Une histoire de Tableau

 

    - Berzelius, ce nom te dit quelque chose Valéna ?

- Ben, oui ! C’est un grand chimiste suédois. Son nom m’avait étonné lorsque tu en as parlé la première fois.

- Je m’en souviens.

Le grand-père et sa petite-fille se retrouvaient une nouvelle fois dans le bureau de leur salle de travaux pratiques habituelle, avec au programme le récit d’une aventure scientifique de longue haleine.

- Comme bla-bla promis récemment, je vais te faire découvrir la façon dont le Tableau Périodique des Éléments a été inventé et comment on l’utilise… Et je dois commencer son histoire avec Berzelius qui dit, dans les années 1810, il y a donc pratiquement 200 ans : « Je propose pour les symboles chimiques, la lettre initiale du nom latin de chaque substance élémentaire et si elle est commune à d’autres une deuxième qui va les différencier. »  Par exemple, pour l’étain, stannum, et l’antimoine, stibium, Berzelius propose Sn pour le premier et Sb pour le second. Cette idée représente une grande avancée vers la chimie moderne parce qu’elle donne enfin un alphabet simple, efficace et compréhensible à tous les chimistes. Berzelius attribue en plus à chaque symbole une masse qui lui est propre, à partir de la valeur 100 donnée à l’oxygène O, considérant sa présence fréquente dans de nombreuses combinaisons chimiques issues des mélanges tels que H2+O2, Ca+O2, Al+O2, H2+P+O2 etc.

- Tu m’expliques un peu plus ?

- Expliquer quoi ?

- Comment on trouve la masse des autres éléments.

- Ah ! Bien sûr. J’ai ici un livre qui va te donner la réponse, même si les résultats qu’il présente sont faux. Mais ça fait partie de l’histoire.

Tout en parlant, le grand-père s’était approché de l’armoire qui servait de petite bibliothèque. Ayant en un instant choisi son document, il l’ouvrit pour le feuilleter et dit :

- Voilà. Il y a un article qui propage les idées nouvelles de la chimie des années 1807, époque de Berzelius et de Dalton. Il est dû à l’anglais Thomas Thomson qui explique les propositions de ce dernier sur les poids atomiques. Rappelle-toi que Dalton a été le premier à parler d’atome.

- Je sais. Il avait même fait des dessins spéciaux pour les représenter.

- C’est juste… Je te lis un petit extrait de l’article : « Les hypothèses sur lesquelles la totalité des notions de Mr Dalton concernant les éléments chimiques est fondée sont celles-ci : quand deux éléments s’unissent pour former une troisième substance, il est présumé qu’un atome de l’un se joint à un atome de l’autre, à moins que quelque raison puisse être établie pour supposer le contraire. Ainsi l’oxygène et l’hydrogène s’unissent ensemble pour former de l’eau. Nous devons présumer qu’un atome d’eau est formé par la combinaison d’un atome d’oxygène avec un atome d’hydrogène…

Le grand-père s’arrêta pour préciser :

- Cette idée est fausse, tu le sais. Il y a deux fois plus d’hydrogène que d’oxygène…

Valéna l’interrompit :

- Je sais. Mais c’est drôle quand il dit un atome d’eau au lieu de molécule.

Son papy acquiesça d’un mouvement de tête et reprit sa lecture :

- … Mais si cette hypothèse est permise, elle nous fournit une méthode rapide d’estimer la densité relative de ces atomes qui entrent en de telles combinaisons ; car il  a été prouvé par analyse, que l’eau est composée de 85 2/3 d’oxygène et 14 1/3 d’hydrogène…

Le grand-père s’arrêta à nouveau :

- Je te fais remarquer que l’addition des deux valeurs donne 100, c’est-à-dire 100%… Je poursuis : Un atome d’eau est bien entendu composé de 85 2/3 parties en poids d’oxygène et 14 1/3 parties d’hydrogène. Donc, s’il consiste en un atome d’oxygène lié à un atome d’hydrogène, il en découle que le poids d’un atome d’hydrogène est par rapport à celui de l’oxygène comme 14 1/3 pour 85 2/3, ou comme 1 à 6 assez précisément. »

Le grand-père ferma son livre tout en expliquant :

- Dalton avait choisi la formule OH pour l’eau et 1 pour la masse de H. L’analyse lui donnait donc 6 pour celle de O. Une valeur éloignée de 16 admise aujourd’hui. Mais ce n’est pas le problème. Tu vois maintenant comment, connaissant une masse, il est permis de déduire une autre à partir d’une analyse qui te donne un résultat de 100. C’est bon ?

- Je crois, oui.

