Dmitri Mendeleïev et le tableau périodique de 1869

Qui était Dmitri Mendeleïev ?

Dmitri Ivanovitch Mendeleïev est né en 1834 à Tobolsk, en Sibérie, le plus jeune enfant d'une famille nombreuse. Il a étudié à Saint-Pétersbourg, fait des recherches à Heidelberg, en Allemagne, et, en 1860, il a assisté au congrès de Karlsruhe, où les chimistes ont débattu de la façon de mesurer de manière fiable les poids atomiques. À la fin des années 1860, il était professeur de chimie à l'université de Saint-Pétersbourg.

Un problème de manuel

À la fin des années 1860, Mendeleïev rédigeait un nouveau manuel, Principes de chimie. Il lui fallait un ordre logique pour présenter les éléments, dont un peu plus de 60 étaient connus. Il a rassemblé leurs poids atomiques et leurs propriétés chimiques, comme les formules de leurs oxydes et le nombre d'atomes d'hydrogène ou de chlore avec lesquels ils se combinent, et a cherché une régularité qui les relierait tous.

Comment il a construit le tableau

Début 1869, Mendeleïev a rangé les éléments par poids atomique croissant et a remarqué que des propriétés semblables revenaient à intervalles réguliers. Il a disposé les éléments en grille pour que des familles comme les métaux alcalins et les halogènes s'alignent. Son mémoire a été présenté à la Société chimique russe en mars 1869, lu en son nom par son collègue Nikolaï Menchoutkine, et un résumé a bientôt paru en allemand, ce qui a fait circuler l'idée à travers l'Europe.

Mendeleïev a énoncé ce qu'il appelait la loi périodique : les propriétés des éléments dépendent périodiquement de leurs poids atomiques. En 1871, il avait publié un tableau amélioré dans lequel les familles se déployaient en huit groupes verticaux, une disposition bien plus proche de celle d'aujourd'hui.

La chimie avant l'ordre des poids

Mendeleïev se fiait davantage au comportement chimique qu'aux chiffres. Lorsque l'ordre strict des poids aurait placé un élément dans la mauvaise famille, il le déplaçait, mettant le tellure avant l'iode, pourtant un peu plus léger, pour que l'iode rejoigne les autres halogènes. Il insistait aussi sur le fait que plusieurs poids atomiques admis étaient tout simplement faux. Il a doublé la valeur de l'uranium, d'environ 120 à 240, relevé celle de l'indium d'environ 76 à 113 et abaissé celle du béryllium d'environ 14 à 9. Des mesures ultérieures ont montré qu'il avait raison pour les trois, bien que le tellure soit réellement plus lourd que l'iode, une énigme qui n'a été résolue qu'en 1913.

Cases vides et éléments « éka »

La caractéristique la plus audacieuse du tableau était ses espaces vides. Mendeleïev a laissé des cases là où aucun élément connu ne convenait et, en 1871, a décrit en détail trois des éléments manquants. Il les a nommés en ajoutant le préfixe sanskrit éka-, signifiant « un », à l'élément situé au-dessus de chaque case dans son tableau : l'éka-aluminium se trouvait une place sous l'aluminium, l'éka-bore sous le bore et l'éka-silicium sous le silicium. Pour chacun, il a estimé le poids atomique, la masse volumique, ainsi que les formules et les propriétés de ses composés.

Des prédictions confirmées

En 1875, le chimiste français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran a découvert le gallium. Son poids atomique, environ 69,7, était proche des 68 que Mendeleïev avait donnés à l'éka-aluminium. Lecoq a d'abord mesuré la masse volumique du gallium à 4,7 grammes par centimètre cube, mais Mendeleïev a écrit qu'elle devait être proche des 5,9 qu'il avait prédits ; avec un échantillon plus pur, Lecoq a obtenu 5,9.

En 1879, le chimiste suédois Lars Fredrik Nilson a découvert le scandium, et son collègue Per Teodor Cleve a fait remarquer qu'il correspondait à l'éka-bore, dont Mendeleïev attendait un poids atomique de 44 (celui du scandium est d'environ 45). En 1886, Clemens Winkler a trouvé le germanium, qui correspond de près à l'éka-silicium : Mendeleïev avait prédit un poids atomique de 72 et une masse volumique de 5,5, et ceux du germanium sont de 72,6 et 5,3.

Toutes ses prévisions ne se sont pas réalisées, et il n'a pas prévu toute une famille, celle des gaz nobles. Mais ces trois succès ont convaincu la plupart des chimistes que la loi périodique était réelle.

Le tableau parallèle de Lothar Meyer

Mendeleïev n'était pas le seul chimiste sur cette piste. Le chimiste allemand Lothar Meyer a esquissé un tableau semblable en 1868, bien qu'il n'ait été publié qu'après sa mort, et en 1870 il a publié un tableau périodique accompagné d'un graphique du volume atomique en fonction du poids atomique qui montait et descendait en vagues régulières. Meyer était toutefois plus prudent et n'a pas publié de prédictions détaillées sur les éléments manquants. Les prévisions assurées de Mendeleïev expliquent en grande partie pourquoi son nom est celui qui reste le plus étroitement associé au tableau.

Reconnaissance et mendélévium

En 1882, la Royal Society de Londres a décerné sa médaille Davy à Mendeleïev et à Meyer, et en 1905 Mendeleïev a reçu la plus ancienne distinction de la société, la médaille Copley. Il a été proposé pour le prix Nobel de chimie mais ne l'a jamais reçu, et il est mort à Saint-Pétersbourg en 1907.

En 1955, une équipe de l'université de Californie à Berkeley, comprenant Albert Ghiorso et Glenn Seaborg, a produit l'élément 101 en bombardant de l'einsteinium avec des particules alpha et l'a nommé mendélévium en son honneur. L'hommage était remarquable : un élément découvert aux États-Unis, nommé d'après un scientifique russe en pleine guerre froide.