Sciences · Chimie
Le tableau périodique des éléments
Le tableau périodique, ou tableau de Mendeleïev, classe les 118 éléments chimiques connus par numéro atomique croissant, en 7 lignes (périodes) et 18 colonnes (groupes) d’éléments aux propriétés semblables.
Mis à jour le 6 min de lecture
Le tableau périodique est l’outil central de la chimie. En une page, il rassemble tous les éléments connus et révèle une régularité profonde de la nature : leurs propriétés se répètent périodiquement quand on les range par nombre de protons. Cette périodicité s’explique par la répartition des électrons autour du noyau de l'atome. Savoir lire le tableau permet de prévoir la réactivité d’un élément, les ions qu’il forme et les liaisons qu’il établit.
Comment lire une case du tableau
Chaque case contient au minimum :
- le numéro atomique Z (nombre de protons), qui fixe la place de l’élément ;
- le symbole chimique : une ou deux lettres, la première en majuscule (C, Ca, Cl). Il vient souvent du nom latin : Na (natrium, sodium), K (kalium, potassium), Fe (ferrum, fer), Au (aurum, or), Pb (plumbum, plomb), Hg (hydrargyrum, mercure) ;
- le nom ;
- la masse atomique moyenne (en unités de masse atomique ou en g/mol), qui tient compte des isotopes naturels.
L’organisation : périodes et groupes
Les 7 périodes (lignes)
Le numéro de la période correspond au nombre de couches électroniques occupées. La 1re période ne contient que 2 éléments (hydrogène, hélium), les 2e et 3e en contiennent 8, les 4e et 5e 18, les 6e et 7e 32. Pour garder un tableau compact, les lanthanides (Z = 57 à 71) et les actinides (Z = 89 à 103) sont placés en deux lignes sous le tableau principal.
Les 18 groupes (colonnes)
Les éléments d’une même colonne ont le même nombre d’électrons de valence, donc des propriétés chimiques semblables. C’est tout l’intérêt du classement.
| Groupe | Famille | Éléments | Propriétés |
|---|---|---|---|
| 1 | Métaux alcalins | Li, Na, K, Rb, Cs, Fr | Très réactifs, réagissent violemment avec l’eau, forment des ions +1 |
| 2 | Métaux alcalino-terreux | Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra | Réactifs, forment des ions +2 |
| 3 à 12 | Métaux de transition | Fe, Cu, Zn, Ag, Au, Pt, Ti… | Bons conducteurs, souvent colorés en solution, plusieurs ions possibles |
| 14 | Famille du carbone | C, Si, Ge, Sn, Pb | 4 électrons de valence |
| 15 | Famille de l’azote | N, P, As, Sb, Bi | |
| 16 | Chalcogènes | O, S, Se, Te, Po | Forment des ions −2 |
| 17 | Halogènes | F, Cl, Br, I, At | Très réactifs, forment des ions −1 et des sels avec les métaux |
| 18 | Gaz nobles | He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn | Couche externe complète, quasi inertes |
L’hydrogène, placé en haut du groupe 1, n’est pas un métal alcalin : c’est un gaz aux propriétés uniques.
Métaux, non-métaux et métalloïdes
Une ligne en escalier, du bore (B) à l’astate (At), sépare grossièrement :
- les métaux, à gauche et au centre (environ les trois quarts des éléments) : brillants, conducteurs, malléables, ils perdent facilement des électrons ;
- les non-métaux, en haut à droite (hydrogène, carbone, azote, oxygène, soufre, halogènes, gaz nobles) : souvent gazeux ou cassants, ils gagnent ou partagent des électrons ;
- les métalloïdes le long de la ligne (bore, silicium, germanium, arsenic, antimoine, tellure) : propriétés intermédiaires, comme les semi-conducteurs.
À température ambiante, deux éléments seulement sont liquides : le mercure et le brome ; onze sont gazeux (hydrogène, azote, oxygène, fluor, chlore et les six gaz nobles).
Les tendances périodiques
| Propriété | De gauche à droite (période) | De haut en bas (groupe) |
|---|---|---|
| Rayon atomique | Diminue | Augmente |
| Électronégativité (attraction des électrons) | Augmente | Diminue |
| Énergie d’ionisation | Augmente | Diminue |
| Caractère métallique | Diminue | Augmente |
Le fluor est l’élément le plus électronégatif (3,98 sur l’échelle de Pauling) ; le césium et le francium sont parmi les moins électronégatifs. Ces tendances expliquent qu’un alcalin (Na) et un halogène (Cl) forment facilement un composé ionique, le chlorure de sodium.
