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Comment lire et utiliser le tableau périodique des éléments de Mendeleïev ?

Tableau de classification périodique puzzle bois
Crédits - Pxfuel

Bête noire des collégiens, lycéens et étudiants de chimie et physique, le tableau périodique des éléments de Mendeleïev est pourtant un outil incontournable des scientifiques. Que vous soyez étudiant ou simple curieux des sciences, plongez-vous dans ce système de classification universel des atomes. Promis, comprendre, lire et utiliser la table de Mendeleïev est plus simple qu’il n’y paraît ! On y va ?

Dmitri Ivanovitch Mendeleïev, le père du tableau périodique des éléments

Dmitri Ivanovitch Mendeleïev (1834 – 1907) est le chimiste russe auquel on attribue l’élaboration du tableau périodique des éléments. Selon lui, il était possible de classifier les différents éléments chimiques de manière à prévoir le comportement d’autres atomes encore à découvrir.

Portrait de Dmitri Ivanovitch Mendeleïev
Portrait du chimiste russe Dmitri Ivanovitch Mendeleïev. Crédits – Flickr, Sergei G

Ses travaux amènent le chimiste russe à publier, en 1869, sa toute première version de la classification périodique des éléments. A l’époque déjà, Dmitri avait laissé des cases vides pour intégrer de futurs éléments chimiques !

Il est cependant important de préciser qu’indépendamment de Dmitri Mendeleïev, un autre scientifique a travaillé sur une classification périodique des éléments quasiment identiques. Il s’agit de Julius Lothar Meyer, qui présenta sa version du tableau de classification en 1864, soit 5 ans avant Dmitri Mendeleïev ! Cependant celle-ci ne sera publiée qu’en 1970. Par ailleurs Julius Meyer, à la différence du chimiste russe, ne reconnaissait pas dans ses travaux la possibilité de découvrir de nouveaux éléments chimiques.

Le tableau périodique des éléments de Mendeleïev a évolué depuis sa première publication, mais les chercheurs ont conservé son principe de classement initial. Ainsi, la table périodique est aujourd’hui utilisée comme système de classement universel des atomes et s’est enrichie au fil des découvertes. De 63 éléments connus en 1869, les scientifiques en comptent aujourd’hui 118, soit 55 nouveaux éléments chimiques découverts en un peu plus de 150 ans !

Evolution du tableau périodique des éléments
Evolution du tableau périodique des éléments.
Crédits – Wikimedia

Comprendre et utiliser la classification périodique de Mendeleïev

Lire et utiliser la classification périodique des éléments de Mendeleïev peut sembler une montagne infranchissable à première vue. Pourtant, quelques clés simples vous ouvriront les portes d’une meilleure compréhension scientifique en chimie et en physique.

Une classification selon la masse atomique des atomes

Le principe du tableau périodique de Mendeleïev est le rangement des atomes selon leur nombre atomique Z et leur configuration électronique. Vous êtes perdu ? Bien, reprenons depuis le début.

Premier tableau Mendeleïev
Première version du tableau périodique tel que publié par Dmitri Mendeleïev.
Crédits – Wikipedia, GArthurL

L’atome est le plus petit constituant de la matière, qu’elle soit solide, liquide ou gazeuse. Il se compose d’un noyau, qui constitue la quasi-totalité de sa masse (plus de 99 %) et se décompose lui-même en deux types de particules fortement liées entre elles : les protons et les neutrons.

Les protons sont des particules chargées positivement. Leur nombre, noté Z, compose le nombre atomique de l’élément chimique. Les neutrons quant à eux, sont des particules de charge neutre. Autour de ce noyau de protons et de neutrons, s’étend un véritable nuage de particules chargées négativement : les électrons.

Reprenons maintenant l’organisation des éléments chimiques dans la classification périodique de Mendeleïev. Ceux-ci sont rangés selon le nombre de protons qu’ils contiennent. Les protons ayant une masse, les atomes sont donc rangés selon leur masse atomique, des plus légers aux plus lourds. Cette organisation se retrouve de haut en bas et de gauche à droite.

Il en est de même pour la configuration électronique, qui désigne l’organisation des électrons autour d’un atome. Cette configuration joue un rôle prépondérant dans la définition des propriétés physiques et chimiques d’un élément.

Comment lire la table périodique ?

Maintenant que vous avez saisi le principe général de la classification périodique des éléments, penchons-nous sur la manière de lire ce tableau.

Tableau périodique des éléments de Mendeleïev
Tableau périodique des éléments de Mendeleïev.
Crédits – Wikipedia, Michka B

Zoom sur la case d’un élément chimique

Arrêtez-vous un instant sur une case de votre choix du tableau périodique et détaillons ensemble les éléments qu’elle contient.

