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Dmitri Mendeleiev : le tableau périodique

Actualité
09.01.2024

Utilisé par les scientifiques du monde entier, le tableau périodique est un monument de la science qui permet d’identifier, de classer et de comprendre les éléments chimiques. Célèbre invention du chimiste russe Dmitri Mendeleiev, il est appelé « tableau périodique des éléments » car les éléments avec les mêmes propriétés reviennent périodiquement. D’où le qualificatif de tableau “périodique”. Mais plus que périodique, le tableau était également prédictif.

Zoom sur l’histoire de ce chimiste qui a révolutionné l’univers de la chimie il y a 150 ans.

L’histoire de Dmitri Mendeleiev

Dmitri Ivanovich Mendeleiev nait à Verkhnie Aremzyani, un petit village au sud de la Sibérie, le 8 février 1834. Dmitri grandit dans une famille très nombreuse de 17 enfants. Ivan Pavlovich Mendeleiev, le père de famille, est professeur dans une école locale, et Maria Dmitrievna, la mère de famille, est issue d’une famille de marchands de verre. Elle passera une grande partie de son enfance entourée de livres en tout genre. Entre un père instituteur et une mère férue de livres, l’éducation était au centre de cette famille modeste. Peu après la naissance de Dmitri, le père perd la vue des suites d’une cataracte. Il dut démissionner de l’école où il travaillait. La maigre pension donnée par le gouvernement ne permettant pas à la famille Mendeleiev de vivre correctement, la mère de famille dut reprendre l’entreprise familiale.

Dmitri aimait beaucoup accompagner sa mère à son entreprise de verriers. Il s’émerveillait de la façon dont le sable pouvait fondre et se transformer en des verres translucides et multicolores. Sa mère l’encourageait à toujours en savoir plus, et à être curieux de tout. Il entra dans l’école de Tobolsk à 7 ans où il s’intéressa particulièrement à la science et aux mathématiques.

En 1847, la famille Mendeleiev subit une nouvelle tragédie quand le père décède des suites d’une maladie. Un an plus tard, en 1848, l’entreprise de Maria prit feu. Tout fut totalement détruit. Avec encore deux enfants à charge, Maria se rendant compte que Dmitri aimait beaucoup les sciences, elle voulut l’inscrire à l’Université de Moscou, l’une des plus prestigieuses du pays. Alors que la famille arrivait après quatre semaines de voyage, Maria vit l’inscription de Dmitri refusée par l’université sous prétexte qu’il n’avait pas fait ses premières études dans une école reconnue. Une nouvelle semaine de trajet et, cette fois-ci, Dmitri put s’inscrire à l’Université de St Petersburg.

Probablement harassée par les tragédies subies, et par tous ces voyages, Maria attrapa la tuberculose et mourut en 1850. La sœur de Dmitri, qui les avait accompagnés pendant tout le trajet, mourut aussi de la tuberculose quelques mois après sa mère. Et Dmitri attrapa aussi la tuberculose mais, contrairement aux prédictions funestes du docteur, il survécut.

Bien que peu épargné pendant toute son enfance, Dmitri réussit toutefois à obtenir son diplôme de fin d’études en 1857.

Entre 1860 et 1870, Dmitri va marquer la science de St Petersburg. Il gagne en 1861 le prix Demidov pour ses travaux sur la capillarité des liquides, il devient professeur en 1864 dans deux Universités de la ville et devient docteur en science en 1865 pour sa thèse sur les combinaisons de l’eau et l’alcool.

L’influence de Dmitri Mendeleiev est telle qu’au début des années 70, St Petersburg devient un centre majeur de la recherche en chimie. Et c’est là, en seulement une dizaine d’années, que Dmitri va créer son chef-d’œuvre : le fameux tableau périodique des éléments.

Les prémices du tableau périodique

Dans l’Antiquité et le Moyen-Âge, les philosophes et les alchimistes avaient découvert une quinzaine d’éléments.

Puis, en 1789, Antoine et Marie-Anne Lavoisier arrivent, et proposent leur traité élémentaire de chimie. Ce livre, considéré comme la bible de la chimie, répertorie toutes ces substances, le carbone, le soufre, le fer, le cuivre, l’argent, l’étain, l’or, le mercure, le plomb, le zinc, l’arsenic, l’antimoine et le bismuth et en ajoute quelques autres, comme l’oxygène, l’azote, l’hydrogène ou le phosphore. Ces « substances simples » comme elles étaient appelées par les Lavoisier, étaient classées en deux catégories, les métaux d’un côté et les non métaux de l’autre. Et puis, arriva Dalton. John Dalton est un chimiste anglais qui étudie les atomes. Ses recherches l’amenèrent à proposer dans sa théorie atomiste que le plus léger des éléments, l’hydrogène, a une masse de 1. Et la masse de tous les autres éléments sera mesurée en comparaison à cette masse. Par exemple, si le carbone pèse 12 fois la masse de l’hydrogène, il aura une masse de 12. Les scientifiques s’amusent donc à calculer la masse de chacun des éléments connus, un classement massique commence donc à apparaître.

Au début des années 1830, le chimiste Johann Wolfgang Dobereiner se rend compte que certains éléments ayant les mêmes propriétés peuvent être liées par groupes de trois, qu’il appelle des triades. Les années qui suivent, on tente de nouveaux classements assez originaux. Jusqu’à ce que William Odling, le président de la Chemical Society, pose son veto et impose de classer les éléments par ordre alphabétique.

 

Le tableau périodique de Dmitri Mendeleiev

C’est dans ce contexte que Mendeleiev fait son apparition. Quand il s’y intéresse, plusieurs informations sont d’ores et déjà connues :

  1. On connait 63 éléments, et certaines de leurs propriétés
  2. On pose la masse de l’hydrogène à 1, et tous les autres sont mesurés par rapport à l’hydrogène

À partir de ces deux données, Mendeleiev commence par classer les éléments par ordre massique. D’abord l’hydrogène, puis le lithium, le bérylium etc… Il regroupe ensuite les éléments ayant les mêmes propriétés. Puis, il se dit que les classer en ligne ne suffira pas. Il décide alors de réorganiser son classement, et de les classer par ordre massique en colonne, et par ordre de propriétés en ligne. Il se rendit alors compte que tout s’organisait plutôt bien. Mais il ne s’est pas arrêté là, Mendeleiev a pris soin de laisser des trous dans son classement, et pour cause.

Ces trous étaient destinés à être comblés par des éléments qui n’existaient pas encore. Grâce à son tableau, il était en mesure de donner la masse approximative et les propriétés. Il pouvait prédire des éléments encore méconnus. Entre le zinc et l’arsenic, par exemple, il ne savait pas quel était le nom des éléments, mais il a pu prédire la masse des deux éléments manquants et leurs propriétés. On découvrit le gallium six ans après son tableau, et le germanium deux ans plus tard. Les deux éléments se placèrent parfaitement dans son tableau.

Il continua ensuite à faire évoluer son tableau périodique et, en 1871, le tableau périodique obtint la forme qu’on lui connaît aujourd’hui. Les éléments sont classés par ordre massique en ligne, et sont regroupés par propriétés similaires en colonnes.

Malgré un début de vie très difficile, orphelin à 16 ans, Dmitri Mendeleiev imposa sa verve et son génie au monde entier au travers de son tableau périodique. Ce monument de la science permit de découvrir de très nombreux éléments, et d’ainsi mieux comprendre la composition du monde.