Le tableau périodique apparaît bien souvent aux étudiants en chimie ainsi qu'aux élèves du primaire (cours d'éveil aux sciences en Wallonie) et du secondaire comme un grand bloc massif composé de noms, de formules chimiques complexes ainsi que de chiffres tous plus alambiqués les uns que les autres, sans que l'on ne sache vraiment le retenir ou même l'expliquer intégralement.
Pour les enfants du primaire mais surtout du secondaire, lorsque les cours de chimie deviennent plus complexes, le tableau périodique, aussi appelé classification de Mendeleïev, du nom de son inventeur, n'est pas aussi difficile à comprendre qu'il n'y paraît. Il faut simplement que le professeur trouve la bonne manière de vous l'expliquer ! Tout comme il convient de bien expliquer aux élèves ce que sont les liaisons chimiques par exemple… Mais il est certain qu'il faut déjà une petite dose de motivation pour essayer de le comprendre et de le retenir par cœur.
Tout d'abord, sachez qu'il ne s'agit absolument pas d'un tableau dont l'utilisation serait dépassée, laissée en quelque sorte à quelques rares savants adeptes des temps anciens. Loin de là ! Ce tableau sert aux chimistes, étudiants mais également diplômés, tous les jours de leur vie. Un peu d'histoire à présent ! Et vous allez découvrir ainsi à quel point le tableau périodique ne doit en réalité pas être craint et appréhendé. Rappelons qu'il existe actuellement 118 atomes connus, et que tout produit chimique est nécessairement issu de la combinaison de plusieurs de ces atomes.
Pourquoi "tableau périodique", tout d'abord ?
Se demander pourquoi un tel nom fut choisi, tout d'abord, semble approprié. Nous avons tendance à accepter les noms sans même chercher à les comprendre, et ce même en tant qu'adultes passionnés par les sciences d'ailleurs. Il faut savoir que ce tableau, en tant que tel, fut créé par le chimiste russe Dmitri Mendeleïev, publié en 1869. On lui donne également deux autres noms : tableau de Mendeleïev, ainsi que classification périodique des éléments, ce dernier étant le nom le plus courant.
En réalité, bien que de nombreux savants de toutes origines avant lui s'intéressèrent aux éléments chimiques ainsi qu'aux atomes, donc, Mendeleïev fut bel et bien le premier à savoir comment ordonner ces éléments dans un seul et même tableau ! Lavoisier, l'un des plus célèbres chimistes français, avait établi avant lui sa "loi" en 1785 concernant les atomes : le nombre d'atomes de chaque élément chimique est identique avant et après toute réaction chimique. Aimeriez-vous comprendre ce que sont véritablement les réactions acido-basiques, également ?
Dmitri Mendeleïev est donc le premier à réellement classifier ces éléments que sont les atomes découverts jusqu'à son époque. Nous en avons depuis découvert d'autres et ajouté à la liste donc, et d'ailleurs, le chimiste lui-même s'en doutait bien évidemment puisqu'il avait laissé à son époque des cases entièrement vides au sein de sa classification périodique sous forme de tableau. Constitué de 18 colonnes et de 7 lignes (2 étant à insérer dans les 6e et 7e lignes), ce tableau porte un tel nom en raison du fait que Mendeleïev souhaitait classer les différents atomes en fonction de leur masse atomique (u), par groupes (groupe principal, secondaire…) ainsi que par périodes.
Pourquoi parler de "période" alors ? Car les différents éléments, qui sont ici des atomes, sont constitués de diverses propriétés chimiques. Et chacune des lignes, ainsi que chacune des périodes du tableau, représente le nombre de couches électroniques (couches d'électrons, donc) autour du noyau de l'atome en question. Mais surtout, Mendeleïev s'est rendu compte qu'en classant les différents atomes par numéros atomiques croissants, certaines propriétés chimiques se répètent périodiquement, systématiquement ! Il s'agit des lignes, les "périodes" donc.
A quoi correspondent les deux dernières lignes du tableau ?
Les deux dernières lignes ne sont pas comptabilisées dans le nombre total de lignes, car on dit toujours que le tableau ne comporte que 7 lignes (horizontales, donc). Or, nous en voyons 9 ! Mais en réalité, malgré le fait que Mendeleïev ait prévu que l'on découvre plus d'atomes dans le futur, il n'y avait pas assez de place et il ne pouvait deviner avec exactitude le nombre d'atomes que l'on découvrirait ensuite ! Sans compter le fait qu'encore aujourd'hui, on peut découvrir de nouveaux atomes, selon les différentes évolutions technologiques futures…
Quoi qu'il en soit, les deux dernières lignes du tableau, tout en dessous, comportent respectivement la mention, sur la gauche, "6. P" et "7. Q", ce qui signifie que chacune des deux a sa place bien définie dans le tableau, parmi les lignes, les "périodes" déjà existantes. Pourquoi ne pas faire un petit pas de côté et apprendre les bases de la chimie organique, tant que vous y êtes ? Ou bien, gardez ceci pour plus tard.
Comment lire le tableau périodique ?
Ce tableau se lit aisément une fois que l'on a compris le principe. Les chimistes le connaissent par cœur, à force, mais s'en servent sans cesse pour s'y référer car il s'agit d'un tableau révélant énormément de données sur tous les atomes découverts à ce jour ! Grâce à ce tableau périodique innové par Mendeleïev, génie russe de la chimie, on peut déduire combien de protons, d'électrons et de neutrons composent chaque élément atomique, autrement dit chaque atome. L'atome est la quantité de matière la plus petite qui retient les caractéristiques chimiques et physiques d'un élément. Les atomes sont composés des particules subatomiques : protons, neutrons, électrons.
