Découvrez l'harmonie cachée du monde naturel régie par la loi périodique, un principe fondamental qui éclaire l'essence des éléments et révèle une régularité remarquable dans leur comportement.
Dans le monde naturel, il existe une harmonie cachée régie par la loi périodique – un principe fondamental qui sous-tend tout dans la nature et éclaire l'essence des éléments constituant la matière, révélant une remarquable régularité dans leur comportement.
Cette loi stipule en bref que les propriétés physiques et chimiques des éléments sont des fonctions périodiques du nombre de protons dans leurs noyaux atomiques. Cette régularité cyclique est reflétée dans le système périodique, connu sous le nom de tableau périodique de Mendeleïev.
Le système périodique est la représentation visuelle de la loi périodique et représente la systématisation des éléments selon leurs numéros atomiques et leurs propriétés chimiques en rangées (périodes) et colonnes (groupes). Il a été initialement développé indépendamment par plusieurs scientifiques à la fin du XIXe siècle, mais la version la plus célèbre et reconnue est celle du chimiste russe Dmitri Mendeleïev.
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Dans l'Antiquité, la chimie n'était pas ce que nous connaissons aujourd'hui, mais il existait des moyens de reconnaître différentes substances, et certains des métaux de base étaient connus et utilisés, parmi lesquels l'or, le mercure, l'étain, l'argent, le plomb, le fer et le cuivre.
La doctrine de l'atomisme, selon laquelle la matière est composée de particules plus petites – les atomes, avant même l'invention du microscope, est attribuée aux philosophes grecs anciens Leucippe et Démocrite. Empédocle et Aristote ont développé la théorie des quatre éléments, qui sont issus d'un élément primordial appelé éther ou éther.
Le Moyen Âge et la Renaissance sont des périodes de floraison de la précurseur de la chimie et de la pharmacie – l'alchimie. En raison de la quête des alchimistes arabes et européens pour transformer les métaux vils en or et découvrir l'élixir de l'immortalité, de nombreux éléments chimiques et métaux ont été découverts.
Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim, connu sous le nom de Paracelse, a mis l'alchimie au service de la médecine, développant la iatrochimie (du grec ancien « ἰατρός », « médecine »). Il a introduit certains éléments chimiques dans la pratique médicale tels que l'antimoine, le mercure, l'arsenic, le plomb et d'autres.
Au XVIIe siècle, des moyens de classification des substances chimiques commencent à être recherchés. Robert Boyle, appelé « le père de la chimie moderne », propose de diviser les substances en acides, bases et sels, posant ainsi les bases de leur future classification. Au XVIIIe et XIXe siècles, les premières tentatives de systématisation des éléments chimiques connus à ce jour sont également faites.
Antoine Lavoisier, chimiste français, propose une classification basée sur leur réactivité chimique, mais la plus grande avancée dans le développement du système périodique est réalisée par Dmitri Ivanovitch Mendeleïev en 1869.
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Dmitri Mendeleïev, encyclopédiste russe, chimiste, physicien, économiste, technologue, météorologue et pédagogue, est le scientifique dont le travail nous a fourni une organisation efficace et précise des éléments, formant la pierre angulaire de la chimie moderne.
Cependant, le développement du système périodique n'est pas l'œuvre d'un seul homme. C'est un effort collectif, tissé des contributions de nombreuses lumières dans le domaine de la chimie au fil des siècles.
Au début du XIXe siècle, le chimiste anglais John Dalton introduit la conception moderne de la théorie atomique, selon laquelle toute matière est composée de petites particules appelées atomes.
À cette époque, de nombreux scientifiques commencent à faire des tentatives sérieuses pour classifier les éléments chimiques, cherchant la régularité cachée qui unifierait leurs propriétés.
William Odling, John Newlands et Gustavus Hinrichs classent les éléments, mais ne parviennent pas à proposer un système largement accepté par la communauté scientifique. Néanmoins, leurs propositions sont importantes pour le développement de la chimie.
En 1869, Mendeleïev publie son tableau périodique, précédant celui que nous utilisons aujourd'hui. La même année, mais quelques mois plus tard, Lothar Meyer compose son propre tableau des éléments chimiques, très similaire à celui de Mendeleïev.
Au début du XXe siècle, le physicien anglais Henry Moseley introduit la notion de numéro atomique, déterminé par le nombre de protons dans le noyau de l'atome, comme base pour organiser les éléments, contribuant à une représentation plus précise des propriétés des éléments dans le système périodique.
Le tableau périodique d'aujourd'hui contient 118 éléments, avec un 119e élément hypothétique – l'ununénium.
Le mérite de Dmitri Mendeleïev est qu'il n'a pas seulement organisé les éléments connus à ce jour, mais a également laissé des places réservées pour ceux encore non découverts, en prédisant leurs propriétés.
Aujourd'hui, le tableau périodique continue de se développer à mesure que les scientifiques découvrent de nouveaux éléments, et l'Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) surveille sa standardisation et sa mise à jour, garantissant qu'il reste un outil précieux pour les scientifiques du monde entier.
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Avant de passer à l'essence de la loi périodique, nous allons exposer certains des concepts de base en chimie.
