Дмитрий Иванович Менделеев, 1834-1907

Le petit père de la classification périodique des éléments était, comme M. V. Lomonossov un siècle plus tôt, un touche à tout de génie et visionnaire. N’a-t-il pas écrit en 1882 à Alexandre III, Tsar de toutes les Russies : « Ce matériau est trop précieux pour être brûlé ; quand nous brûlons du pétrole, nous brûlons de l’argent ; il faut l’utiliser comme matière première de la synthèse chimique » ?

Fils de la directrice d’une verrerie, Dmitri Ivanovitch Mendeleïev, né à Toboslk (Sibérie), acquiert ses premières connaissances scientifiques des maîtres verriers. En 1854, à vingt ans, il se fait connaître par un remarquable mémoire en chimie alors qu’il est toujours étudiant à l’université de Saint-Pétersbourg. L’année suivante, il sort premier de l’Institut pédagogique et passe sa thèse. Nommé professeur à Simféropol puis à Odessa, il devient chargé de cours à l’université de Saint-Pétersbourg à l’âge de vingt-trois ans. Après un séjour en 1860 à l’université de Heidelberg où il travailla avec Robert Bunsen et Gustav Kirchoff, il revient à son alma mater et obtient en 1864 le poste de professeur de technologie chimique puis la chaire de chimie minérale en 1867. L’année suivante, il entame la rédaction des Principes de la chimie (OCHOBы Химии). Ce livre décrivant toutes les disciplines chimiques, mais aussi les technologies mises en œuvre dans ses applications, deviendra un ouvrage de référence traduit dans de nombreuses langues.

Les travaux de Mendeleïev ont porté sur les solutions aqueuses (sa thèse), la compressibilité des gaz, la dilatation thermique des liquides et la nature du pétrole, précisant que « Le fait capital à noter est que le pétrole est né dans les profondeurs de la terre, et c’est là seulement que nous devons rechercher son origine ». Mendeleïev consacra également beaucoup de temps et effectua des travaux importants pour la détermination de la nature des solutions. En 1861, il anticipa l’idée de Thomas Andrews de température critique en définissant la température d’ébullition absolue d’un composé comme la température à laquelle l’énergie de cohésion du liquide et la chaleur de vaporisation deviennent nulles et le liquide se change en vapeur indépendamment de la pression et du volume.

C’est dans la première édition des Principes de la chimie que l’on trouve le célèbre tableau périodique qui fit sa reconnaissance universelle. Une reproduction tirée de l’édition de 1906 est présentée ici.

La classification des éléments chimiques préoccupait de nombreux savants depuis la fin du XVIIIe siècle. En 1789, Antoine-Laurent Lavoisier présente déjà dans son Traité élémentaire de chimie, présenté dans un ordre nouveau et d’après les découvertes modernes un tableau récapitulatif des « substances » considérées à son époque comme des éléments chimiques.

La détermination des masses atomiques fut déterminante pour le classement des éléments. En 1817, le chimiste allemand Johann Wolfgang Döbereiner nota que la masse atomique du strontium (88) était égale à la moyenne arithmétique des masses atomiques du calcium (40) et du baryum (137) et introduisit la notion de triade (Li, Na ; K ; Cl, Br, I, etc.), étendue en 1843 par Leopold Gmelin à des tétrades et une pentade (N, P, As, Sb, Bi). En 1859, Jean-Baptiste Dumas généralisa les triades de Döbereiner en les étendant en tétrades incluant les éléments les plus légers, définies non plus par les moyennes arithmétiques, mais par une progression similaire d’une tétrade à l’autre, par exemple : F = 19, Cl = 35,5 (19+16,5), Br = 80 (35,5+44,5), I = 127 (80+47) et Mg = 24 Ca = 40 (24+16), Sr = 88 (40+48), Ba = 137 (88+49), soit un incrément d’environ 16 entre les deux premiers éléments d’une tétrade, puis un incrément d’environ 48 entre les éléments suivants.

