Des alchimistes au tableau périodique des éléments

Avez-vous déjà lu les récits des alchimistes du Moyen Âge, qui tentaient de fabriquer de l’or ? Ces alchimistes étaient à la fois scientifiques, magiciens et philosophes. Malgré leurs nombreuses expériences sur divers éléments, ils sont surtout connus pour leur obstination à vouloir produire de l’or.

Ils faisaient bouillir dans une même marmite toutes sortes de substances : cuivre, étain, plomb, fer, charbon, argent, mercure, roches rares, plantes médicinales, morceaux d’animaux, ainsi que d’autres ingrédients insolites, voire macabres. Ils récitaient des incantations en gesticulant au-dessus de leurs mélanges, sans jamais parvenir à créer le moindre gramme d’or.

Ce qu’ils ignoraient, c’est que l’or est l’un des éléments fondamentaux de notre « placard de cuisine universel ». Ils pensaient qu’il pouvait être fabriqué comme une recette, au même titre que l’eau ou le sulfure d’hydrogène. Or, il est impossible de fabriquer de l’or : il s’agit d’un ingrédient de base de la matière, dont le symbole est « Au ».

L’erreur des alchimistes est compréhensible. Les métaux ne portent pas d’étiquette indiquant leur composition. Certains, comme le cuivre ou le nickel, sont des éléments purs, tandis que d’autres, comme le bronze ou le laiton, sont en réalité des mélanges pouvant être décomposés en plusieurs composants.

Mais pourquoi le cuivre ne peut-il pas être divisé en éléments plus simples ? Et qu’en est-il des substances comme le sel, le sucre ou l’huile : sont-elles, elles aussi, composées d’éléments plus petits ?

La chimie du Moyen Âge en était à ses débuts. Ce n’est qu’après de nombreuses expériences — parfois infructueuses — que les scientifiques ont commencé à dresser la liste des substances « impossibles à décomposer ». Et si les alchimistes n’avaient pas été si obstinés et avides, ils y auraient sans doute inclus l’or.

Entre les années 1200 et 1500, cette liste comprenait notamment le carbone, le soufre, le fer, le cuivre, l’argent, l’étain, le mercure, le plomb, l’arsenic, l’antimoine, le bismuth, le zinc, le platine et l’or. Ces éléments faisaient déjà partie de notre « placard de cuisine universel », même s’ils n’étaient pas encore organisés de manière cohérente.

Pendant plusieurs siècles, peu de progrès majeurs furent réalisés. Puis, au XVIIIᵉ siècle, la chimie connut un nouvel essor grâce à l’électricité, aux instruments d’analyse de la lumière comme le spectromètre, et aux avancées en mathématiques. Les scientifiques purent alors approfondir leur compréhension de la matière.

Ils commencèrent à utiliser le terme « éléments » pour désigner ces ingrédients fondamentaux. Au XIXᵉ siècle, la liste s’enrichit progressivement de nombreux nouveaux éléments : phosphore, cobalt, nickel, hydrogène, fluor, azote, oxygène, chlore, manganèse, magnésium, molybdène, tellure, tungstène, zirconium, strontium, titane, yttrium ou encore chrome.

Peu à peu, la liste atteignit environ 60 éléments au début du XIXᵉ siècle. Les scientifiques comprirent alors que les éléments étaient les briques fondamentales de l’Univers et qu’ils formaient un ensemble limité. Une véritable course à la découverte s’engagea : chacun espérait identifier un nouvel élément et entrer dans l’histoire.

C’est dans ce contexte qu’en 1867, à l’université de Saint-Pétersbourg, Dimitri Mendeleïev travailla à organiser ces connaissances. Face à ce qui ressemblait à une forêt sans sentiers ni carte, il chercha un moyen de donner une structure logique à cet ensemble désordonné.

Il découpa 63 cartes, une pour chaque élément connu, en y inscrivant leurs propriétés : état, couleur, masse, réactions chimiques… Puis il tenta différentes organisations. Un soir, il s’endormit sur ses notes et rêva d’un classement en lignes et colonnes. À son réveil, il comprit l’idée essentielle : classer les éléments par masse croissante et par propriétés chimiques.

Ainsi naquit le Tableau périodique des éléments.

Certains emplacements restaient cependant vides. Mendeleïev en déduisit que des éléments restaient à découvrir et leur donna même des noms provisoires, comme « eka-bore » ou « eka-aluminium », signifiant « un de plus ».

Ses prédictions furent d’abord moquées… jusqu’à ce qu’elles soient confirmées. En 1875, le gallium fut découvert, correspondant exactement à l’eka-aluminium. Plus tard, le germanium valida également ses prévisions.

Grâce à ces succès, le tableau de Mendeleïev s’imposa comme un outil fondamental de la chimie moderne. Les découvertes se poursuivirent, enrichissant progressivement la liste jusqu’à atteindre aujourd’hui 118 éléments, dont certains ont même été nommés en hommage à ce scientifique visionnaire, comme le mendélévium (Md).

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