Une étonnante périodicité

En 1869, les chimistes en sont à 62 éléments, et ont mesuré leurs poids atomiques (ou masses atomiques). Les présenter à des étudiants devenait compliqué. Le professeur Mendeleïev, de l'Université de Saint-Pétersbourg, voulut les présenter dans l'ordre des poids atomiques croissants.

Somme toute, son but était didactique, mais il voulait aussi montrer comment chaque élément se combinait avec l'hydrogène et l'oxygène. Voici à peu près les 17 premières lignes de son tableau, et quelques colonnes, un peu adaptées.

Combinaisons avec l'hydrogène (H) Elément

Combinaisons avec l'oxygène (O)
Formule Combien d'atomes d'H pour un atome de cet élément? Nom
Symbole

Poids
atom.

 Formule Combien d'atomes d'O pour deux atomes de cet élément?
H2         Hydrogène
H
1
 H2O 1        

 

 
          Lithium
Li
7
 LiO2 1          
          Beryllium
Be
9
 BeO   2        
          Bore
B
11
 B2O3     3      
CH4 4       Carbone
C
12
 CO2       4    
NH3   3     Azote
N
14
 N2O5         5  
H2O     2   Oxygène
O
16
              
HF       1 Fluor
F
19
              
          Sodium
Na
23
 Na2O 1          
          Magnésium
Mg
24
 MgO   2        
AlH3   3     Aluminium
Al
27
 Al2O3     3      
SiH4 4       Silicium
Si
28
 SiO2       4    
PH3   3     Phosphore
P
31
 P2O5         5  
H2S     2   Soufre
S
32
 SO3           6
HCl       1 Chlore
Cl
35,5
              
          Potassium
K
39
 K2O 1          
          Calcium
Ca
40
 CaO   2        
La périodicité saute aux yeux, et c'est assez spontanément que l'on divise ce tableau en portions horizontales, au moyen de couleurs. Mendeleïev est allé plus loin: il s'est servi de ce tableau pour prédire l'existence d'éléments qui n'avaient pas encore été découverts ! Voici un exemple:
          Molybdène
Mo
96
             6
          Ici manque un élément 7?
          Ruthenium
Ru
103
             8

Entre le molybdène et le ruthenium, "devait" se trouver un élément dont deux atomes pouvaient se combiner avec sept atomes d'oxygène. Cet élément n'a été "découvert" qu'en 1937. En fait, il fut fabriqué artificiellement dans un cyclotron. Il n'existe pas dans la nature, mais peut former avec le fer un alliage résistant à la corrosion. On l'appela le technétium (Tc) et sa masse atomique est 98.

Ramené à l'essentiel, ce tableau peut s'écrire d'une autre manière:

se combine avec combien d'H?     4 3 2 1  
combien d'O? 1 2 3 4 5 6 7
éléments du groupe 1 H            
éléments du groupe 2 Li Be B C N O F
éléments du groupe 3 Na Mg Al Si P S Cl
éléments du groupe 4 K Ca          

et les chimistes se rendirent compte qu'il ne s'agissait pas d'un pur jeu de l'esprit. Car en procédant de la sorte on trouvait groupés dans une même colonne des éléments qui se comportaient de manière similaire dans les réactions chimiques.

Par exemple, dans la première colonne, on trouvait les "métaux alcalins", connus pour former avec l'oxygène des "oxydes" qui, combinés avec l'eau, donnent des "bases". De même, dans la dernière colonne, on trouvait les "halogènes" qui, combinés avec l'hydrogène, donnent des "(hydr)acides".

Mais n'entrons pas ici dans le détail de la chimie. Avec le tableau de Mendeleïev, se couronne l'apport de la chimie à la connaissance de l'atome.