Pour étudier la minéralogie il  est important de bien connaître les structures de la matière, cette page est un rappel des principes de base de la chimie.

Tous les corps dans l'univers sont composés d'atomes infiniment petits (10-7 mm). Par exemple dans une petite goutte d'eau d'un centième de gramme, il y a environ 30 000 000 000 000 d'atomes d'oxygène et 60 000 000 000 000 d'atomes d'hydrogène.

L'atome est un assemblage de trois sortes de particules :

  • Les protons qui ont une charge électrique positive. Le nombre de protons d'un atome est son "numéro atomique" que l'on notera avant le symbole en bas, ex : 1H (hydrogène), 2He (hélium), 8O (oxygène)...

  • Les neutrons qui n'ont pas de charge électrique. 

  • Les électrons dont la charge électrique est négative et égale en valeur absolue à celle des protons. Il y a autant d'électrons que de protons dans son noyau c'est pourquoi un atome est électriquement neutre.

Il existe beaucoup d'autres particules mais il n'est pas nécessaire d'en parler dans le cadre qui nous intéresse, nous laisserons donc de coté les photons, mésons, gluons etc.

 

Protons et neutrons forment le noyau, les électrons gravitent autour du noyau à des vitesses prodigieuses d'environ 7 000 000 000 000 000 de révolution par seconde. Cet ensemble de neutrons en orbite autour du noyau forment ce que l'on appelle le nuage électronique.

Les neutrons et les protons ont des masses pratiquement identiques, les électrons ayant une masse 2 000 fois moindre que les protons et les neutrons la somme des protons et neutrons "nombre de masse" d'un noyau est donc sensiblement égale au "poids atomique".

 

Les atomes sont très petits mais leurs noyaux sont encore infiniment plus petits, l'atome est environ 10 000 fois plus gros que son noyau où se trouve pratiquement toute sa masse.

Les électrons gravitent autour du noyau à des vitesses prodigieuses 7.1015 (sept million de milliard) de révolutions par secondes.

 

1cm3 de noyaux pèserait 100 000 000 tonnes.

1 électron de la taille d'une bille d'un centimètre pèserais le poids de la Terre.

Tous les atomes qui ont un même nombre atomique ont les mêmes propriétés chimiques, même s'il n'ont pas le même nombre de neutrons, ils appartiennent au même "élément" chimique. 

On désigne les éléments par un symbole :

  • H   = hydrogène

  • O   = oxygène

  • C   = carbone

  • Be = Béryllium

  • Au = or

  • Fe = fer 

  • . . .

On décrit un élément sous cette forme :

 

A : nombre de masse : correspond au nombre total de protons et neutrons.

Z : numéro atomique ou nombre de charge correspond au nombre de protons et donc au nombre d'électrons si l'élément est électriquement neutre.

X: le symbole de l'élément.

 

 

26 protons

30 neutrons

26 électrons

26 protons

30 neutrons

24 électrons

26 protons

30 neutrons

23 électrons

Il y a 90 éléments chimiques naturels dans l'univers connu, d'autres ont été créés artificiellement, le plus connu étant le plutonium. Connaissant le nombre de masse et le nombre atomi.que, il suffit de soustraire l'un de l'autre pour connaître le nombre de neutrons.

 

Tous ces élément on été regroupés dans un "tableau périodique des éléments" dont l'origine remonte au grand chimiste Russe  Dmitri Ivanovitch Mendeleïev qui en fit une première version en 1869, avec les 60 éléments connus à cette époque.

 

 

P\G

1

2

 

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1

1

H

1.008

 

2

He

4

2

3

Li

6.94

4

Be

9.01

 

5

B

10.81

6

C

12.01

7

N

14.07

8

O

16

9

F

19

10

Ne

20.18

3

11

Na

23.00

12

Mg

24.31

13

Al

26.98

14

Si

28.09

15

P

30.97

16

S

32.06

17

Cl

35.45

18

Ar

39.95

4

19

K

39.10

20

Ca

40.08

 

21

SC

44.96

22

Ti

47.90

23

V

50.95

24

Cp

52.01

25

Mn

54.94

26

Fe

55.85

27

Co

58.93

28

Ni

58.71

29

Cu

63.55

30

Zn

65.37

31

Ga

69.72

32

Ge

72.59

33

As

74.92

34

Se

78.96

35

Br

79.90

36

Kr

88.90

5

37

Rb

85.47

38

Sr

87.62

 