Concept Définition Numéro atomique (Z) Représente le nombre de protons dans le noyau de l'atome et détermine la place de l'élément dans le tableau périodique, fournissant une systématisation plus précise des éléments chimiques. Masse atomique C'est la moyenne arithmétique de la masse de tous les isotopes d'un élément chimique donné. La masse atomique de l'élément est utilisée pour calculer la masse moléculaire des composés chimiques. Isotope Variante d'un élément donné, ayant le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons dans son noyau. Les isotopes d'un même élément ont des propriétés chimiques similaires, mais des nombres de masse différents. Nombre de masse (A) Il représente la somme du nombre de protons et de neutrons dans le noyau de l'atome d'un élément chimique donné. Configuration électronique C'est la répartition des électrons autour du noyau atomique dans des couches spécifiques, désignées par des nombres quantiques principaux (n = 1, 2, 3, etc.), chacune ayant des sous-niveaux – orbitales s, p, d et f, qui peuvent contenir un nombre différent d'électrons. Rayon atomique La distance du centre de l'atome à la limite la plus externe du nuage électronique. Valence La capacité des atomes d'un élément à former des liaisons chimiques avec un certain nombre d'atomes d'autres éléments. Électronégativité Mesure de la capacité de l'atome à attirer des électrons vers lui dans les liaisons chimiques avec d'autres atomes. Plus l'électronégativité est grande, plus l'atome attire fortement les électrons vers lui. Énergie d'ionisation L'énergie nécessaire pour détacher un électron de l'atome dans son état fondamental. Affinité électronique L'énergie qui caractérise l'acceptation d'un électron par l'atome dans son état fondamental.
La loi périodique reflète la cyclicité dans la nature. Mendeleïev a remarqué que lorsque les éléments sont disposés dans un ordre croissant de leurs masses atomiques, leurs caractéristiques, telles que le rayon atomique, l'énergie d'ionisation, l'affinité électronique et les propriétés chimiques, se répètent périodiquement.
Il a composé son tableau en disposant les éléments en rangées (périodes) et colonnes (groupes) en fonction de leurs masses atomiques, mais a rencontré certaines incohérences.
Il a ensuite été compris que la caractéristique la plus importante reflétant la cyclicité des éléments est le nombre de protons dans leurs atomes.
Ainsi, sur la base du nombre de protons, chaque élément occupe sa place dans le système périodique, le premier étant l'hydrogène, qui a un proton dans son noyau.
Les périodes du tableau correspondent au nombre de couches électroniques autour des noyaux atomiques des éléments et sont désignées par des chiffres arabes. Les groupes reflètent le nombre d'électrons de valence que les éléments ont dans leur couche électronique externe et sont numérotés en chiffres romains.
Chaque nouvelle couche électronique des atomes des éléments lors du passage à la période suivante modifie leurs caractéristiques, telles que le rayon atomique, l'énergie d'ionisation, l'affinité électronique et les propriétés chimiques.
Chaque groupe a des propriétés communes en raison de leur configuration électronique similaire. Par exemple, tous les éléments d'un même groupe ont le même nombre d'électrons dans leur couche externe, ce qui détermine leurs propriétés chimiques.
Par périodes, les caractéristiques des éléments changent de la manière suivante :
Par groupes, les caractéristiques des éléments changent de la manière suivante :
Chaque période commence généralement par des métaux alcalins, caractérisés par leurs propriétés métalliques, telles qu'une grande réactivité et des températures de fusion et d'ébullition basses.
Après les métaux alcalins, les propriétés des éléments changent progressivement, passant par les métaux alcalino-terreux aux métaux de transition, la dernière groupe étant composée de gaz nobles ou inertes.
Les gaz inertes se caractérisent par une grande stabilité de leurs couches électroniques externes et sont moins réactifs, d'où leur nom de « nobles », semblable aux métaux nobles.
Nous connaissons tous bien le tableau de Mendeleïev depuis l'école, mais dans sa version originale, il avait un petit mais très important détail. Mendeleïev a placé un élément dans le groupe zéro, qu'il a nommé newtonium, en l'honneur d'Isaac Newton, et avant l'hydrogène – coronium (de la couronne solaire).
Cet élément est en fait mentionné depuis l'Antiquité, les Grecs anciens le décrivant comme une couche plus fine de l'air, mais Aristote l'a classé comme un élément distinct des quatre principaux (feu, eau, terre, air).
C'est le cinquième élément – l'éther. Dans « Les Fondements de la Chimie » en 1871, Mendeleïev écrit à son sujet : « Le plus léger de tous est l'éther avec une millionième partie du poids de l'hydrogène », selon lui, il est le lien entre la matière et l'énergie.
Selon Newton, l'éther est quelque chose de « spirituel, pénétrant, colorant et incorruptible, qui réapparaît des quatre éléments lorsqu'ils sont liés ensemble ». Il est la clé pour comprendre les interactions entre la matière et l'énergie, créant la base pour l'émergence des différentes formes de matière.
Nikola Tesla, un autre génie de son époque, a également été attiré par l'idée de l'éther. Il a créé des dispositifs utilisant l'énergie de l'éther, cherchant à comprendre et à utiliser cet élément mystique pour faire progresser la science et la technologie.
Bien que la conception de l'éther ait été rejetée par la communauté scientifique, les idées et théories qui y sont liées ont une importance significative pour le développement de la science et des technologies et continuent de susciter l'intérêt aujourd'hui.
Qu'est-ce que la loi périodique ?
La loi périodique décrit les répétitions régulières et prévisibles des propriétés chimiques des éléments en fonction de leurs numéros atomiques.
Qu'est-ce que le tableau périodique ?
Le tableau périodique est l'organisation des éléments selon leurs numéros atomiques et leurs propriétés chimiques.
Quand a-t-il été publié pour la première fois ?
Le tableau périodique a été publié pour la première fois par Dmitri Mendeleïev en 1869.
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