Dans le coin supérieur gauche vous est présenté le numéro atomique de l’élément chimique, qui ira croissant jusqu’à 118. Pour rappel, 118 est le nombre d’éléments chimiques connus à l’heure à laquelle j’écris ces lignes.

En plein milieu de la case, une ou deux lettres représentent le symbole de l’élément chimique concerné. Quelquefois, le nom complet de l’atome est également inscrit en-dessous de son abréviation.

Situé le plus souvent en bas de la case, se trouve un second chiffre ou nombre. Il s’agit de la masse atomique moyenne de l’élément chimique.

Il arrive également que la table périodique de Mendeleïev présente un chiffre additionnel correspondant à l’électro-négativité d’un élément chimique. L’électro-négativité est simplement la capacité d’un atome à attirer à lui des électrons ; plus cette valeur est élevée, plus le potentiel d’attraction de l’élément chimique l’est

Le numéro atomique et la masse atomique évoluent de manière croissante, de haut en bas et de gauche à droite, au fur et à mesure qu’on progresse dans la table de classification.

Les lignes, ou périodes

Chaque période désigne une ligne de la table, d’où son nom de tableau périodique des éléments de Mendeleïev. Mais à quoi correspond une période ?

La période se définit comme le remplissage des couches électroniques d’un élément chimique. Vous souvenez-vous de la configuration électronique, dont nous avons parlé un peu plus tôt ? Celle-ci est relative à l’organisation des électrons autour du noyau d’un atome. Néanmoins ceux-ci ne sont pas répartis de manière anarchique, mais organisés en “couches”, qui peuvent chacune comprendre un nombre maximum d’électrons.

A l’heure actuelle, le monde scientifique ne connaît pas d’élément chimique ayant plus de 7 couches atomiques. C’est pourquoi le tableau de classification comprend 7 lignes, ou périodes.

De plus, les propriétés physico-chimiques des éléments peuvent grandement varier sur une même période. Elles seront en revanche similaires au sein de chaque groupe.

Les colonnes, ou groupes

Chaque groupe désigne une colonne du tableau périodique, qui en compte 18 au total. Les éléments présents dans chaque groupe présentent des propriétés similaires. Cependant, celles-ci sont distinctes des groupes voisins.

Par exemple, les atomes de la première colonne de la classification (à l’exception de l’hydrogène) constituent le groupe des métaux alcalins. Dans des conditions normales de température et de pression, ces éléments sont tous des métaux brillants, mous et très réactifs avec l’eau. La preuve par l’image, avec cette vidéo détonante de Nicolas Braneyre !

Les couleurs, ou familles d’éléments chimiques

On distingue 3 grandes familles d’éléments chimiques, différenciées à l’aide de couleurs dans le tableau périodique des éléments.

Les métaux se décomposent en 4 sous-groupes. A température ambiante, les éléments chimiques de cette famille ont un éclat métallique, sont solides, conduisent la chaleur et l’électricité et sont malléables. On trouve les métaux dans la partie gauche du tableau périodique des éléments de Mendeleïev. Attention : l’hydrogène, qui se trouve dans cette même partie, ne fait pas partie du groupe des métaux. Cet atome à la fois alcalin et halogène, occupe une place à part.

Les non-métaux constituent une famille d’éléments mats. Il ne sont pas conducteurs de chaleur ni d’électricité et ne sont pas souples. A température ambiante, les non-métaux sont généralement des gaz. Cependant, ils peuvent changer d’état pour devenir liquides ou solides lorsqu’ils sont soumis à des températures extrêmes. Les non-métaux sont situés dans la partie droite de la classification périodique.

Enfin, les métaux de transition possèdent des caractéristiques communes aux deux familles d’éléments chimiques précédemment citées. Ils sont situés dans la partie centrale de la table de classification des éléments.

Apprendre le tableau périodique des éléments

Ca y est, la classification des éléments de Mendeleïev ne vous effraie plus ? Mieux, vous avez peut-être envie ou besoin de l’apprendre, si vous faite des études scientifiques, en chimique ou en physique par exemple ?

Pour ce faire et conclure ce dossier, je vous propose de (re-)découvrir l’excellente vidéo de la chaîne AsapSCIENCE : “The periodic table song”. Les paroles sont en anglais, mais des sous-titres français sont disponibles. Un moyen ludique et mélomane de mémoriser rapidement les 118 élément chimiques connus à ce jour.

A bientôt pour un blind test ?

Pour aller plus loin

Commissariat d’Energie Atomique (CEA) – Poster d’un tableau périodique de Mendeleïev
CNRS le journal – Le Tableau de Mendeleïev, 150 d’histoire
Wikipedia – Tableau périodique des éléments
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Ecrit par
Bandrui
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