- Bien. En 1818, Berzelius publie aussi une table des masses atomiques pour la petite quarantaine d'éléments connus alors. Elle est rapidement adoptée par tous les chimistes. Une quinzaine d’années plus tard, il la corrige en prenant à son tour le poids de H égal à 1. Mais cela n’était pas une classification comme celle dont je vais maintenant te conter l’histoire.

Valéna ne dit rien, mais n’attendait que ça.

- En 1830, continua donc son papy, un allemand du nom de Döbereiner remarque qu’il est possible de grouper certains éléments par trois. L'un des éléments, le numéro 2, possède une masse qui est la moyenne arithmétique de la somme des deux autres. Par exemple, le poids atomique du brome Br est la moyenne des poids atomiques du chlore Cl et de l'iode I : (35,470+126,470)/2 = 80,470. Il appelle ces groupes triades. Cependant ce genre de classement est rapidement abandonné parce qu’il n’est pas assez performant.

- Un travail pour rien alors ?

- Oui et non. C’est une bonne première réflexion… Nous voici en France maintenant. En 1863, le géologue Alexandre Béguyer de Chancourtois

- Sacré nom, celui-là, l’interrompit Valéna.

- Oui. Noblesse oblige ! Ce monsieur est titulaire de la chaire de Géologie à l'École des Mines de Paris et il est véritablement le premier à réussir une classification digne de ce nom. Il travaille à partir des poids atomiques et des différences qu’il y a entre les éléments qui ont des propriétés voisines et sont les plus proches… Je te dresse un petit tableau d’exemples : 

Li (7)

Be (9)

B (11)

C (12)

N (14)

O (16)

F (19)

Na (23)

Mg (24)

Al (27)

Si  (28)

P (31)

S (32)

Cl (35)

16

15

16

16

17

16

16

Comme tu vois le nombre 16 revient souvent… et 16 est aussi la valeur du poids atomique nouvellement donné à l’oxygène… Tiens, j’ai une idée ! Tu vas refaire, en suivant mes conseils, ce que Chancourtois a imaginé. Cela te permettra de mieux comprendre les explications. D’accord ?

- Si tu veux.

- Tu prends une feuille de papier quadrillée sur laquelle tu vas faire le tracé suivant : horizontalement tu fais une graduation de seize unités. Verticalement tu traces une autre graduation, par exemple jusqu’à 32, en plaçant le zéro en haut.

Valéna s’appliqua à faire son dessin sur une feuille à petits carreaux. Quand elle eut fini, son papy continua ses explications :

- De Li(7) à O(16) tu places horizontalement et verticalement les poids atomiques donnés par le petit tableau.  

Valéna prit un certain temps pour placer ces valeurs.

- J’ai rempli un carré de 16 par 16, dit-elle en finissant son dessin.

- Bien… Maintenant, de O(16) à Cl(35) tu calcules d’abord la différence du poids atomique par rapport à seize, puis tu places horizontalement la valeur trouvée et verticalement le poids atomique concerné. Par exemple, Na se retrouve à 23-16 = 7 unités horizontales et à 23 unités verticales. Tu suis ?

- … Je vois.

- Je te laisse finir ton graphique alors.

Valéna s’appliqua pendant quelques minutes. Lorsqu’elle eut fini elle montra la feuille quadrillée à son papy. 

- Très bien, dit celui-ci. Maintenant tu peux voir deux choses : la première, que les deux séries d’éléments s’alignent chacune sur une droite qui est la diagonale d’un carré, la seconde, que verticalement des éléments sont presque tous alignés par deux.

- Oui, je vois bien.

- Pour Chancourtois ceux-là sont de la même famille. Après avoir mis en place tous les éléments qu’il connaît il enroule la feuille sur un cylindre en superposant les verticales 16 et 0 correspondant à O. Cet arrangement lui permet alors de montrer tous les éléments, chacun dans sa propre famille, et chacune de celles-ci sur sa verticale. Cela l’amène à énoncer une loi originale qu’il formule ainsi : « Les propriétés des éléments sont les propriétés des nombres. » et il baptise son montage du nom de « vis tellurique ».

- Pourquoi ça ?

- Chancourtois est un géologue, et tellurique est un adjectif qui qualifie ce qui appartient à la Terre. Vis, parce que son cylindre en tournant fait bouger la diagonale comme les filets d’une vis sans fin.

- Ah, d’accord.

