je viens de rentrer chez moi après avoir été interviewé pour une nouvelle émission de télévision publique sur le mystère de la matière et la recherche des éléments. Il était très gratifiant de voir à quel point les cinéastes étaient désireux de comprendre précisément comment Mendeleïev est arrivé à son célèbre premier tableau périodique de 1869., Cela signifiait à mon tour que je devais revoir en profondeur la littérature sur cet épisode historique particulier, qui formera la base de ce blog.

la version habituelle de la façon dont Mendeleev est arrivé à sa découverte ressemble à ceci. Alors qu’il était en train d’écrire son manuel, les principes de la chimie, Mendeleïev a complété le livre en ne traitant que de huit des soixante-trois éléments alors connus. Il a terminé le livre avec les halogènes, y compris le chlore, le brome et l’iode., En passant au deuxième volume, il s’est rendu compte qu’il avait besoin d’un principe d’organisation pour tous les éléments restants. Avant d’arriver à un nouveau principe de commande, il a commencé le volume 2 en discutant d’un autre groupe bien connu d’éléments, les métaux alcalins qui comprennent le lithium, le sodium et le potassium.

Mendeleev s’est alors demandé quels éléments devraient être mentionnés ensuite et a joué avec l’idée de se tourner vers les métaux alcalino-terreux comme le calcium, le baryum et le strontium ou peut-être certains éléments intermédiaires, y compris le zinc et le cadmium qui partagent certaines mais pas toutes les propriétés des terres alcalines., Une autre possibilité qu’il envisageait était un groupe contenant du cuivre et de l’argent qui montrent des valences variables de +1 ou +2 et pourrait donc représenter un tremplin entre les métaux alcalins et les terres alcalines qui affichent des États d’oxydation de +1 et +2 respectivement.

puis, le 17 février 1869, le monde de Mendeleïev s’est pratiquement arrêté et il a continué à le faire pendant encore 2 ou trois jours au cours desquels il est essentiellement arrivé à sa version du tableau périodique et celle qui a eu le plus d’impact sur la communauté scientifique., Il est généralement admis qu’il s’agit de la découverte du tableau périodique, bien qu’au moins cinq autres versions aient été publiées précédemment, quoique de manière provisoire.

Le 17 février, Mendeleïev a décidé de ne pas faire de visite de conseil dans une coopérative fromagère locale afin de rester à la maison pour travailler sur son livre. Il semble qu’à un certain moment du matin, il ait pris l’invitation à la coopérative fromagère et l’ait retournée afin d’esquisser quelques idées sur les éléments à traiter ensuite dans son livre (figure 1). Ce document existe toujours au Musée Mendeleev de St., Petersburg et il est souvent sorti des caisses pour visiter les cinéastes documentaires qui veulent capturer le moment crucial de la découverte de Mendeleïev.

Les symboles esquissés suggèrent que Mendeleev a d’abord tenté de comparer les métaux alcalins avec le groupe intermédiaire contenant le zinc et le cadmium. Il a calculé les différences entre les paires d’éléments appartenant à chacun de ces groupes dans l’espoir de trouver un modèle significatif. Mais il semble avoir été déçu parce que les différences entre les éléments correspondants qu’il a considérés ne montrent aucun modèle régulier.,

néanmoins, Mendeleev N’a pas tout à fait écarté l’idée de suivre les métaux alcalins par le groupe contenant le zinc et le cadmium car c’est précisément ce qu’il a fait dans un deuxième document classique dans lequel il a maintenant inclus beaucoup plus de groupes d’éléments connus dans le premier des deux tableaux d’éléments qui figurent sur la même feuille de papier (figures 2 et 3).,

alors que le tableau supérieur montre le groupe zinc et cadmium directement au-dessus des métaux alcalins, le tableau inférieur des deux montre un réarrangement dans lequel Mendeleev a décidé de placer les métaux alcalino-terreux typiques à côté des métaux alcalins en déplaçant les métaux alcalins vers le haut du tableau comme un bloc entier. Le résultat net est que les halogènes sont suivis par les métaux alcalins, qui à son tour sont suivis par l’alcali terres. La conséquence de ce mouvement est que la séquence des poids atomiques apparaît maintenant plus ordonnée que dans le tableau supérieur précédent de la même page., À la suite de ce simple changement, Mendeleïev semble s’être rendu compte qu’un tableau périodique réussi nécessite non seulement un regroupement correct des éléments dans les lignes adjacentes, mais également un ensemble de séquences de poids atomiques croissantes en douceur.

