le père du tableau périodique

l’envie de découvrir des modèles dans notre environnement semble être un trait humain fondamental. Il y a des milliers d’années, nos ancêtres éloignés ont construit d’énormes monuments en pierre qui étaient précisément alignés sur des points importants du cycle solaire annuel. Et au 19ème siècle, des chimistes réfléchis ont remarqué des ressemblances familiales entre les éléments et ont essayé de les intégrer dans un paradigme explicatif.,

Il y a un siècle et demi, Dmitri Mendeleïev a franchi une étape cruciale dans cette recherche de l’ordre entre les éléments, en publiant la première ébauche de son tableau périodique. En 2019, la communauté mondiale des chimistes célèbre cet anniversaire, et à juste titre. Comme Stonehenge, la table reflète des régularités dans la nature qui étaient dues à des causes qui restaient mystérieuses lors de sa construction initiale. Mais comment Mendeleev en est-il venu à construire son monument?,

premières années

Dmitri a grandi en Sibérie, à la périphérie de la civilisation occidentale. Sa maison, Tobolsk, est à 1000 km plus près de Pékin que de Paris, et son chemin de là à l’éminence scientifique était difficile., Il était le plus jeune de plus d’une douzaine de frères et sœurs Mendeleev, et peu de temps après sa naissance en 1834, une mauvaise santé a forcé son père Ivan, un professeur de lycée, à la retraite. L’insuffisance de la pension D’Ivan a poussé sa femme Maria à prendre la direction d’une verrerie semi-abandonnée, autrefois dirigée par son frère.

Cette entreprise a soutenu la famille jusqu’en 1848, quand elle a brûlé. Puis Ivan est mort et, en 1849, Maria a emmené ses deux plus jeunes enfants à Moscou, espérant que son frère aiderait Dmitri à entrer à l’Université., Lorsque ce plan a échoué, ils ont déménagé à Saint-Pétersbourg et en 1850 Dmitri a été accepté (un peu à contrecœur) par le collège où son père avait suivi une formation d’enseignant. Un conférencier – Alexander Voskresensky, qui avait étudié en Allemagne sous Justus Liebig – a encouragé L’intérêt de Dmitri pour la chimie.

Il a obtenu son diplôme en 1855, et sa thèse – sur l’isomorphisme et d’autres relations entre la forme physique et la composition chimique – a été publiée dans un journal minier. D’autres articles pour des périodiques scientifiques et techniques ont suivi, mais il n’avait pas de revenu sûr., À ce moment-là, sa mère et sa sœur étaient mortes et lui-même souffrait de ce qui semblait être la tuberculose. Cependant, un an d’enseignement dans le climat plus bénin de la Crimée a considérablement amélioré sa santé et un nouveau médecin a rejeté avec confiance le diagnostic précédent.

à l’automne 1856, Mendeleïev a soutenu avec succès une thèse de maîtrise sur les relations entre les volumes spécifiques de substances et leurs propriétés cristallographiques et chimiques. Peu de temps après, l’Université de Saint-Pétersbourg l’a autorisé comme professeur de chimie, lui permettant d’accéder à son laboratoire., En 1859, il reçoit un financement de l’État pour deux années d’études avancées à l’étranger.

établir une carrière

à L’Université de Heidelberg à Gemany, Mendeleev a fait des recherches sur plusieurs sujets, y compris la tension superficielle, la capillarité et l’évaporation, et il a conservé un intérêt pour les forces intermoléculaires tout au long de sa carrière. En 1860, il assista à la conférence de Karlsruhe, où le chimiste Italien Stanislau Cannizzaro présenta un document révolutionnaire sur les poids atomiques (maintenant appelé masses atomiques relatives)., Cela a été une étape cruciale vers le système périodique, comme auparavant, il y avait eu beaucoup de différends quant à l’attribution des poids atomiques des éléments.

certains chimistes ont affirmé que ces poids n’étaient pas pertinents, ou ont nié l’existence physique des atomes. D’autres ont préféré un système basé sur un poids atomique de huit pour l’oxygène, en supposant que la formule de l’eau était HO, plutôt que H2O. mais à Karlsruhe Cannizzarro a relancé les idées de son compatriote Amadeo Avogadro pour soutenir la formule de L’eau H2O, et un poids atomique de 16 pour l’oxygène., Au cours des années 1860, L’opinion changea en sa faveur – heureusement pour Mendeleïev, car les régularités qui l’orientaient vers le tableau périodique auraient été moins visibles sur l’ancien système.

Après son retour à Saint-Pétersbourg en 1861, Mendeleïev a repris l’enseignement à l’université, tout en donnant des conférences à l’Institut Technologique de la ville. En outre, il a publié un manuel de chimie organique et plusieurs articles pour une encyclopédie technique, ainsi que de nombreux voyages à la recherche d’opportunités d’appliquer les découvertes scientifiques au développement économique de la Russie., Une visite aux champs pétrolifères de Bakou en 1863 a commencé son engagement à long terme dans l’industrie pétrochimique émergente, par exemple.

