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Mireille DEFRANCESCHI : Agrégée de chimie - Docteur d'état en sciences physiques
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Considérant que les propriétés des éléments chimiques ne sont pas le fruit du hasard et qu'elles varient de façon périodique en fonction de la masse atomique des éléments représentés, Dmitri Ivanovitch Mendeleïev (1834-1907) décrivit entre 1869 et 1871 un tableau comportant huit colonnes, dans lesquelles étaient rassemblés des éléments possédant des propriétés voisines classés par ordre de masse atomique croissante de haut en bas et dix neuf lignes dans lesquelles les éléments étaient répartis par masse atomique croissante de gauche à droite. La disposition faisait que, dans une même colonne, ne figuraient que des éléments de propriétés chimiques voisines.
Cette classification périodique est différente de celle utilisée aujourd'hui mais similaire dans son principe : elle propose une classification systématique des éléments chimiques étroitement liée à la périodicité de leurs propriétés chimiques.
Le tableau périodique a connu de nombreux réajustements depuis la fin du XIXe siècle, il s'est enrichi d'éléments naturels inconnus à l'époque de Mendeleïev – mais que Mendeleïev avait prévus en laissant des cases vides dans son tableau –, d'éléments artificiels jusqu'à prendre la forme que nous lui connaissons aujourd'hui. C'est un classement universel, qui s'est enrichi de données physiques et auquel peuvent être rapportés tous les types de comportements physique et chimique des éléments. Actuellement, sa forme standard comporte 118 éléments, allant de 1H à 118Uuo.
Dans le tableau des éléments sont fournies diverses grandeurs physiques et chimiques, qui sont caractéristiques de l'élément. Ces grandeurs sont des valeurs de référence, c'est-à-dire qu'elles ont été normalisées par différentes organisations, comme l'Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée (UICPA), aussi désignée par son nom anglais IUPAC, et le National Bureau of Standards (NBS) ou encore le Committee on Data for Science and Technology (CODATA). Ces grandeurs sont détaillées dans la suite.
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- Version archivée 1 de mai 2006 par Bernard VALEUR
- Version courante de mai 2013 par Mireille DEFRANCESCHI
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Grandeurs définissant les atomes et les éléments1. Atomes, éléments et isotopes
Un atome est la plus petite partie constitutive des composés chimiques, pouvant se combiner chimiquement avec d'autres. Cette notion d'atome, connue depuis l'Antiquité, est la base des sciences de la matière modernes et principalement de la chimie. Bien qu'en chimie, l'atome soit considéré comme l'entité insécable de base, dans d'autres domaines, il n'est plus toujours considéré comme tel, depuis les expériences de physique nucléaire ayant mis en évidence sa structure au début du XXe siècle. Un atome est constitué d'un noyau concentrant plus de 99,9 % de sa masse, autour duquel se distribuent des électrons pour former un nuage 40 000 fois plus étendu que le noyau lui-même. Le noyau est constitué de protons, chargés positivement, et de neutrons, électriquement neutres. Les électrons sont en interaction avec le noyau, tandis que les nucléons sont maintenus ensemble au sein du noyau par l'interaction nucléaire forte. Le nuage électronique est distribué sur des niveaux d'énergie quantifiés autour du noyau définissant des couches et des sous-couches électroniques.
Plusieurs atomes peuvent établir des liaisons chimiques entre eux grâce à leurs électrons et, d'une manière générale, les propriétés chimiques des atomes sont déterminées par leur configuration électronique, laquelle découle du nombre de protons de leur noyau. Ce nombre est appelé numéro atomique, il est noté Z.
On appelle élément chimique, ou simplement élément, un atome ou un ensemble d'atomes et les ions monoatomiques dont les noyaux ont le même nombre de protons. Les atomes étant électriquement neutres, ils comptent autant d'électrons, chargés négativement, que de protons, chargés positivement, de sorte que le numéro atomique représente également le nombre d'électrons des atomes d'un élément donné. Ce nombre Z est appelé le numéro atomique de l'élément. Les propriétés chimiques sont déterminées par la configuration électronique de l'atome, elles dépendent directement du numéro atomique.
Au total, 118 éléments chimiques ont été observés à ce jour, de numéro atomique allant de 1 à 118. Un élément chimique ne peut pas se transformer en un autre élément par une réaction chimique, comme formulé pour la première fois par Lavoisier en 1789.
Deux atomes dont le noyau contient...
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