- C’était un bon début cette classification parce que, effectivement, les nombres jouent le rôle principal pour les éléments. Et c’est un anglais qui confirme cette constatation. La même année, en effet, le chimiste John Alexander Reina Newlands commence une série de publications qui vont aboutir à un début de classement moderne des éléments en grande partie correct. Son idée est la même que celle de Chancourtois mais il utilise dans ses premiers travaux des valeurs de masses différentes qu’il appelle des équivalents et qui ont été à la mode pendant plusieurs années. Cela lui montre que, par exemple, entre Mg équivalent 12 et Ca équivalent 20, la différence est 8, de même qu’entre O équivalent 8 et S équivalent 16. Il énonce lui aussi une loi qu’il appelle « loi des octaves », ce qui veut dire que, comme en musique la 8e note porte le même nom que la 1ère, en chimie le 8e élément a la même propriété que le 1er. Trois ans plus tard, il a alors 26 ans, il présente son travail final en réunion devant ses collègues sous la forme d’un tableau complètement rempli. Et là, il en prend pour son grade.

- C’est quoi, ça ?

- Parce qu’il a voulu trop bien faire, certains de ses collègues ne sont absolument pas d’accord avec ses résultats. L’un d’entre eux s’en moque carrément.

- Tant que ça ?

- Malheureusement oui. Un savant lui fait remarquer que si quelqu’un découvrait un ou plusieurs autres éléments, ce qui arrivera en effet plus tard, son classement serait détruit. Un deuxième, plus méchant, lui demande s'il n’avait jamais examiné les éléments du point de vue de leurs initiales, c’est-à-dire par ordre alphabétique, pour trouver les mêmes analogies. Newlands répond qu'il avait essayé plusieurs autres schémas avant d'arriver à celui proposé. Le pauvre, il ne réussit donc pas à convaincre qu’il avait une loi intéressante, et son travail va donc être délaissé.

- Et il avait raison ?

- Oui. Son idée était la bonne. D’ailleurs, vingt trois ans après, son classement sera reconnu comme étant de grande valeur et Newlands sera alors honoré de la plus haute distinction de la Société Royale d’Angleterre, la médaille Davy.

- Comment ça se fait que les savants peuvent être méchants entre eux ?

- Tu sais, en science c’est comme dans la vie, il y a toujours quelqu’un qui a la tête qui tourne quand il a réussi. Ce personnage considère qu’il a raison par principe, surtout devant les jeunots un peu intimidés.

- C’est pas bien de se moquer des gens !

- Non, mais c’est dans la nature humaine… Bon… Je continue mon histoire avec un allemand du nom de Lothar Meyer. Figure-toi qu’en 1864 il présente à son tour une Table Périodique basée sur la masse atomique et, originalité formidable… sur la valence des éléments. Tu te rappelles ce qu’est la valence ?

- Oui. Pour les ions c’est leur charge +  ou -.

- Bien. Mais il y a une deuxième signification : c’est le nombre de liaisons qu’un élément peut faire, comme par exemple les quatre du carbone, les trois de l’azote etc. 

Valence 4

Valence 3

Valence 2

Valence 1

Valence 1

Valence 2

C (12)

N (14)

O (16)

F (19)

Na (23)

Mg (24)

+ 16

+ 17

+ 16

+ 16

+ 16

+ 16

Si (28)

P (31)

S (32)

Cl (35)

K (39)

Ca (40)

 - Maintenant que tu le dis, je me souviens que tu m’en as parlé quand on a fait un peu de chimie organique.

- Exact… Le Tableau de Meyer est quasiment le Tableau moderne avec ses groupes. Je te l’ai tracé pour un petit exemple simplifié de son travail… Comme tu vois, la disposition est assez particulière. Ailleurs dans ce tableau Meyer, contrairement à Newlands, a laissé des cases vides, ce qui fait que de nouveaux éléments peuvent venir s’y mettre. Plus tard, en 1869, il va encore l’améliorer pour lui donner les vraies caractéristiques modernes actuelles mais, malheureusement pour lui, son travail n’est pas publié alors ce qui fait que c’est quelqu’un d’autre qui va avoir le privilège d’être le père de ce fameux Tableau Périodique. Ce quelqu’un est un chimiste russe du nom de Dimitri Ivanovitch Mendeleïev… Question idiote : veux-tu que je te parle un peu de sa vie ?

- Devine ?

- Okay !… Mendeleïev naît en Sibérie, la partie orientale de la Russie, en 1834. Il est le plus jeune d'une famille de 14 enfants. Son père est professeur d’école et sa mère a hérité d’une usine de fabrication de verre tombée en faillite. Intelligente, elle a réussi à faire sa propre éducation scolaire en répétant les leçons qu’apprenait son frère de retour de l’école. Mais voilà que son mari devient aveugle et perd donc son travail. Il reçoit alors une pension si faible qu’elle ne peut faire vivre la famille. Face à ce problème sa femme se décide à remettre son usine en marche. Mais bientôt son mari meurt et, comme on dit, un malheur n’arrivant jamais seul, l’usine est détruite par un incendie. Le jeune Dimitri est alors âgé de quinze ans. Comme il a montré en classe de grandes facilités pour les mathématiques et la physique, sa mère décide de lui donner une éducation supérieure, et la famille ruinée prend le chemin de Moscou à l’autre bout du pays. Sur place madame Mendeleïev cherche à faire entrer son fils à l'université. On lui refuse cette inscription au motif qu’il vient de Sibérie.