Voici donc  » aha  » ou « moment eureka » de Mendeleïev. C’est là qu’il voit pour la première fois que le tableau périodique est un affichage de la périodicité chimique qui est elle-même fonction de la variation du poids atomique. Par exemple, notez la séquence de poids atomique de Cl (35.,5), K (39) Et Ca (40) dans le tableau inférieur par rapport à la séquence moins agréable, bien que toujours croissante de S (32), Cl (35.5), Ca (40), dans le tableau supérieur qu’il était arrivé plus tôt dans la journée. Alternativement, considérons le placement de K (39) qui semble déplacé à côté de Cu (63) dans le tableau supérieur par rapport à sa proximité avec des éléments de poids atomiques similaires dans le tableau inférieur.

le point essentiel semble être que Mendeleev a commencé par considérer des groupes d’éléments chimiquement similaires et que la notion d’ordre en fonction du poids atomique lui est venue plus tard. Et ce document semble être précisément là où il est arrivé à cette conclusion.

fait intéressant, L’actuel directeur du Musée Mendeleïev, le professeur Igor Dimitriev, n’est pas d’accord avec ce récit du développement., Il croit que le document esquissé au verso de l’invitation de la coopérative fromagère (figure 1) ne précédait pas les deux tableaux sur une seule feuille (Figures 2 et 3). Il ne croit pas que le document présenté à la figure 1 ait eu une telle influence sur le développement du processus de pensée de Mendeleïev qu’on l’a généralement supposé.,

Les objections de Dimitriev sont basées sur sa proposition selon laquelle les groupes d’éléments n’étaient pas largement reconnus à cette époque et que C’était plutôt la séquence des valeurs de numéro atomique qui a ouvert la voie à Mendeleïev au cours de sa découverte du tableau périodique. Mais cela peut être un peu à courte vue à mon avis, parce que si l’on regarde plus loin l’évolution antérieure du tableau périodique parmi d’autres chimistes, travaillant dans d’autres pays, on constate que des groupes d’éléments étaient bien reconnus depuis longtemps avant les travaux de Mendeleïev., Cela inclut les travaux de Döbereiner, Gmelin, Lenssen, Pettenkoffer, de Chancourtois, Newlands, Odling, Hinrichs et Lothar Meyer pour ne citer que quelques noms pertinents.

Il y a peu de doute dans mon propre esprit que la notion de groupes d’éléments chimiquement similaires était bien plutôt établie et qu’il aurait été naturel pour Mendeleev, qui a suivi les auteurs nommés ci-dessus, de commencer avec cette notion., D’autre part, l’idée d’utiliser la séquence des poids atomiques croissants pour ordonner les éléments était loin d’être aussi bien établie et il n’y avait que quelques années depuis la conférence de Karlsruhe de 1860 au cours de laquelle les poids atomiques avaient été unifiés et rationalisés pour produire une liste plus ou moins définitive de valeurs avec lesquelles

Mais vous le lecteur peut maintenant penser, « mais sûrement Dimitriev sait tout cela?”. Je pense que la réponse à cette question est oui et non. Je soupçonne que sa garde du St., Le musée et les archives de Pétersbourg ont peut-être conduit Dimitriev à se concentrer sur le travail de Mendeleïev au-dessus de celui de tous les autres. Enfin, se pourrait-il que Dimitriev, qui comme Mendeleev est russe, ait pu laisser la fierté nationale influencer son jugement sur la question et peut-être minimiser les contributions des scientifiques étrangers.

