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ATOMES & ÉLÉMENTS CHIMIQUES

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Comme nous l'avons vu sur la page structure de la matière, l'atome est un assemblage de trois sortes de particules :

  • Les protons qui ont une charge électrique positive.

  • Les neutrons qui n'ont pas de charge électrique. 

  • Les électrons dont la charge électrique est négative et égale en valeur absolue à celle des protons. Il y a autant d'électrons que de protons dans son noyau c'est pourquoi un atome est électriquement neutre.

Protons et neutrons forment le noyau, les électrons gravitent autour du noyau à des vitesses prodigieuses d'environ 7.1015 (sept millions de milliards) de révolutions par seconde. Cet ensemble de neutrons en orbite autour du noyau forme ce que l'on appelle le nuage électronique.

Définitions importante à retenir :

Ion : atome ou molécule ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons, on distingue donc deux types d'ions :

  • Anion  : atome ou molécule ayant gagné un ou plusieurs électrons, la charge est alors négative.

  • Cation : atome ou molécule ayant perdu un ou plusieurs électrons, la charge est alors positive.

 

La structure de 2 atomes, hydrogène et oxygène.

Les neutrons et les protons ont des masses pratiquement identiques, les électrons ayant une masse 2 000 fois moindre que les protons et les neutrons, la somme des protons et neutrons "nombre de masse" d'un noyau est donc sensiblement égale au "poids atomique".

Les atomes sont très petits mais leurs noyaux sont encore infiniment plus petits, l'atome est environ 10 000 fois plus gros que son noyau où se trouve pratiquement toute sa masse.

Diamètre d'un atome moyen

 1,5 angström = 0,15 nanomètre = 15^-10 mètre

Le plus petit et le plus grand :

  • 0,53           Hydrogène H 

  • 2, 98          Césium Cs

Rayon en angström des éléments chimiques naturels

Un exemple comparatif...

NOMBRE DE MASSE ET NUMÉRO ATOMIQUE

Le nombre de masse représente la masse de l'atome qui est fonction de la quantité de nucléons (neutrons et protons). La masse est concentrée dans le noyau de l'atome.

 

Le numéro atomique représente la quantité d'électrons qui gravitent autour du noyau. C'est la quantité, et la répartition des couches d'orbitales qui déterminent les propriétés électriques d’un l'atome, capacité de libérer ou recevoir des électrons dans la couche périphérique.

Le numéro atomique Z définit la quantité de charges électroniques dans un atome :

  • Z charges négatives des électrons

  • Z charges positives des protons.

Une même quantité de protons et d’électron équilibre un atome on dit qu’il est neutre.

Si un atome perd des électrons, il devient un cation, un  ion positif

Si un atome reçoit des électrons, il devient un anion, un  ion négatif

ISOTOPES

L'isotope est une variété d'un élément chimique qui comporte plus ou moins de neutrons que l'élément type. Comme il contient la même quantité de protons et d'électrons il est électriquement neutre.

Les isotopes ont les mêmes propriétés chimiques, ils n'ont pas les mêmes propriétés physiques.

 

Exemples : hydrogène 1 proton 0 neutron, deutérium 1 proton et 1 neutron, tritium 1 proton et 3 neutrons.

 

 

 

 
 
 

Autre exemples...