- Et pourquoi ça ?

- Sans doute qu’on considérait que l’enseignement sibérien était nul… Bref, Mme Mendeleïev ne se décourage pas et emmène sa famille à Saint-Pétersbourg où on accepte l’inscription de Dimitri comme élève professeur de science à l’Institut de Pédagogie. On est en 1850, Mendeleïev a seize ans et tout est donc bien… Mais pas pour longtemps car, à nouveau, le malheur s’abat sur sa famille : une de ses sœurs et sa mère meurent de tuberculose. Et en plus, voilà que trois ans après Mendeleïev tombe malade à son tour et doit rester au lit pendant une longue période. Heureusement pour lui que des professeurs et des camarades viennent le voir et l’aident à finir ses études.

- Il a quand même un peu de chance ton étudiant.

- Oui, sauf que le docteur qui le soigne pense qu’il a attrapé la tuberculose. Et cette maladie est mortelle à cette époque. Mais le jeune Dimitri résiste et, comme il a réussi à être diplômé, il est envoyé en 1855 se soigner en Crimée, au bord de la mer Noire, dans le sud du pays où l’air est plus sain. Là-bas, il enseigne les sciences au lycée de la capitale et, formidable bonne nouvelle, il finit par guérir.

- C’est bien, ça !

- Oui… En 1856, il revient alors à Saint-Pétersbourg et obtient un diplôme universitaire de chimie. En 1859-1861, il part s’instruire à Paris puis à l'université de Heidelberg en Allemagne. C’est dans ce pays, à Karlsruhe, qu’a lieu à cette époque le premier congrès international de chimie qui veut mettre de l’ordre dans toutes les connaissances accumulées par les savants. Il y assiste et découvre alors les idées du chimiste italien Cannizzaro, un fin connaisseur des poids atomiques. En 1863 Mendeleïev est nommé professeur à l'Institut de Technologie de Saint-Pétersbourg, puis en 1865 il devient docteur ès sciences avant d’obtenir le poste de professeur de chimie minérale deux ans plus tard. Il a alors trente trois ans. Il se marie cette même année et son mariage lui donne deux enfants. Il travaille sur divers sujets et surtout sur un classement des éléments qu’il a préparé ainsi : sur le mur de son labo, il punaise les fiches qu’il a faites pour chacun d’eux. Et il s’amuse, c’est ce que disent ses collègues, puisqu’ils appellent ça un jeu de patience, comme pour les cartes, à trouver une logique dans la façon dont évoluent les propriétés inscrites sur les fiches. Un élément, l’hydrogène, lui cause du souci pendant quelque temps parce qu’il ne sait pas où le mettre. Finalement il prend une décision et en 1869 il présente son travail pour la première fois aux scientifiques russes. Et ceux-ci n’y trouvent pas grand intérêt.

- Encore ? Ça ne devait pas être si important alors !

- Là tu te trompes, jolie chimiste. Et voilà pourquoi : dans son classement Mendeleïev a eu l’audace de corriger certains poids atomiques qu’il estimait anormaux et, surtout, il a laissé, comme Meyer avant lui, des cases vides mais, chose inouïe, en annonçant qu’il connaissait déjà les propriétés physiques et chimiques des éléments encore inconnus qui viendront s’y loger.

Le grand-père avait sorti un livre de la petite bibliothèque et après en  avoir consulté le sommaire l’avait ouvert devant Valéna.

 

 

 

Ti=50

Zr= 90

?=180

 

 

 

V = 51

Nb= 94

Ta=182

 

 

 

Cr = 52

Mo = 96

W = 186

 

 

 

Mn = 55

Rh = 104,4

Pt = 197,4

 

 

 

Fe = 56

Ru = 104,4

Ir = 198

 

 

 

Ni = Co = 59

Pl = 106,5

Os = 199

H = 1

 

 

Cu = 63,4

Ag = 108

Hg = 200

 

Be = 9,4

Mg = 24

Zn = 65,2

Cd = 112

 

 

B = 11

Al = 27,4

? = 68

Ur = 116

Au = 197 ?

 

C = 12

Si = 28

? = 70

Sn = 118

 

 

N = 14

P = 31

As = 75

Sb = 122

Bi = 210

 

O = 16

S = 32

Se = 79,4

Te = 128 ?