La vis tellurique développée en 1862 par Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois, qui normalisa la masse atomique de tous les éléments en prenant celle de l’oxygène égale à 16, range les éléments en spirale sur un cylindre divisé en seize parties, de telle sorte que les éléments aux propriétés similaires apparaissent l’un au-dessus de l’autre. C’était la première ébauche de classification périodique des éléments… Le chimiste anglais John Alexander Reina Newlands publia en 1863 une classification périodique où les éléments alors connus sont classés par masse atomique croissante dans un tableau à sept lignes en les plaçant de telle sorte que leurs propriétés chimiques soient similaires par lignes, sans hésiter à placer deux éléments dans une même case si nécessaire pour éviter de laisser des cases vides par ailleurs, le tout constituant des « octaves ». Enfin le chimiste allemand Lothar Meyer publia en 1864 et 1870 deux versions d’un classification où les éléments étaient rassemblés en familles définies par leur valence : c’était un grand pas en direction de la forme moderne du tableau périodique, organisé en groupes dépendant de la configuration électronique des éléments, elle-même directement en relation avec leur valence.

A la différence de ses prédécesseurs, Mendeleïev formule explicitement en quoi son tableau constitue un outil d’analyse théorique des propriétés de la matière : les éléments chimiques, lorsqu’ils sont ordonnés par masse atomique croissante, montrent une périodicité de leurs propriétés chimiques.

Ainsi,

    • les éléments qui ont des propriétés chimiques semblables ont soit des masses atomiques semblables (osmium, iridium, platine par exemple), soit des masses atomiques croissantes de façon arithmétique (potassium, rubidium, césium par exemple),
    • la disposition des éléments ou des groupes d’éléments dans la table par masse atomique croissante correspond à leur valence et est en rapport, dans une certaine mesure, avec leurs propriétés chimiques,
    • les éléments les plus abondants dans le milieu naturel sont ceux qui ont la plus faible masse atomique.
    • la valeur de la masse atomique détermine les propriétés des éléments chimiques.
    • la masse atomique de certains éléments devrait parfois être revue, car le tableau est plus cohérent en réarrangeant certains éléments, comme le tellure, sans tenir compte de leur masse atomique expérimentale.
    • on doit s’attendre à découvrir des éléments inconnus au moment de la publication de ce tableau, par exemple des éléments analogues à l’aluminium et au silicium, avec une masse atomique comprise entre 65 et 75.
    • il est possible de prédire certaines propriétés des éléments à partir de leur masse atomique.

Le génie de Mendeleïev est d’avoir aussi laissé des cases libres dans son tableau (présenté en introduction) pour y placer des éléments qui n’étaient pas encore découverts à l’époque (les « eka- » un en sanscrit), mais dont il prédit les propriétés. Les découvertes du gallium (eka-aluminium, 1875), du germanium (eka-silicium, 1886) et du scandium (eka-scandium, 1879) convaincront les sceptiques dont Bunsen. Il faut noter qu’il faudra attendre 1947 pour que l’eka-manganèse, le technétium, soit séparé des produits de fission nucléaire de l’uranium.

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-Pétersbourg en 1890. Il devient alors conseiller scientifique des services militaires russes et trois ans plus tard, il est nommé directeur du Bureau des poids et mesures de Saint-Pétersbourg. Toutefois, ses démêlés sentimentaux expliquent certainement pourquoi il n’a pas été admis à l’Académie des sciences russes. Par contre, il est élu en 1905 à l’Académie royale des sciences suédoise. Le Comité Nobel pour la chimie le proposa pour le Prix Nobel de chimie 2006, mais lors de la réunion plénière de l’Académie, Peter Klason proposa la candidature d’Henri Moissan qui fut finalement acceptée. C’est un cher collègue de Mendeleïev, Svante Arrhenius, qui argua la trop grande ancienneté du tableau périodique pour être reconnue près de quarante ans après…

En 1907, la même année qu’Henri Moissan, Dmitri Ivanovitch Mendeleïev meurt à l’âge de 72 ans. L’élément 101 a été baptisé mendélévium (Md) en son honneur et son nom a été attribué à un cratère de la Lune.

Sources :

Déjà membre de la SCF ?

J'adhère