Mais revenons à la découverte de Mendeleïev. Qu’a-t-il fait après avoir produit le tableau inférieur de la figure 2? L’histoire populaire est qu’il s’est ensuite mis à jouer à un jeu de solitaire chimique ou de « patience » en utilisant un ensemble de cartes qu’il avait soigneusement inventées pour inclure les symboles de tous les éléments 63 connus et leurs poids atomiques., Le but de ce jeu bien connu est de disposer les cartes dans deux sens. Tout d’abord, les cartes doivent être dans des costumes séparés et d’autre part, ils doivent être dans l’ordre des valeurs décroissantes en commençant par roi, reine, knave, dix et ainsi de suite lecture de gauche à droite. Malheureusement, aucun jeu de cartes n’a jamais été trouvé parmi les biens de Mendeleïev, ce qui soulève la question de savoir si l’histoire peut être simplement apocryphe. (L’intrigue s’épaissit encore quand on apprend que Mendeleïev a gardé presque tout dès qu’il comprit qu’il allait devenir célèbre., Aucune carte de ce type n’a jamais été trouvée, bien qu’il se puisse que Mendeleev n’ait pas tout à fait réalisé sa renommée imminente à ce stade.)

Mais je ne pense pas que ce soit vraiment important que l’histoire des cartes soit vraie ou non. Le jeu de chemical solitaire fournit une telle bonne analogie qu’il est plus important de se concentrer sur cela que d’essayer de déterminer si Mendeleev a réellement utilisé cette approche ou non., Dans le cas du tableau périodique, il y a une belle analogie étant donné que les éléments sont disposés en groupes par opposition aux combinaisons, et le long d’une autre direction, ils sont disposés dans l’ordre des valeurs croissantes des poids atomiques, par opposition aux valeurs décroissantes sur les cartes.

bien que Mendeleev ait été un véritable génie pour découvrir le tableau périodique, il y a un vrai sens dans lequel le système périodique est inévitable et fourni par la Nature elle-même. C’était juste une question de découvrir cette vérité profonde., Ce que j’essaie d’obtenir, c’est que Mendeleev n’avait pas le choix d’organiser les éléments. À la fin de la journée, ils devaient être disposées de la même manière comme un jeu de cartes doivent être organisées dans le jeu de patience. Il n’y a pas deux manières à ce sujet. Lorsque le jeu est terminé, tout le monde peut le voir.

il en est de même pour la disposition des éléments. Bien que le modèle ne pouvait être que faiblement vu au début, cela était en partie dû à des valeurs inexactes des poids atomiques et parce que le principe d’ordre correct n’avait pas encore été reconnu., Une fois qu’il a été reconnu, le jeu était pratiquement terminé et il est devenu une question de remplir-dans les détails restants. Bien sûr, ces détails n’étaient pas aussi triviaux que je peux le laisser entendre. Ils comprenaient tout un groupe d’éléments manquants que ni Mendeleev ni personne d’autre n’avait prédit — les gaz nobles. Ils comprenaient la découverte de plusieurs éléments manquants, dont beaucoup de propriétés Mendeleev a réussi à prédire plutôt bien. Ils ont également inclus le fait vexant que le poids atomique ne fournit pas le principe de commande optimal.,

Si l’ordre de poids atomique est strictement suivi, jusqu’à quatre paires d’éléments se produisent dans des positions inversées. Afin de clarifier cette question il a fallu attendre la découverte de numéro atomique en 1913 et 1914, mais qui sera le sujet d’un futur blog. Les grandes lignes de chemical solitaire a été élaboré par Mendeleev au-dessus de tous les autres contributeurs et il a été aperçu pour la première fois ce fameux jour de 17 février 1869. (C’est la date selon l’ancien calendrier julien qui était utilisé en Russie à cette époque., Il diffère du calendrier grégorien plus récemment développé qui a été introduit dans de nombreux autres pays occidentaux en 1582. En 1869, la différence entre les deux calendriers s’élevait à 12 jours.)

Crédits Image:

Figure 1: ‘Mendeleev Deux Incomplète Tables du 17 février 1869, à partir de Igor S. Dmitriev, ‘la découverte Scientifique, in statu nascendi: Le cas de Dmitrii Périodique de Mendeleïev Loi », Études Historiques dans les Sciences Physiques et Biologiques, Vol. 34, No 2, 2004.

Figure 2 ‘ « Les deux tableaux incomplets de Mendeleïev du 17 février 1869 », DE B. M. Kedrov et D. N., Trifonov, ‘Zakon periodichnosti…, Moscou: Izdatel’stvo « Nauka”,1969″ (via Heinz Cassebaum et George B. Kauffman,  » Le Système Périodique des Éléments Chimiques: La Recherche de Son Découvreur’, Isis, Vol. 62, No 3, 1971).