39

Y

88.91

40

Zr

91.22

41

Nb

92.91

42

Mo

95.94

43

Tc

98.94

44

Ru

101.07

45

Rh

102.91

46

Pd

106.40

47

Ag

107.87

48

Cd

112.40

49

In

114.82

50

Sn

118.69

51

Sb

121.75

52

Te

127.60

53

I

12.690

54

Xe

131.30

6

55

Cs

132.91

56

Ba

137.14

L

71

Lu

174.96

72

Hf

178.49

73

Ta

180.95

74

W

183.85

75

Re

186.20

76

Os

190.20

77

Ir

192.20

78

Pt

195.09

79

Au

196.97

80

Hg

200.59

81

Tl

204.37

82

Pb

207.19

83

Bi

208.98

84

Po

209

85

At

210

86

Rn

222

7

87

Fr

223

88

Ra

226

A

103

Lr

260

104

Rf

261

105

Ob

262

106

Sg

264

107

Bh

269

108

Hs

269

109

Mt

268

110

Uun

269

111

Uuu

272

112

Uub

277

113

Uut

 

114

Uug

285

115

Uup

 

116

Uuh

289

117

Uus

 

118

Uuo

293

L = lanthanides

 

57

La

138.94

58

Ce

140.12

59

Pr

140.91

60

Nd

144.24

61

Pm

145

62

Sm

150.40

63

Eu

151.96

64

Gd

157.25

65

Tb

158.93

66

Dy

162.50

67

Ho

164.93

68

Er

167.26

69

Tm

168.93

70

Yb

173.04

Légende

atomique

Symbole

Poids atomique

A = Actinides

 

89

Ac

227

90

Th

232.04

91

Pa

231

92

U

238.03

93

Np

237.05

94

Pu

244

95

Am

243

96

Cm

247

97

Bk

247

98

Cf

251

99

Es

254

100

Fm

257

101

Md

258

102

No

259

 

Non Métaux

 

Gaz rares

 

Métaux

 

Lanthanides et Actinides

 

Semi conducteurs

 

 

Les isotopes sont des atomes qui ont le même nombre atomique mais un nombre différent de neutrons.

Les isotopes ont les mêmes propriétés chimiques, ils n'ont pas les mêmes propriétés physiques.

 

Exemples : hydrogène 1 proton 0 neutron, deutérium 1 proton et 1 neutron, tritium 1 proton et 3 neutrons.

Le deutérium et le tritium sont des isotopes de l'hydrogène.

 

Il existe 325 isotopes naturels et 1 200 isotopes créés artificiellement

Les atomes s'assemblent en molécules

C'est par leurs électrons qu'ils s'attachent entre eux pour former des molécules. 

 

Chaque type de molécule caractérise un corps pur. Tous les corps de l'univers sont des mélange plus ou moins complexes de molécules

Il y a deux principales sortes de liaison :

1- la liaison ionique se fait par transfert d'un ou plusieurs électrons, de l'orbite extérieure d'un atome vers un autre atome. Par exemple les sels sont des cristaux de liaison ionique.

 

Définition :

Ion : atome ou molécule ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons, on distingue donc deux types d'ions :

  • Anion  : atome ou molécule ayant gagné un ou plusieurs électrons, la charge est alors négative.

  • Cation : atome ou molécule ayant perdu un ou plusieurs électrons, la charge est alors positive.

 

2- la liaison covalente se fait par partage d'électrons. C'est le cas des gaz.

Les corps se présentent sous différents états selon leur température.

Selon la température leurs molécules vibrent plus ou moins vite. A basse température les vibrations sont faible amplitude et les molécules sont liées entre elles selon des dispositions géométriques plus ou moins régulière. C'est l'état solide par exemple pour un corps simple comme l'eau, la glace qui "cristallise".

A plus  haute température les vibrations  seront de  plus grande amplitude et là les molécules glisseront les une sur les autres. C'est l'état liquide, l'eau à plus de 0°C et moins de 100°C.

Si la température augmente les vibrations entraînent la libération les unes des autres des molécules qui deviennent indépendantes. C'est l'état gazeux, l'eau à plus de 100°C.

Si la température augmente dans des proportions très importantes les vibrations provoquent des chocs d'une extrême violence et les molécules se brisent, puis les atomes eux mêmes se brisent ils perdent leurs électrons, ont dit alors que les atomes sont ionisés.

Ce mélange d'atomes brisés ou noyaux nus est le plasma.

 

Mendeleïev

Dmitri Ivanovitch Mendeleïev ou Mendeleev, chimiste russe, est né le 8 février 1834 à Tobolsk (Sibérie, Russie). Il est mort le 2 février 1907 à Saint-Pétersbourg (Russie).

