’atome n’avait pas encore été établie. Pour caractériser les éléments chimiques, on utilisait depuis 1850, la masse atomique (appelée alors poids atomique). Pour les chimistes du 19ème siècle, la masse atomique d’un élément est donnée en prenant pour référence la masse atomique de l’hydrogène. Ainsi la masse atomique 16 de l’oxygène signifie que l’oxygène est 16 fois plus lourd que l’hydrogène. En étudiant les propriétés des éléments, les chimistes découvrent que certains d’ente eux possèdent des propriétés chimiques voisines. 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 ainsi que la triade calcium/magnésium/baryum, étudiées en 1818 par le chimiste anglais H.Davy et la triade chlore/brome/iode, que l’on doit à l’Allemand J.W.Döbereiner en 1817. Vers 1850, une vingtaine de triades sont identifiées. Plusieurs tentatives de classification suivent mais aucune n’est satisfaisante.
(1) Comment caractérisait-on les éléments chimiques au XIXe siècle ? (2) Le carbone a une masse atomique égale à 12. Qu’est-ce que cela signifie ? (3) Donner la définition d’une triade.
(4) Donner les exemples de triades citées dans le texte.
II. Le premier tableau de Mendeleïev
Dans les années 1860, un jeune professeur de chimie dans une lointaine université, à Saint-Pétersbourg, Dimitri Ivanovitch MENDELEÏEV (1834-1907) cherche en vain un manuel acceptable pour former ses étudiants à la chimie générale. Le premier congrès international de chimie de Karlsruhe en 1860 l’informe sur toutes ces tentatives de classification. Intéressé, il se met au travail en préparant des fiches pour chaque élément sur lesquelles il indique sa masse atomique et les formules des principales combinaisons chimiques auxquelles il participe. En classant les éléments par masses atomiques croissantes, Mendeleïev se rend compte que les éléments ayant des propriétés similaires (les fameuses triades) se retrouvent à intervalles réguliers. Il conclut à l’existence d’une périodicité de propriété parmi les éléments chimiques. Il propose en 1869 une première classification. Les 63 éléments figurant dans son tableau (document n°1) sont classés par masses atomiques croissantes et les familles d’éléments ayant des propriétés voisines sont regroupées. Il publie son propre manuel entre 1869 et 1871.
(5) Combien d’éléments chimique étaient connus à l’époque de Mendeleïev ? (6) Pour situer l’époque, citer un ou deux événement(s) historique(s) ayant eu, lieu en France au cours de l’existence de Mendeleïev. (7) A partir du texte d'introduction, dégager les deux critères qui ont permis à Mendeleïev de classer les éléments et d’établir une périodicité. (8) Vous disposez d'un jeu de fiches correspondant aux éléments chimiques connus en 1860. Refaire la démarche de Mendeleïev (attention vous êtes en 1860, les éléments aux même propriétés se plaçaient sur une même ligne) afin de placer les éléments dans un tableau en mettant en évidence la périodicité de leurs propriétés (avec des fluos de couleurs différentes passer les propriétés communes et les composés similaires formés par les éléments d’une famille). Coller le classement ainsi obtenu sur votre compte rendu. (9) Expliquer votre démarche.
Le document n° 1 ci-dessous présente un extrait de la classification de Mendeleïev telle qu’elle est parue en 1869. Le génie de Mendeleïev consiste en ce que, afin de respecter la périodicité, il est amené à inverser la position de deux éléments et à laisser des cases vides (dans lesquelles il fait des prévisions de propriétés et de caractéristiques) ; cela, nul avant lui n’avait songé à le faire. Il prévoit ainsi la découverte des éléments scandium, gallium, germanium, technicium, rhénium et polonium découvert bien plus tard avec vérification de la plupart des propriétés prévues.
Malgré le génie de Mendeleïev, la méconnaissance de la structure de l’atome, 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. Néanmoins, sa classification permettra à la chimie de faire d’énormes progrès.
Mendeleïev restera dans l’histoire l’homme qui a créé le tableau périodique.
Document 1 : la première classification de Mendeleïev (1869)
(10) Comment varie le poids atomique dans une colonne ? (11) Quelle différence fait-on entre cette classification et la classification actuelle ? (12) Comment sont placés les éléments appartenant à une triade ? (13) Donner un exemple de case laissée vide par Mendeleïev et pour laquelle il prédit une masse atomique. (14) En vous servant de l’extrait du tableau, indiquez quels sont les éléments qui ont des propriétés voisines de celles de l’oxygène. Quels sont les éléments ayant des propriétés voisines de celles du carbone ? (15) Comment Mendeleïev aurait-il dû placer les éléments béryllium Be, magnésium Mg, calcium Ca et strontium Sr ? |
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