La genèse d'un tableau de maître

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Dans les laboratoires de chimie du monde entier, un même tableau est fixé au mur : celui de la classification périodique des éléments. Nommé « tableau de Mendeleïev », il comporte aujourd’hui 117 éléments dont 25, non observés dans la nature, ont été fabriqués en laboratoire.

Au début de notre ère, seulement dix éléments étaient identifiés : l’or, l’argent, le soufre, le cuivre, le fer, le mercure, le plomb, l’étain, le carbone et l’antimoine. L’arsenic et le phosphore sont ajoutés à la liste respectivement au XIIIe et au XVe siècle. Le mouvement s’accélère au XVIIIe siècle. Vers 1850, on compte une soixantaine d’éléments et il apparaît que certains d’entre eux partagent des propriétés telles que la façon de s’associer à l’oxygène.

Deux courants de pensée

La structure électronique des atomes n’étant pas encore connue, un rangement des éléments par « poids atomiques » croissants s’impose aux chimistes. Deux courants de pensée s’affrontent cependant : les atomistes, alors minoritaires, pensent que les corps sont constitués d’atomes aux propriétés irréductibles ; pour les équivalentistes, qui rejettent le concept d’atome, les éléments sont des substances dont les diverses proportions déterminent les propriétés des corps. Dans le camp des atomistes, Dmitri Mendeleïev, professeur de chimie à Saint- Pétersbourg, est convaincu que « les propriétés des corps simples sont une fonction périodique de la grandeur du poids atomique », un avis étayé par les observations de ses confrères Alexandre de Chancourtois et John Newlands.

Un tableau avec des cases vides

Mendeleïev entreprend en 1869 de répartir dans un tableau les 63 éléments connus, non pas en fonction de leurs poids atomiques, mais selon des familles de propriétés chimiques et physiques disposées d’abord en lignes puis en colonnes. Il n’hésite pas à laisser des cases vides pour des éléments hypothétiques. Ainsi dans la famille du bore (B, poids atomique 11), il place l’aluminium (Al, 27) et laisse une place vacante avant l’indium (In, 116). Il indique les propriétés de l’élément inconnu et estime son poids atomique à 68. De même, dans la famille du carbone, il laisse une case vide à laquelle il attribue le nombre 70. Il va même jusqu’à permuter les positions de l’iode (I, 127) et du tellure (Te, 128) pour satisfaire la périodicité des propriétés. Cette inversion sera justifiée un demi-siècle plus tard : c’est le numéro atomique (nombre d’électrons) et non la masse des atomes qui régit leurs liaisons et conditionne ainsi fortement leurs propriétés.

Les cases vides se remplissent

En 1875, on découvre le gallium (Ga, 69) ; onze ans plus tard, c’est au tour du germanium (Ge, 70). Il s’agit des deux chaînons manquants des familles du bore et du carbone. Mendeleïev savoure son triomphe, mais brièvement car le Britannique William Ramsay découvre l’hélium et l’argon en 1895 ; or il n’y a pas de place prévue pour eux ! Il comprend alors qu’il faut ajouter une colonne à son tableau, celle des gaz rares qu’intégreront peu après le néon et le krypton. Initialement classificateur, le tableau de Mendeleïev a eu aussi un rôle prédictif. Il constitue un exemple d’avancée scientifique due à l’intuition d’un homme et à sa persévérance dans la quête d’une loi générale qui nécessitait de s’émanciper de théories alors dominantes.