L'ordre cardinal des atomes (le numéro atomique)
Les protons ont par définition une charge positive, comme tout bon cours en ligne de chimie vous l'apprendrait. Ils possèdent une masse atomique de 1, tout comme les neutrons, qui pourtant, n'ont pas de charge car ils sont neutres. Protons et neutrons sont contenus dans le noyau de l'atome. Les électrons ont une charge négative et possèdent une masse atomique de 0. Ces électrons voyagent dans ce que l'on appelle le nuage électronique, autour du noyau donc. Comment lire l'ordre de chiffres cardinaux sur le tableau, en partant de 1 (H, l'hydrogène) à 118 (Og, l'oganesson) ? Il s'agit du nombre de proton(s) contenu(s) dans chaque atome. Un atome d'hydrogène, par exemple, ne contient qu'un proton. Son numéro atomique est donc 1 ! C'est le seul à ne disposer que d'un seul proton. Et cela va en s'agrandissant…
Plus nous allons vers le bas du tableau périodique, et plus les couches électroniques sont de plus en plus nombreuses autour du noyau atomique. Un atome est constitué en son intérieur de protons et de neutrons (l'hydrogène n'étant donc constitué que d'un seul neutron, il s'agit du seul atome concerné), et chaque atome est entouré d'électrons plus ou moins nombreux et formant des couches.
Le symbole de chaque atome
Comme vous pourriez l'apprendre en détail lors de tout cours de chimie, tout atome dispose d'une formule chimique et d'un symbole, permettant de mieux être utilisé en formules chimiques. Par exemple, la formule utilisée pour parler de la composition de cette molécule (association de plusieurs atomes) qu'est le glucose, on utilise la formule chimique suivante : C6 H12 O6, car en effet, une molécule de glucose est constituée de 6 atomes de carbone, de 12 atomes d'hydrogène et de 6 atomes d'oxygène.
Entraînez-vous à apprendre par cœur chaque symbole d'atome si vous souhaitez devenir ingénieur en chimie !
Les groupes chimiques (colonnes) et les périodes (lignes) du tableau périodique
Les groupes sont divisés en 18 colonnes, chaque colonne formant un groupe. Pourquoi la magnésium et le calcium appartiennent-ils au même groupe, par exemple ? Parce que tous deux sont classés parmi le groupe des métaux alcalino-terreux ! Ainsi, on observe que les éléments présents dans la même colonne possèdent des caractéristiques chimiques communes. On peut voir les groupes suivants :
- métaux alcalins
- métaux alcalino-terreux
- métaux de transition (un grand nombre !)
- halogènes
- non-métaux
- gaz nobles
- métaux pauvres
- métalloïdes
- lanthanides
- actinides
On remarque par exemple qu'au sein du groupe 1, les atomes ont tendance, durant une réaction chimique, à perdre 1 électron. Egalement, au sein du groupe 2, les atomes concernés ont une grande tendance à perdre 2 électrons. Pour ce qui est du groupe 18, à savoir le tout dernier du tableau de classification, on constate que les différents atomes concernés ont tendance à n'avoir aucune réaction, et donc, à ne gagner ni ne perdre d'électrons. Cela permet ainsi de savoir d'instinct, rien qu'en regardant le tableau, la réaction qu'aura probablement tel ou tel atome !
N'aimeriez-vous pas également vous initier aux solutions en chimie, ou mieux, les comprendre et connaître leur fonctionnement ? Pour continuer sur notre lancée, rappelons que dans ce fameux tableau périodique, plus on avance dans les lignes, et plus les atomes détiennent un nombre de protons élevé.
La masse atomique
Le chiffre ou nombre inscrit en dessous (ou en haut à droite) du nom de l'atome correspond à la masse atomique de celui-ci. Nous avions dit qu'un atome était constitué de neutrons, de protons ainsi que d'électrons, vous vous rappelez ? Or, les électrons ayant une masse neutre égale à 0, il n'y a que les protons et les neutrons qui constituent et font varier la masse atomique d'un atome. Les neutrons et protons réunis sont appelés les nucléons, et c'est leur nombre qui forme la masse atomique d'un atome.
Cependant, il peut y avoir plusieurs isotopes, à savoir donc plusieurs groupes de neutrons trouvables dans la nature pour un même atome. C'est ainsi qu'il est totalement possible d'observer un atome d'oxygène (O) avec 8, 9 ou même 10 neutrons ! Voici ce que l'on appelle des isotopes. Rappelons qu'un atome d'oxygène se compose toujours de 8 protons. Lorsque le noyau possède 8 neutrons (et donc toujours 8 protons), on note ainsi : O-16 pour le distinguer. Et ainsi de suite : O-17 s'il possède 9 neutrons, et bien sûr O-18 s'il en possède 10.
Comment faire pour déterminer la masse atomique moyenne d'un atome ? Nous faisons la moyenne des atomes déjà rencontrés et, par exemple, nous remarquons que dans 99,75% des cas, l'atome d'oxygène rencontré disposait de 8 neutrons (et donc très peu de cas d'atomes d'oxygène avec 9 ou 10 neutrons). Dans ce cas, étant donné le pourcentage, un calcul s'impose et en faisant la moyenne de toutes ces occurrences possibles, on en déduit que la masse atomique (moyenne) d'un atome d'oxygène est de 15.999 (ou 16 selon les variantes du tableau périodique).
Comprendre le tableau périodique est l'une des bases de la chimie. Et voilà, vous savez maintenant lire un tableau périodique !
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