 

 

F = 19

Cl = 35,5

Br = 80

I = 127

 

Li = 7

Na = 23

K = 39

Rb = 85,4

Cs = 133

Tl = 204

 

 

Ca = 40

Sr = 87,4

Ba = 137

Pb = 207

 

 

? = 45

Ce = 92

 

 

 

 

?Er = 56

La = 94

 

 

 

 

?Yt = 60

Di = 95

 

 

 

 

?In = 75,6

Th = 118

 

 

 - Tu te rends compte de la confiance qu’il avait dans son travail ? dit-il après un petit moment.

- Et il ne s’est pas trompé ?

- Non. Je te donne un exemple de son pouvoir divinatoire : pour Mendeleïev l’élément inconnu suivant la case de l'aluminium doit avoir un poids atomique voisin de 68. Tu le vois ?

- Heu… oui, dit la petite fille après avoir parcouru le curieux tableau.

- Il y a un point d’interrogation à côté de 68.

- Mendeleïev dit de cet élément, qu’il nomme bizarrement éka-aluminium, qu’il doit fondre à basse température. Eh bien, six ans après, un français découvre un nouvel élément qui fond à 30° C environ et qui possède un poids atomique voisin puisque égal à 69,9… Ce n’est pas beau ça ?

- Ben si ! Mais la valeur est un peu différente, dit Valéna en se tournant vers le poster du Tableau Périodique moderne.

- Les mesures de l’époque sont plus ou moins justes, précisa son grand-père.

Valéna comprenant bien cela ajouta :

- Le nouvel élément c’est le n° 31, le gallium Ga.

- Oui… Je t’en dirai plus sur sa découverte dans un instant… Je continue avec Mendeleïev. Dans son enseignement il se montre très ouvert d’un côté, en admettant la présence de jeunes filles, mais d’un autre côté il l’est nettement moins car il les considère comme moins intelligentes par nature que les hommes.

 - Pff ! fit Valéna outrée et haussant les épaules. Il ne pourrait plus dire ça maintenant !

- Non. D’ailleurs on a déjà parlé de ce genre de mauvaise idée il y a quelque temps.

Valéna ne dit rien et son papy continua :

- À cette époque le pays est gouverné par un tsar et celui-ci n’apprécie pas du tout cet enseignant qui a plusieurs défauts : le premier, il est sibérien, le deuxième il a idées politiques progressistes puisqu’il est en faveur de réformes sociales, le troisième, il a divorcé puis s’est remarié. Il l’empêche ainsi d’être élu à l’Académie des Sciences et, suprême punition, en 1890, Mendeleïev, bien que couvert d’honneurs à l’étranger parce que devenu très célèbre, est exclu de l’université russe. En 1893, il est quand même nommé Directeur du Bureau des Poids et Mesures, poste qu’il occupe jusqu'à sa mort en 1907 et qui lui laisse du temps pour écrire sur divers sujets dont l’éducation et bien sûr la chimie…

Le grand-père s’interrompit. Valéna restait pensive, toute à cette histoire.

- Je trouve que ces histoires de savants sont vraiment intéressantes. Elles changent des histoires que l’on trouve d’habitude dans les livres. J’espère que dans mes futures études il y aura des professeurs pour faire comme toi.

- Je l’espère aussi car j’estime que raconter l’histoire de la chimie devrait être obligatoire… Ceci dit, on continue avec ce fameux Tableau. C’est encore surprenant ! Mais attends un peu… En France il n’y a qu’en 1900, soit presque trente ans après sa présentation, que les scientifiques ont le droit de l’utiliser complètement.

- Et pourquoi ça ?

- Parce que le responsable de l’enseignement scientifique de l’époque, un grand savant du nom de Marcellin Berthelot, n’aime pas les atomes car il ne leur trouve aucun intérêt ! Il préfère les équivalents comme ceux que Newlands a utilisés un moment.

- Et ça change quoi ?

- Ça change que la formule des molécules françaises est mal écrite. Par exemple celle de l’eau est toujours HO au lieu de…

- H2O.

- Oui… Bref, voici la suite de l’aventure, si j’ose dire… Le savant qui, le premier, a montré que Mendeleïev avait vu juste est donc le français, désolé pour le nom un peu long, Paul Emile Lecoq de Boisbaudran, né en 1838, mort en 1912. C’est un commerçant en alcool et amateur passionné de chimie qu’il pratique pour le plaisir et à ses frais dans la cave de sa maison. Il va effectuer un travail long et assez pénible sur la famille du bore B et de l’aluminium pour découvrir ce gallium. Il repère d’abord ce dernier dans du minerai, c’est-à-dire des roches, contenant du zinc Zn en provenance d’une mine des Pyrénées. Il utilise pour cela la spectroscopie, la méthode qui décompose la lumière pour en faire une espèce d’arc en ciel et dont tu as vu l’utilité lors de la découverte de la structure de l’atome. C’est une technique d’analyse très courante aujourd’hui encore, ne serait-ce que pour étudier la lumière des étoiles.