ISOTOPE

Dans un article publié en décembre 1913 dans la revue Nature, le chimiste anglais Frederick Soddy (1877-1956) propose d'appeler « isotopes » les différentes variétés d'un élément chimique, car elles occupent la « même place » dans le tableau périodique de Mendeleïev. Depuis plusieurs années, Soddy enseigne à l'université de Glasgow en Écosse, après avoir servi de démonstrateur de chimie à l'université McGill de Montréal sous la direction d'Ernest Rutherford. Il étudie en détail la chimie des corps radioactifs transitoires obtenus lors de désintégrations, corps qu'il appelait avec Rutherford des « métabolons ». En 1911, il avait déjà noté que « l'identité complète de l'ionium, du thorium et du radiothorium » était si bien établie qu'il lui semblait inévitable de devoir conclure qu'on n'était pas en présence « de simples analogues chimiques, mais d'identités chimiques ». Ce n'était pas le seul cas observé, et Soddy notait aussi que le radium D, issu de la désintégration du radium, a toutes les caractéristiques chimiques du plomb. Il en conclut alors qu'il faut envisager le cas d'une « complète identité chimique entre des éléments de poids atomiques probablement différents », ce qui est en opposition apparente avec la table des éléments, qui les classe par ordre de poids atomiques croissants.
Soddy insiste également sur le fait que cette propriété n'est sans doute pas réservée aux éléments radioactifs ou à leurs produits de désintégration, même si elle apparaît plus simplement dans ce cas. Il rejoint ainsi le chimiste William Crookes qui, dès 1886, avait spéculé que bien que « la majorité des atomes de calcium ont un poids atomique de 40, il y en a quelques-uns qui sont représentés par 39 ou 41, un nombre moindre par 38 et 42, et ainsi de suite ». Soddy recevra le prix Nobel de chimie en 1921 « pour ses recherches sur l'origine et la nature des isotopes ».
                  

Bernard PIRE

 

 

 

Écrit par :

  • Bernard PIRE : directeur de recherche au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

Source :

  • Universalis.fr

Tous les atomes qui ont un même nombre atomique ont les mêmes propriétés chimiques, même s'il n'ont pas le même nombre de neutrons, ils appartiennent au même "élément" chimique. 

On désigne les éléments par un symbole :

  • H  = hydrogène

  • O  = oxygène

  • C  = carbone

  • Be = Béryllium

  • Au = or

  • Fe = fer 

  • . . .

On décrit un élément sous cette forme :

A : nombre de masse : correspond au nombre total de protons et neutrons.

Z : numéro atomique ou nombre de charge correspond au nombre de protons et donc au nombre d'électrons si l'élément est électriquement neutre.

X : le symbole de l'élément.

26 protons

30 neutrons

26 électrons

26 protons

30 neutrons

24 électrons

26 protons

30 neutrons

23 électrons

Il y a 90 éléments chimiques naturels dans l'univers connu, d'autres ont été créés artificiellement, le plus connu étant le plutonium.

Voir en bas de page le tableau périodique des éléments...

 

Connaissant le nombre de masse et le nombre atomique, il suffit de soustraire l'un de l'autre pour connaître le nombre de neutrons.

 

Tous ces élément on été regroupés dans un "tableau périodique des éléments" dont l'origine remonte au grand chimiste Russe Dmitri Ivanovitch Mendeleïev qui en fit une première version en 1869, avec les 60 éléments connus à cette époque.

Classement alphabétique des éléments ...

Classement alphabétique des symboles ...

Abondance des éléments dans la croûte terrestre ...

   ppm = partie par million : pour un kg 1ppm = 1 milligramme
10 000 PPM = 1/100 = 1% 

Quelques données physiques des éléments présents dans la croûte terrestre ...

Les éléments marqués d'un * ont un point d'ébullition inférieur à 0°C,

leur densité est exprimée en gramme/litre.

 
 
 

Dmitri Ivanovitch Mendeleïev ou Mendeleev, chimiste russe, est né le 8 février 1834 à Tobolsk (Sibérie, Russie). Il est mort le 2 février 1907 à Saint-Pétersbourg (Russie).

 

Il est principalement connu pour son travail sur la classification périodique des éléments, publié en 1869 et également appelé tableau de Mendeleïev. Il déclara que les éléments chimiques pouvaient être arrangés selon un modèle qui permettait de prévoir les propriétés des éléments non encore découverts.

 

Mendeleïev était le cadet des nombreux enfants de Maria Dmitrievna Korniliev et Ivan Pavlovitch Mendeleïev (le treizième selon Michael Gordin 1, un historien des sciences). À l'âge de quatorze ans, après la mort de son père, Mendeleïev entre au lycée de Tobolsk. En 1849, la famille devenue pauvre s'installe à Saint-Pétersbourg, Dmitri entre à l'université en 1850. Après avoir reçu son diplôme, il contracta la tuberculose ce qui l'obligea à se déplacer dans la péninsule criméenne près de la Mer Noire en 1855, où il devint responsable des sciences du lycée local. Il revint complètement guéri à Saint-Pétersbourg en 1856. Il étudia la chimie à Saint-Pétersbourg où il fut diplômé en 1856. À 25 ans, il vint travailler à Heidelberg avec des savants comme Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff. En 1867, il fut nommé professeur de chimie minérale à l'Université de Saint-Pétersbourg.
 