La thèse de doctorat de Mendeleïev (sur la théorie des solutions) a été acceptée en 1865 et, en 1867, l’Université l’a nommé professeur de chimie générale. Il devait donner des conférences sur la chimie inorganique, et comme il n’y avait pas de manuel russe satisfaisant, il a commencé à en écrire un. Cela a concentré son esprit sur le défi de disposer les éléments chimiques dans un modèle ordonné., Plusieurs autres – dont Leopold Gmelin en Allemagne, Jean Baptiste Dumas en France et John Newlands en Angleterre-avaient tenté cela, avec un succès limité. Mendeleev était conscient de certains de ces efforts, mais sa propre approche était distinctive à des égards importants.

mettre ses cartes sur la table

La percée est survenue au début de 1869, alors que Mendeleïev se préparait à une autre tournée industrielle – cette fois pour étudier et améliorer les techniques de fabrication du fromage. Pendant ce temps, après avoir terminé le premier volume de son manuel, il avait du mal à établir un cadre pour le second.,Tomic poids et propriétés typiques, éléments analogues, et comme les poids atomiques sur des cartes séparées, et cela m’a rapidement convaincu que les propriétés des éléments sont en dépendance périodique de leurs poids atomiques’ ‘
D Mendeleev, Principles of Chemistry, 1905 (emphase ajoutée)

Mendeleïev a disposé ses cartes en colonnes et en rangées, comme dans un jeu de solitaire ou de patience – un passe-temps favori de ses voyages en chemin de fer., Les colonnes verticales énuméraient les éléments connus par ordre de poids atomique croissant, une nouvelle colonne étant démarrée chaque fois que cela lui permettait d’insérer des éléments ayant des caractéristiques similaires dans la même rangée horizontale.

Comme d’autres chimistes ont noté, quelques groupes d’éléments – en particulier les métaux alcalins et les halogènes – appartenait manifestement ensemble. Mais beaucoup d’autres – en particulier les éléments des terres rares (lanthanides) – présentaient des problèmes quelle que soit leur disposition. À ce stade, Mendeleïev, contrairement à la plupart de ses prédécesseurs, a refusé d’abandonner la lutte.,

Si la position d’un élément dans sa table semblait anormale, il était prêt à ajuster son poids atomique pour lui donner des compagnons plus compatibles. Par exemple, il a proposé que la formule de l’oxyde de béryllium soit BeO, plutôt que le be2o3 accepté. Cela a abaissé le poids atomique du béryllium, lui permettant de le localiser avec du magnésium plutôt qu’avec de l’aluminium.

Le 6 mars 1869, la première ébauche de son tableau est présentée à la société chimique russe (organisation qu’il avait contribué à fonder quelques mois auparavant)., Plus tard dans l’année, le journal de la société publia une version plus réfléchie, dont un bref résumé parut en traduction allemande. Il a attiré peu d’attention en dehors de la Russie, mais Mendeleev a persévéré, continuant à poser plus de cartes sur sa table.

attention aux lacunes

Le diagramme révisé de Mendeleïev publié en 1871 semble plus familier aux yeux modernes. Pour le compiler il a fait des hypothèses. Par exemple, il a abaissé le poids atomique du tellure, rendant son voisin l’iode le plus lourd des deux., Cela lui a permis de placer de l’iode avec les halogènes, et du tellure avec du soufre et du sélénium. De tels ajustements étaient sans doute dans la plage de l’erreur expérimentale à ce moment-là. Mais Mendeleev ne pouvait pas prévoir que le numéro atomique plutôt que le poids atomique deviendrait plus tard le principe d’ordre de la table, ou que l’identification des isotopes par spectrométrie de masse expliquerait éventuellement ces anomalies et d’autres.,

avec la même audace, Mendeleev a amélioré la cohérence de son tableau en éléments pour compléter le modèle qu’il envisageait. En plus de prédire leur caractère chimique, il leur a également attribué des valeurs notionnelles pour des propriétés physiques telles que la densité et le point de fusion.,

le premier – le gallium – a été identifié par spectroscopie par un chimiste français, Paul Lecoq de Boisbaudran en 1875. Lorsque suffisamment de gallium est devenu disponible pour les tests, toutes les propriétés du gallium correspondaient aux prédictions de Mendeleev – à l’exception de sa densité, qui semblait être de 4,7. Cependant, après que Mendeleev ait recommandé de nouvelles mesures, il s’est avéré être de 5,9 – pratiquement identique à son chiffre prédit.,

la découverte du scandium en 1879 et du germanium en 1885 – tous deux présentant les propriétés que Mendeleïev leur avait prédites – persuada plus de chimistes que sa table, malgré ses anomalies restantes, était trop utile pour être ignorée. Pendant ce temps, d’autres chercheurs (notamment Lothar Meyer en Allemagne) ont également mis en évidence des variations périodiques dans les propriétés physiques des éléments. Mendeleïev a déclaré plus tard: « bien que j’aie eu des doutes sur certains points obscurs, Je n’ai jamais douté une seule fois de l’universalité de cette loi, car elle ne pouvait être le résultat du hasard.,’