- Ah bon ?

- Absolument ! Lecoq découvre ainsi deux couleurs, en fait deux raies lumineuses, qu’il n’a jamais observées auparavant. Pour lui, aucun doute, c’est la signature d’un nouvel élément. Il veut donc mettre la main dessus et, pour ce faire, il traite chimiquement quelques centaines de kilos de ce minerai de zinc. Après de multiples précipitations, filtrations et attaques diverses, il réussit à obtenir un tout petit gramme de produit en 1875. Il en étudie les caractéristiques aussitôt et le présente comme élément nouveau en publiant ses résultats. Il vient en effet de découvrir qui est vraiment l’éka-aluminium. Le nom de gallium qu’il lui donne, symbolisé par Ga, est soit un nom dérivé du latin gallus, le coq, soit un nom dérivé de Gallia, la Gaule. On ne sait pas exactement. Toujours est-il que Mendeleïev apprend la nouvelle avec la satisfaction que tu peux deviner et il devient évident que son Tableau fait faire à la chimie en particulier et à la science en général un grand bond en avant. D’autant qu’en 1879, un suédois découvre le scandium Sc de masse 44, puis quelques années plus tard, en 1886, un allemand annonce le germanium Ge de masse 72,3, tous deux prévus par Mendeleïev sous le nom de éka-bore de masse 45 et éka-silicium de masse 70 ! Voilà donc Mendeleïev nouvelle star, comme on dirait aujourd’hui. Et tout est pour le mieux dans le monde savant… sauf que moins de dix ans plus tard, futur coup de tonnerre chez les chimistes, un grand scientifique anglais du nom de lord Rayleigh, né en 1842, fait une publication dans la célèbre revue scientifique Nature, et écrit à peu près ceci : …

Le grand-père réfléchit quelques secondes avant de continuer :

- Voilà : « Je suis particulièrement embarrassé par des résultats récents concernant la densité de l'azote, et serais reconnaissant envers l'un de vos lecteurs chimistes qui pourrait me faire quelque suggestion à ce propos. Selon deux méthodes de préparation j'obtiens des valeurs nettement distinctes. La différence est très faible, puisqu’elle est de 1/1000e, mais elle n’est pas due à une erreur expérimentale. Elle doit être attribuée à une variation dans le caractère du gaz. »

- 1/1000e, c’est pas beaucoup ! Et c’est quoi avec le Tableau ?

- Tu vas l’apprendre dans un instant.

- Bon. Mais qu’est-ce que ton savant faisait avec l’azote ?

- Mon savant, comme tu dis, est un sacré spécimen. Alors qu’il était âgé de trois ans, et qu’il ne parlait pas encore, son grand-père avait dit de lui: « Cet enfant sera ou particulièrement habile ou idiot ! »

- Il était sympa son grand-père !

- Oui. Mais le jeune Rayleigh va être un brillant élève bien que souvent malade. Bref, notre savant s'intéresse à beaucoup de sujets et un jour en étudiant la densité des gaz en général et donc celle de l'azote en particulier il fait la comparaison entre le diazote N2 comme on dit maintenant, que l’on trouve dans l’atmosphère, donc celui que tu respires, et celui qui provient de la décomposition de deux molécules d’ammoniac NH3 qui donne N2 + 3 H2. Ce dernier N2 est toujours le plus léger. Il travaille sur ce problème pendant deux ans en répétant ses analyses mais il n’arrive pas à comprendre ses résultats. D’où sa demande d’aide. Cette aide il la trouve auprès d’un autre savant anglais du nom de Ramsay, né en 1852. Ramsay, meilleur connaisseur du problème des gaz, lui suggère qu'il devait exister un autre gaz plus lourd mélangé à l'azote atmosphérique. Tous les deux se mettent d’accord pour unir alors leurs efforts pour le prouver, mais en utilisant des techniques différentes. Finalement ils réussissent à caractériser effectivement un nouveau gaz qui se montre inerte chimiquement et qu’ils nomment de ce fait argon, du grec argos qui veut dire inerte, et qu’ils symbolisent par Ar. Ils publient ensemble en 1895 un article intitulé « L'Argon, un nouveau constituant atmosphérique ». Ce travail stupéfie bon nombre de chimistes, qui ne peuvent pas imaginer qu'un gaz fut aussi lourd. Il suscite donc quelques critiques désagréables. Rayleigh, qui obtiendra le prix Nobel en 1904, y réplique de manière humoristique : « Le résultat est sans aucun doute fâcheux et tout ce que nous pouvons faire est de nous excuser pour nous-mêmes et pour le gaz ! » C’est beau, ça, hein ?