Il est principalement connu pour son travail sur la classification périodique des éléments, publié en 1869 et également appelé tableau de Mendeleïev. Il déclara que les éléments chimiques pouvaient être arrangés selon un modèle qui permettait de prévoir les propriétés des éléments non encore découverts.

Mendeleïev est né à Tobolsk, en Sibérie. Il était le cadet des nombreux enfants de Maria Dmitrievna Korniliev et Ivan Pavlovitch Mendeleïev (le treizième selon Michael Gordin 1, un historien des sciences). À l'âge de quatorze ans, après la mort de son père, Mendeleïev entre au lycée de Tobolsk. En 1849, la famille devenue pauvre s'installe à Saint-Pétersbourg, Dmitri entre à l'université en 1850. Après avoir reçu son diplôme, il contracta la tuberculose ce qui l'obligea à se déplacer dans la péninsule criméenne près de la Mer Noire en 1855, où il devint responsable des sciences du lycée local. Il revint complètement guéri à Saint-Pétersbourg en 1856. Il étudia la chimie à Saint-Pétersbourg où il fut diplômé en 1856. À 25 ans, il vint travailler à Heidelberg avec des savants comme Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff. En 1867, il fut nommé professeur de chimie minérale à l'Université de Saint-Pétersbourg.

Entre 1859 et 1861 il travailla sur la densité des gaz à Paris, et au fonctionnement du spectroscope avec Gustav Kirchhoff à Heidelberg. En 1863, après son retour en Russie, il devint professeur de chimie à l'institut technologique et à l'université de Saint-Petersbourg. La même année il épousa Feozva Nikitichna Leshcheva (Феозва Никитична Лещева) ; ce mariage se solda par un divorce. Il épousa ensuite Anna Ivanovna Popova (Анна Ивановна Попова).

En 1866, Newlands édita sa loi des octets. Mendeleïev avait travaillé sur une idée semblable, et le 6 mars 1869, une présentation formelle fut faite à la société russe de chimie, intitulée La dépendance entre les propriétés des masses atomiques des éléments, énonçant :

1.         Les éléments lorsqu'ils sont disposés selon leurs poids atomiques, montrent une périodicité apparente de leurs propriétés.

2.         Les éléments qui sont semblables en ce qui concerne leurs propriétés chimiques ont des poids atomiques qui sont peu ou prou de la même valeur (par exemple Pt, Ir, Os) ou qui augmentent régulièrement (par exemple K, Rb, Cs).

3.         L'arrangement des éléments, ou des groupes d'éléments dans l'ordre de leurs poids atomiques, correspond à leurs prétendues valences, aussi bien que, dans une certaine mesure, à leurs propriétés chimiques distinctives

4.         Les éléments qui sont le plus largement représentés ont de petits poids atomiques.

5.         L'importance du poids atomique détermine le caractère de l'élément, de même que l'importance de la molécule détermine le caractère d'un corps composé.

6.         Nous devons nous attendre à la découverte de nombreux éléments jusqu'ici inconnus. Par exemple des éléments analogues à l'aluminium et au silicium dont la masse atomique serait comprise entre 65 et 75.

7.         La masse atomique d'un élément peut parfois être modifiée par une connaissance de la masse de ses éléments contigus. Ainsi, le poids atomique du tellure doit se trouver entre 123 et 126, et ne peut pas être 128.

8.         Certaines propriétés caractéristiques des éléments peuvent être prévues à partir de leur masse atomique.

Inconnu de Mendeleïev, Lothar Meyer travaillait à une classification périodique pratiquement identique bien qu'il ne soit jamais venu à l'idée de Meyer la possibilité de prévoir l'existence de nouveaux éléments et de corriger les masses atomiques. Meyer et Mendeleïev peuvent être considérés comme les co-créateurs de cette classification.

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-Petersbourg le 17 août 1890.

En 1893, il fut nommé directeur du bureau des poids et des mesures. Mendeleïev est également responsable de la justification scientifique de la proportion « optimale » de 40 % d'alcool dans la vodka russe.

En 1882, il reçu la Médaille Davy de la Royal Society, en 1889 le Prix Faraday de la Royal society of chemistry et en 1905 la médaille Copley de la Royal Society. Il mourut à Saint-Pétersbourg et est enterré au cimetière Volkovo, toujours à Saint-Pétersbourg. L'élément 101 a été baptisé mendélévium en son honneur.

 

Sources

1. Michael Gordin. 2004. A Well-Ordered Thing: Dmitrii Mendeleev and the Shadow of the Periodic Table, Basic Books, ISBN 046502775X

 

 

plus d'infos

jj.chevallier@wanadoo.fr

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10/04/2008