bien qu’il ait eu raison du principe fondamental de la périodicité, Mendeleïev n’était pas infaillible en tant que prophète. Il a prédit plusieurs autres éléments qui n’ont jamais été trouvés. Et il a soutenu jusqu’à la fin de sa vie que l’éther – un composant essentiel mais indétectable dans les théories alors acceptées de la lumière et de l’électromagnétisme – était vraiment un élément chimique, même s’il n’avait pas réussi à l’isoler en laboratoire. Il a suggéré qu’il pourrait être le plus léger des gaz nobles, avec un poids atomique de 0,17.,

les années suivantes

dans sa vie privée, Mendeleïev était d’un air de défi. Il ne se faisait couper les cheveux et la barbe qu’une fois par an, refusant de varier cette coutume même pour un public avec le tsar. De plus, ses arrangements domestiques étaient quelque peu irréguliers. En 1862, il épousa Feosva Lescheva, ayant été dirigé dans sa direction par une sœur aînée bien intentionnée qui pensait qu’il était temps qu’il s’installe. Le couple a eu deux enfants, mais après une période de mécontentement mutuel croissant, ils ont accepté de se séparer, occupant alternativement la maison de ville de Dmitri et sa retraite de campagne.,

Plusieurs années plus tard, Dmitri est tombé amoureux D’Anna Popov, une étudiante en art de 17 ans. Lorsque les parents D’Anna l’ont envoyée poursuivre ses études à Rome, Dmitri l’a suivie et, en 1881, l’homme de 47 ans a proposé son mariage. Anna a accepté, mais même après le divorce de Dmitri et Feosva, un autre obstacle est resté. L’Église orthodoxe russe a reconnu les divorces civils, mais a exigé un intervalle de sept ans avant un mariage ultérieur., Néanmoins, en 1882, Dmitri a trouvé un prêtre prêt (moyennant des frais substantiels) à effectuer la cérémonie prématurément, et malgré leur situation ambiguë – et techniquement bigame–, le couple a vécu heureux ensemble et a élevé quatre enfants.

en politique, Mendeleïev était aussi un franc – tireur-un libéral au franc-parler qui démissionna de son poste de professeur en 1890 pour se dissocier de la répression sévère des manifestations étudiantes par le gouvernement. Ce geste fut applaudi par ses étudiants mais provoqua l’hostilité des milieux officiels., Néanmoins, Sergius Witte, ministre des finances de la Russie à partir de 1892, a apprécié la valeur des contributions de Mendeleïev et, en 1893, l’a nommé chef du bureau des poids et mesures du gouvernement. À partir de cette base, il a continué à appliquer les connaissances scientifiques pour aider le développement économique de la Russie.

en 1905, la Royal Society de Londres a honoré Mendeleïev de sa médaille Copley, ayant déjà reçu sa Médaille Davy en 1882., En 1906, il a été nommé pour le prix Nobel, mais bien que le Comité de chimie ait soutenu sa candidature, le Comité des prix a jugé que sa découverte n’était pas assez récente pour le qualifier. La décision a probablement été influencée par le physicien Suédois Svante Arrhenius, qui avait affronté Mendeleev dans le passé.

près d’un demi-siècle après sa mort en 1907, Mendeleïev rejoint un club encore plus exclusif. En 1955, des physiciens du campus de Berkeley de L’Université de Californie ont bombardé l’élément 99 (einsteinium) avec des particules alpha pour produire des traces de l’élément 101., Officiellement confirmé comme « mendelevium », ce nouvel élément a intégré son nom dans l’icône qu’il avait créée. À ce moment-là, la disposition de la table devenait explicable en termes de structures subatomiques et d’échanges d’énergie quantique, à un niveau de détail que Mendeleev n’aurait jamais pu prévoir. Toutefois, cela ne diminue en rien la stature de sa réalisation.

d’autres avant lui avaient suggéré que la liste des éléments connus pourrait être organisée selon un modèle significatif. Ils ont noté des correspondances significatives, mais n’ont trouvé aucune image définitive., Mendeleev, cependant, était convaincu que les éléments chimiques devaient être considérés comme une entité collective. Armé de cette conviction, il a donné de la cohérence à son tableau en révisant hardiment les positions de certains éléments connus, et en laissant des lacunes pour d’autres encore inconnues. Bien que certaines de ses prédictions étaient fausses, il a marqué assez de coups pour établir son tableau comme base de notre compréhension des éléments, et de confirmer son statut comme l’un des fondateurs de la chimie moderne.,

Mike Sutton est un historien des sciences basé à Newcastle, Royaume-Uni

pour en savoir plus

W H Brock, the Fontana History of Chemistry, Fontana Press, 1993
M Fontani, M Costa et M V Orna, The Lost Elements: The Periodic Table’s Shadow Side, Oxford University Press, 2015
E R Scerri, the Periodic Table: its Story and its Significance, Oxford University Press, 2006