Histoire : Mendeleïev et les cases vides

En 1869, on connaissait environ les deux tiers des éléments naturels. Mendeleïev a laissé des places pour les autres.

Imagine que tu tries un jeu de cartes où il manque quelques cartes, sans que personne te dise lesquelles. Tu pourrais quand même disposer les couleurs et les valeurs, et les trous te montreraient exactement ce qui manque. C'est à peu près ce qu'a fait le chimiste russe Dmitri Mendeleïev avec les éléments en 1869. Il écrivait un manuel de chimie : il a noté chaque élément connu sur une carte avec sa masse atomique et ses propriétés, puis il a déplacé les cartes jusqu'à ce qu'une régularité apparaisse.

Le tableau de 1869

Le 6 mars 1869, l'article de Mendeleïev sur la relation entre les propriétés des éléments et leur masse atomique a été lu devant la Société russe de chimie à Saint-Pétersbourg. Mendeleïev était absent, et c'est son collègue Nikolaï Menchoutkine qui l'a présenté. Le tableau rangeait les éléments par masse atomique et plaçait ceux dont la chimie se ressemblait dans la même famille. Le chimiste allemand Lothar Meyer a publié de son côté une organisation très proche en 1870, et en 1882 la Royal Society de Londres a remis sa médaille Davy aux deux hommes.

Ce qui distinguait Mendeleïev, c'est qu'il faisait plus confiance à la régularité qu'à la liste des éléments connus. Quand l'élément suivant par la masse ne collait pas à la famille sous laquelle il aurait dû tomber, il laissait une case vide et supposait qu'un élément manquait. Il a aussi inversé quelques éléments par rapport à l'ordre des masses quand leur chimie l'exigeait. Le tellure est plus lourd que l'iode, mais l'iode va clairement avec le chlore et le brome, alors il a mis le tellure en premier. Des travaux plus tardifs ont montré que le vrai ordre est celui du numéro atomique, et sur ce point il avait raison.

Des prédictions qui se sont réalisées

Mendeleïev a décrit en détail les éléments manquants, surtout en 1871, avec le préfixe eka, qui veut dire « un » en sanskrit, au sens de « une place plus loin ». L'éka-aluminium devait avoir une masse atomique proche de 68 et une masse volumique de 5.9 g/cm³. En 1875, Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran a trouvé le gallium : masse atomique 69.7 et masse volumique 5.91 g/cm³. L'éka-bore, vers 44, s'est révélé être le scandium, trouvé par Lars Fredrik Nilson en 1879. L'éka-silicium était prévu vers 72 avec une masse volumique de 5.5 g/cm³. Clemens Winkler a trouvé le germanium en 1886 : 72.6 et 5.32 g/cm³.

Le résultat du germanium surtout a convaincu les chimistes que le tableau était plus qu'un classement pratique : il permettait de prévoir. Toutes les prédictions n'ont pas marché. Mendeleïev n'avait pas de place pour les gaz nobles, que personne ne soupçonnait avant la découverte de l'argon en 1894, et il n'avait pas prévu la longue série des lanthanides. L'explication de cette régularité n'est venue qu'au vingtième siècle. En 1913, Henry Moseley a montré grâce aux rayons X que chaque élément a un numéro atomique entier, et la répartition des électrons en couches a expliqué pourquoi les propriétés se répètent.

Le tableau est maintenant complet jusqu'à la fin de la période 7. En 2016, l'UICPA a approuvé les quatre derniers noms : nihonium (113), moscovium (115), tennesse (117) et oganesson (118). Le nihonium a été produit à l'institut RIKEN au Japon : c'est le premier élément découvert dans un pays d'Asie. Ces éléments n'existent que pendant des fractions de seconde, mais chacun avait sa colonne avant d'être fabriqué, de la même façon que Mendeleïev avait placé le gallium. Passe le modèle sur « Hauteur : Année de découverte » et les cases les plus hautes remplissent la dernière ligne.