Valéna qui souriait ne dit rien. Son papy continua :

- Ce nouvel élément Ar a un poids atomique de 40 alors que celui de l'azote est seulement de 28. Le problème est qu’il n’y a aucune place prévue pour lui dans la classification de Mendeleïev !

- Ça ne devait pas être trop grave parce que le Tableau existe toujours.

- C’est vrai. Et cela, parce que Ramsay, prix Nobel lui aussi en 1904, aidé par son technicien nommé Travers va découvrir toute une série de gaz analogues. En bon anglais humoriste, en 1897, devant l'Association Britannique pour l'Avancement de la Science, dans la section de chimie, il commence un exposé pour parler de ses recherches par ces mots : « Le sujet de mes remarques aujourd'hui est un nouveau gaz. Je vais vous décrire tout à l'heure ses curieuses propriétés ; mais il serait malhonnête de ma part de ne pas vous signaler tout de suite sa plus remarquable propriété - il n'a pas encore été découvert. Comme il n'est pas encore né, il n'a pas encore été nommé... » C’est rigolo, hein ?

Valéna sourit à nouveau sans rien dire et son papy continua :

- Ce gaz ce sera le Néon Ne qui existe dans l'air en quantités très, très petites puisque dans un million de litres d’air il n’y en a que dix huit litres ! Je ne te dis pas le travail qu'il leur a fallu faire pour le récupérer… En quelques années les deux chercheurs isolent encore l’hélium, He, et découvrent en plus le krypton, Kr, le xénon, Xe et le radon, Rn, un gaz radioactif. Et tous ces gaz forment une nouvelle famille car tous ont la même propriété, ils ne donnent pas de réactions chimiques. Les caractéristiques particulières de ces nouveaux éléments permettent de leur trouver facilement une place dans le Tableau, en créant donc simplement un nouveau groupe en parfaite continuation des autres. Une fois encore le classement a résisté !

- Le Tableau était alors comme celui qui est au mur ?

- Non. Pas encore. En fait ce Tableau va avoir plusieurs présentations et sa forme définitive, avec comme dernière colonne les gaz inertes des anglais, sera adoptée après bien des travaux encore. Il y a d’abord ceux d’un physicien suédois du nom de Rydberg. Ce dernier propose de remplacer le poids atomique par un numéro atomique Z qui représente, si tu t’en rappelles, le nombre de charges positives ou de protons que possède chaque atome dans son noyau. Il y a ensuite ceux d’un anglais nommé Moseley, un jeune scientifique malchanceux car il sera tué à 28 ans pendant la guerre de 1914.

Le grand-père vit Valéna faire la moue sans rien dire. Il continua :

- Moseley est un élève de Rutherford, le découvreur de la fameuse structure atomique dont on a déjà parlé. Il confirme, en 1913, que le classement sur le numéro Z est bien le meilleur en démontrant expérimentalement que la charge positive des noyaux atomiques augmente par palier d’une unité en parcourant chaque ligne, c’est-à-dire, chaque période du Tableau…

Le grand-père s’interrompit un instant avant d’ajouter :

- Et voilà l’histoire de cette formidable Classification Périodique des Éléments imprimée sur le poster que tu connais bien et si indispensable dans chaque laboratoire.

- Il a fallu combien de temps en tout pour la faire ? demanda Valéna.

- Heu… une cinquantaine d’années à peu près… Maintenant on va faire pratique et indispensable, c’est-à-dire comprendre l’utilisation de ce Tableau. Ça te va ?

- Je fais comme tu veux.

- Bon. Tout d’abord je te donne une façon rigolote pour retenir les symboles, et il y en a d’autres, moins présentables, mais tout aussi efficaces. Voici une facile : « Napoléon Mangeait Allègrement Six Phoques Sans Claquer d'Argent ! »  qui te liste la période n = 3.

Valéna réfléchit un instant, surprise, avant de répéter :

- Napoléon… Na, mangeait… Mg… C’est marrant !

- Oui, et plus c’est rigolo plus c’est efficace. D’ailleurs rien ne t’empêche d’en inventer aussi.

- Mais les étudiants doivent connaître tout le Tableau ?

- Bien sûr que non. Avec l’habitude ça vient tout seul. Depuis l’époque de Mendeleïev où il existait une soixantaine d’éléments le Tableau a dépassé de loin la centaine d’éléments. Le poster que tu as sous les yeux est un peu vieux, c’est pour cela qu’il s’arrête à 103.

