À la fin du XIXe siècle, le chimiste russe Dmitri Mendeleev a publié sa première tentative de regroupement des éléments chimiques en fonction de leur poids atomique. Il n'y avait qu'une soixantaine d'éléments connus à l'époque, mais Mendeleev s'est rendu compte que lorsque les éléments étaient organisés en fonction du poids, certains types d'éléments se produisaient à intervalles ou périodes réguliers.
Aujourd'hui, 150 ans plus tard, les chimistes reconnaissent officiellement 118 éléments (après l'ajout de quatre nouveaux arrivants en 2016) et utilisent toujours le tableau périodique des éléments de Mendeleev pour les organiser. Le tableau commence par l'atome le plus simple, l'hydrogène, puis organise le reste des éléments par numéro atomique, qui est le nombre de protons que chacun contient. À quelques exceptions près, l'ordre des éléments correspond à la masse croissante de chaque atome.
Le tableau comporte sept lignes et 18 colonnes. Chaque ligne représente une période; le numéro de période d'un élément indique combien de ses niveaux d'énergie abritent des électrons. Le sodium, par exemple, se trouve dans la troisième période, ce qui signifie qu'un atome de sodium a généralement des électrons dans les trois premiers niveaux d'énergie. En descendant dans le tableau, les périodes sont plus longues car il faut plus d'électrons pour remplir les niveaux externes plus grands et plus complexes.
Les colonnes du tableau représentent des groupes ou familles d'éléments. Les éléments d'un groupe se ressemblent souvent et se comportent de la même manière, car ils ont le même nombre d'électrons dans leur enveloppe la plus externe - le visage qu'ils montrent au monde. Les éléments du groupe 18, à l'extrême droite du tableau, par exemple, ont des enveloppes extérieures complètement pleines et participent rarement aux réactions chimiques.
Les éléments sont généralement classés en tant que métal ou non métallique, mais la ligne de démarcation entre les deux est floue. Les éléments métalliques sont généralement de bons conducteurs d'électricité et de chaleur. Les sous-groupes au sein des métaux sont basés sur les caractéristiques et les propriétés chimiques similaires de ces collections. Notre description du tableau périodique utilise des groupements d'éléments communément acceptés, selon le Los Alamos National Laboratory.
Métaux alcalins: Les métaux alcalins constituent l'essentiel du groupe 1, première colonne du tableau. Brillants et suffisamment mous pour être coupés au couteau, ces métaux commencent par le lithium (Li) et se terminent par le francium (Fr). Ils sont également extrêmement réactifs et éclateront en flamme ou même exploseront au contact de l'eau, donc les chimistes les stockent dans des huiles ou des gaz inertes. L'hydrogène, avec son seul électron, vit également dans le groupe 1, mais le gaz est considéré comme un non-métal.
Métaux alcalino-terreux: Les métaux alcalino-terreux constituent le groupe 2 du tableau périodique, du béryllium (Be) au radium (Ra). Chacun de ces éléments possède deux électrons dans son niveau d'énergie le plus externe, ce qui rend les alcalino-terreux suffisamment réactifs pour qu'ils soient rarement trouvés seuls dans la nature. Mais ils ne sont pas aussi réactifs que les métaux alcalins. Leurs réactions chimiques se produisent généralement plus lentement et produisent moins de chaleur que les métaux alcalins.
Lanthanides: Le troisième groupe est beaucoup trop long pour tenir dans la troisième colonne, il est donc éclaté et retourné sur le côté pour devenir la rangée supérieure de l'île qui flotte au bas de la table. Il s'agit des lanthanides, éléments 57 à 71 - du lanthane (La) au lutétium (Lu). Les éléments de ce groupe ont une couleur blanc argenté et ternissent au contact de l'air.
Actinides: Les actinides bordent la rangée inférieure de l'île et comprennent les éléments 89, actinium (Ac), à 103, lawrencium (Lr). De ces éléments, seuls le thorium (Th) et l'uranium (U) se trouvent naturellement sur Terre en quantités substantielles. Tous sont radioactifs. Les actinides et les lanthanides forment ensemble un groupe appelé métaux de transition internes.
Métaux de transition: Pour en revenir au corps principal du tableau, les autres groupes 3 à 12 représentent le reste des métaux de transition. Dur mais malléable, brillant et possédant une bonne conductivité, ces éléments sont ce à quoi vous pensez généralement lorsque vous entendez le mot métal. Beaucoup des plus grands succès du monde du métal - y compris l'or, l'argent, le fer et le platine - vivent ici.
Métaux post-transition: Avant le saut dans le monde non métallique, les caractéristiques partagées ne sont pas clairement divisées le long des lignes de groupe verticales. Les métaux post-transition sont l'aluminium (Al), le gallium (Ga), l'indium (In), le thallium (Tl), l'étain (Sn), le plomb (Pb) et le bismuth (Bi), et ils s'étendent du groupe 13 au groupe 17. Ces éléments ont certaines des caractéristiques classiques des métaux de transition, mais ils ont tendance à être plus mous et à conduire moins bien que les autres métaux de transition. De nombreux tableaux périodiques comporteront une ligne en «escalier» en gras sous la diagonale reliant le bore à l'astatine. Les métaux post-transition se regroupent en bas à gauche de cette ligne.
Métalloïdes: Les métalloïdes sont le bore (B), le silicium (Si), le germanium (Ge), l'arsenic (As), l'antimoine (Sb), le tellure (Te) et le polonium (Po). Ils forment l'escalier qui représente la transition progressive des métaux aux non-métaux. Ces éléments se comportent parfois comme des semi-conducteurs (B, Si, Ge) plutôt que comme des conducteurs. Les métalloïdes sont également appelés «demi-métaux» ou «métaux pauvres».
Non métalliques: Tout le reste en haut à droite de l'escalier - plus l'hydrogène (H), échoué dans le groupe 1 - est non métallique. Il s'agit notamment du carbone (C), de l'azote (N), du phosphore (P), de l'oxygène (O), du soufre (S) et du sélénium (Se).
Halogènes: Les quatre premiers éléments du groupe 17, du fluor (F) à l'astatine (At), représentent l'un des deux sous-ensembles des non-métaux. Les halogènes sont assez réactifs chimiquement et ont tendance à s'associer aux métaux alcalins pour produire divers types de sel. Le sel de table dans votre cuisine, par exemple, est un mariage entre le sodium alcalin et le chlore halogène.
Gaz nobles: Incolores, inodores et presque totalement non réactifs, les gaz inertes ou nobles complètent le tableau du groupe 18. De nombreux chimistes s'attendent à ce que l'oganesson, l'un des quatre éléments nouvellement nommés, partage ces caractéristiques; cependant, cet élément ayant une demi-vie mesurant en millisecondes, personne n'a pu le tester directement. Oganesson termine la septième période du tableau périodique, donc si quelqu'un parvient à synthétiser l'élément 119 (et la course pour le faire est déjà en cours), il bouclera pour commencer la ligne huit de la colonne des métaux alcalins.
En raison de la nature cyclique créée par la périodicité qui donne son nom à la table, certains chimistes préfèrent visualiser la table de Mendeleïev comme un cercle.
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