Entre 1859 et 1861 il travailla sur la densité des gaz à Paris, et au fonctionnement du spectroscope avec Gustav Kirchhoff à Heidelberg. En 1863, après son retour en Russie, il devint professeur de chimie à l'institut technologique et à l'université de Saint-Petersbourg. La même année il épousa Feozva Nikitichna Leshcheva ; ce mariage se solda par un divorce. Il épousa ensuite Anna Ivanovna Popova.

 

En 1866, Newlands édita sa loi des octets. Mendeleïev avait travaillé sur une idée semblable, et le 6 mars 1869, une présentation formelle fut faite à la société russe de chimie, intitulée La dépendance entre les propriétés des masses atomiques des éléments, énonçant :

 

1. Les éléments lorsqu'ils sont disposés selon leurs poids atomiques, montrent une périodicité apparente de leurs propriétés.


2. Les éléments qui sont semblables en ce qui concerne leurs propriétés chimiques ont des poids atomiques qui sont peu ou prou de la même valeur (par exemple Pt, Ir, Os) ou qui augmentent régulièrement (par exemple K, Rb, Cs).


3. L'arrangement des éléments, ou des groupes d'éléments dans l'ordre de leurs poids atomiques, correspond à leurs prétendues valences, aussi bien que, dans une certaine mesure, à leurs propriétés chimiques distinctives.


4. Les éléments qui sont le plus largement représentés ont de petits poids atomiques.


5. L'importance du poids atomique détermine le caractère de l'élément, de même que l'importance de la molécule détermine le caractère d'un corps composé.


6. Nous devons nous attendre à la découverte de nombreux éléments jusqu'ici inconnus. Par exemple des éléments analogues à l'aluminium et au silicium dont la masse atomique serait comprise entre 65 et 75.


7. La masse atomique d'un élément peut parfois être modifiée par une connaissance de la masse de ses éléments contigus. Ainsi, le poids atomique du tellure doit se trouver entre 123 et 126, et ne peut pas être 128.


8. Certaines propriétés caractéristiques des éléments peuvent être prévues à partir de leur masse atomique.

 

Inconnu de Mendeleïev, Lothar Meyer travaillait à une classification périodique pratiquement identique bien qu'il ne soit jamais venu à l'idée de Meyer la possibilité de prévoir l'existence de nouveaux éléments et de corriger les masses atomiques. Meyer et Mendeleïev peuvent être considérés comme les co-créateurs de cette classification.

Bien que Mendeleïev ait été largement honoré par des organismes scientifiques à travers l'Europe, ses activités politiques ont inquiété le gouvernement russe, ce qui a mené à sa démission de l'université de Saint-Petersbourg le 17 août 1890.
 

En 1893, il fut nommé directeur du bureau des poids et des mesures. Mendeleïev est également responsable de la justification scientifique de la proportion « optimale » de 40 % d'alcool dans la vodka russe.
 

En 1882, il reçu la Médaille Davy de la Royal Society, en 1889 le Prix Faraday de la Royal society of chemistry et en 1905 la médaille Copley de la Royal Society.

Il mourut à Saint-Pétersbourg et est enterré au cimetière Volkovo, toujours à Saint-Pétersbourg. L'élément 101 a été baptisé mendélévium en son honneur.

 

Sources :

Michael Gordin. 2004. A Well-Ordered Thing: Dmitrii Mendeleev and the Shadow of the Periodic Table, Basic Books, ISBN 046502775X

 

 

 

 

TABLEAU PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS ...

Réigé en français et manuscrit,

c'est le premier tableau de Mendeleïev,

conçu le 17 février 1869.

 

La légende retient une découverte en un seul jour de réflexion, le 17 février 1869. Mais en réalite, Mendeleïev a beaucoup tâtonné. Il hésite d’abord entre tableau et spirale pour retenir la forme actuelle qui lui permet de mieux souligner la périodicité.

 

tableau_elements_thumb.png

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Travailler sérieusement sans se prendre au sérieux !

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