Qu’est-ce qu’un élément en chimie ?

Tout est fait d’atomes

Tout ce qui vous entoure, de votre bureau à l’air que vous respirez, est fait de minuscules particules appelées atomes. Elles sont bien trop petites pour être vues, même avec un microscope ordinaire.

Il existe différents types d’atomes. Un élément est une substance dont tous les atomes sont du même type. Un lingot d’or pur ne contient que des atomes d’or, et un ballon rempli d’hélium pur ne contient que des atomes d’hélium.

Qu’est-ce qui fait alors que deux atomes sont du même type ? C’est le nombre de protons, ces minuscules particules de charge positive situées au centre de chaque atome. Tout atome de carbone possède 6 protons et tout atome d’oxygène en possède 8. Ce nombre s’appelle le numéro atomique, et deux éléments ne peuvent pas avoir le même.

Les éléments sont les substances les plus simples

Vous pouvez faire fondre, congeler, couper ou broyer un élément : il reste le même élément. L’or fondu est toujours de l’or. Aucune réaction chimique ne peut scinder un élément en substances plus simples.

L’eau, c’est différent. Grâce à l’électricité, les chimistes peuvent scinder l’eau en deux gaz, l’hydrogène et l’oxygène. Comme l’eau peut être décomposée ainsi, ce n’est pas un élément. L’hydrogène et l’oxygène ne peuvent pas être scindés davantage : ce sont donc des éléments.

Les composés : des éléments unis entre eux

Un composé se forme lorsque des atomes de deux éléments différents ou plus s’unissent par des liaisons chimiques. L’eau est un composé d’hydrogène et d’oxygène. Sa formule, H₂O, montre qu’elle contient toujours deux atomes d’hydrogène pour un atome d’oxygène.

La recette d’un composé ne change jamais. L’eau pure d’un glacier et l’eau pure d’une bouilloire ont exactement le même rapport de deux pour un.

Un composé peut être totalement différent des éléments qui le constituent. Le sodium est un métal mou et brillant qui pétille et file sur l’eau, et le chlore est un gaz toxique vert jaunâtre. Unis, ils forment le chlorure de sodium (NaCl), le sel de table que vous saupoudrez sur vos plats.

Les mélanges : mêlés mais non liés

Dans un mélange, deux substances ou plus sont mêlées sans être liées chimiquement. Chacune garde ses propres propriétés, et les quantités peuvent varier. Vous pouvez remuer un peu ou beaucoup de sucre dans du thé, et vous avez toujours du thé sucré.

Comme rien n’est lié, les mélanges peuvent être séparés par de simples méthodes physiques. Un aimant retire la limaille de fer du sable, un filtre retient le sable de l’eau, et faire bouillir l’eau salée laisse le sel derrière.

L’air est aussi un mélange. Il est surtout composé d’azote et d’oxygène, qui sont deux éléments, plus de petites quantités d’argon, de dioxyde de carbone et de vapeur d’eau.

Comment les distinguer

Posez-vous trois questions. Y a-t-il un seul type d’atome ? Alors c’est un élément. Des éléments différents sont-ils liés entre eux dans un rapport fixe ? Alors c’est un composé. Des substances différentes sont-elles simplement mélangées et faciles à séparer ? Alors c’est un mélange.

Attention au dioxygène gazeux, O₂. Ses atomes voyagent par paires, mais les deux atomes de chaque paire sont de l’oxygène : le dioxygène gazeux reste donc un élément. Le dioxyde de carbone, CO₂, contient deux éléments différents liés entre eux : c’est donc un composé.

Sur les 118 éléments connus, environ 94 se trouvent à l’état naturel sur Terre, certains seulement à l’état de traces infimes. Les scientifiques ont fabriqué les autres en laboratoire. Les quatre plus récents, dont l’oganesson (118), ont été nommés en 2016.