Les éléments essentiels à connaître
| Z | Symbole | Nom | À retenir |
|---|---|---|---|
| 1 | H | Hydrogène | Élément le plus abondant de l’Univers (≈ 74 % de la masse de matière ordinaire) |
| 2 | He | Hélium | Deuxième élément de l’Univers ; découvert dans le spectre du Soleil (1868) |
| 6 | C | Carbone | Base de la chimie organique et du vivant |
| 7 | N | Azote | 78 % de l’air en volume |
| 8 | O | Oxygène | 21 % de l’air ; élément le plus abondant de la croûte terrestre (≈ 46 % en masse) |
| 11 | Na | Sodium | Sel de cuisine (NaCl) |
| 14 | Si | Silicium | Sable, verre, puces électroniques |
| 17 | Cl | Chlore | Désinfection de l’eau |
| 20 | Ca | Calcium | Os, coquilles, calcaire |
| 26 | Fe | Fer | Métal le plus utilisé ; cœur de la Terre ; hémoglobine |
| 29 | Cu | Cuivre | Fils électriques |
| 47 | Ag | Argent | Meilleur conducteur électrique |
| 79 | Au | Or | Inoxydable, très ductile |
| 80 | Hg | Mercure | Seul métal liquide à température ambiante |
| 92 | U | Uranium | Élément naturel le plus lourd présent en quantité notable ; combustible nucléaire |
| 118 | Og | Oganesson | Élément le plus lourd connu (synthétisé en 2002) |
Le corps humain est composé, en masse, d’environ 65 % d’oxygène, 18 % de carbone, 10 % d’hydrogène et 3 % d’azote.
Histoire du tableau périodique
| Date | Étape |
|---|---|
| 1789 | Lavoisier publie une liste de 33 « substances simples » |
| 1829 | Döbereiner remarque des « triades » d’éléments semblables (Cl, Br, I) |
| 1862-1864 | Béguyer de Chancourtois (vis tellurique) et Newlands (loi des octaves) proposent des classements périodiques |
| 1869 | Dmitri Mendeleïev publie son tableau de 63 éléments, classés par masse atomique et propriétés |
| 1875-1886 | Découverte du gallium, du scandium et du germanium, prévus par Mendeleïev |
| 1894-1898 | Découverte des gaz nobles (Ramsay, Rayleigh), ajoutés en une nouvelle colonne |
| 1913 | Henry Moseley montre que le classement correct se fait par numéro atomique |
| 1940 | Premiers éléments transuraniens synthétisés (neptunium, plutonium) |
| 2016 | Nommage des éléments 113, 115, 117 et 118 ; la 7e période est complète |
Le génie de Mendeleïev a été de laisser des cases vides pour des éléments inconnus et de prédire leurs propriétés. Quand le gallium (découvert en 1875 par le Français Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran) a révélé des caractéristiques proches de son « éka-aluminium », le tableau s’est imposé. C’est un bel exemple de prédiction confirmée, au cœur de la méthode scientifique.
Éléments naturels et synthétiques
Sur les 118 éléments, environ 90 existent naturellement sur Terre (jusqu’à l’uranium, Z = 92, avec quelques traces au-delà). Le technétium (Z = 43) et le prométhium (Z = 61) n’ont aucun isotope stable. Tous les éléments au-delà du bismuth (Z = 83) sont radioactifs (voir la radioactivité). Les éléments les plus lourds, créés en laboratoire par collisions de noyaux, ne vivent souvent que quelques millisecondes.
Questions fréquentes
Combien y a-t-il d’éléments dans le tableau périodique ?
118 éléments, de l’hydrogène (Z = 1) à l’oganesson (Z = 118). Tous ont été officiellement nommés en 2016 par l’Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA).
Qui a inventé le tableau périodique ?
Le chimiste russe Dmitri Mendeleïev, en 1869. D’autres avaient entrevu la périodicité, mais il a été le premier à en tirer des prédictions vérifiées. L’allemand Lothar Meyer a proposé indépendamment un classement proche.
Pourquoi les éléments d’une même colonne se ressemblent-ils ?
Parce qu’ils ont le même nombre d’électrons sur leur couche externe (électrons de valence). Ce sont ces électrons qui participent aux réactions chimiques.
Pourquoi les gaz nobles ne réagissent-ils presque pas ?
Leur couche électronique externe est complète, une configuration très stable. Ils n’ont donc pas tendance à gagner, perdre ou partager des électrons. Quelques composés du xénon et du krypton existent toutefois, obtenus dans des conditions particulières depuis 1962.
Quel est l’élément le plus lourd ?
L’oganesson (Og, Z = 118) est le plus lourd connu. Parmi les éléments naturels présents en quantité notable, c’est l’uranium (Z = 92).