Le grand-père s’interrompit puis reprit :

- Tu dois savoir aussi que, comme d’habitude avec la gente humaine, les querelles existent. Cela a été le cas lors de la découverte ou l’appellation de nouveaux éléments. C’est pour cela qu’une norme internationale a mis tout le monde d’accord en établissant qu'à partir de Z = 110 les noms en –ium de certains des nouveaux éléments, déjà découverts ou susceptibles de l'être, seront basés sur des racines latines. Je t’en donne un exemple qui nécessite une bonne élocution : Unununium, symbole Uuu, pour le n° 111, car en latin un se dit… un !

- Tu parles d’un nom !

- Eh oui... Bon… Voyons maintenant la façon d’utiliser ce fameux Tableau. D’abord, les colonnes. Toutes, sauf une, la dernière parfois, portent ainsi que tu l’as déjà remarqué, un chiffre romain et une lettre majuscule comme IA, IVA, IIIB etc. Et ceci pour rappeler les réactions chimiques identiques des éléments qu’elles contiennent. Ce qui fait que ces colonnes sont aussi appelées Groupes. On donne à ces derniers un nom particulier, par exemple IA pour les métaux alcalins, VIIA pour les halogènes, VIII ou 0 pour les gaz rares…

- Halogène, ça me rappelle les lampadaires à halogène.

- Tout à fait, puisque leur lumière provient de l’excitation d’un composé de l’élément iode I.

- Ah, c’est pour ça ?

- Ben, oui… Maintenant, passons aux choses plus sérieuses. Ici je dois te faire un petit rappel. Lorsque je t’ai parlé des orbitales, je t’ai précisé que le nombre de celles-ci dans une couche appelée n est n2 et que cette couche est occupée par un maximum de 2n2 électrons.

- Je sais. Le calcul est facile. La couche n = 2 contient n2 = 4 orbitales et renferme 2n2 = 8 électrons.

- Bien. Je t’ai appris aussi que les orbitales occupées étaient appelées s et p et qu’il n’existait qu’une seule de type s mais trois de type p.

- Oui… je me rappelle bien de px, py et pz.

- Exact. Si, comme l’a dit Moseley, on distingue maintenant un à un les électrons dans les orbitales, on obtient les valeurs successives suivantes : la période n = 1 contiendra 2 électrons : Z = 1 et  2, ce qui veut dire donc 2 éléments. La période n = 2 contiendra pour la même raison 8 éléments : Z = 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. La période n = 3 contiendra, elle, 18 éléments : Z = 11, 12, ..., 28, etc. Regarde comment se présente tout cela, sur le petit tableau suivant que je te dessine de n = 1 à n = 3. 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

n = 1

s1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s2

n = 2

s1

s2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p1

p2

p3

p4

p5

p6

n = 3

s1

s2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p1

p2

p3

p4

p5

p6

type

s

d et f pour n = 4 et plus

(voir texte)

px

py

pz

 À la fin de son schéma, le grand-père expliqua :

- De manière à le faire correspondre au Tableau Périodique j’ai tracé 18 colonnes. J’ai fait en sorte que celles qui sont aux deux extrémités contiennent, pour chaque période, au début, la plus petite valeur de Z, et à la fin la plus grande…

Une chose sauta tout de suite aux yeux de Valéna.

- Ta période n = 3 est la même que celle qui a n = 2. Pourquoi ?

- Parce que Dame Nature fait parfois des caprices comme on a eu l’occasion de le voir à plusieurs reprises auparavant ! Il manque effectivement 10 orbitales. Elles sont d’un type dont je ne t’ai pas parlé. On les appelle orbitales d. C’est avec elles que la lettre B apparaît dans le Tableau Périodique. Ces orbitales, pour une raison physique que je ne peux pas t’expliquer ici, vont se décaler dans la période immédiatement supérieure, ici n = 4. Ce qui veut donc dire que la période n = 3 ne renferme, comme la période n = 2, que 8 éléments tandis que la période n = 4 en renferme 18.

- Mais 2n2 pour 4 ça fait heu… 32. Il en manque encore alors ?

- Oui. Pour la même raison. Les 14 manquantes, on les appelle cette fois-ci orbitales f, vont se retrouver elles aussi un cran au-dessous, donc sur n = 5. Mais tout cela tu l’apprendras mieux plus tard. Tout ce que je te demande aujourd’hui c’est de comparer mon tableau et le vrai.

- D’accord.

- L’hydrogène H possède un seul électron, tu le sais depuis longtemps, de même que l’hélium He n’en a que deux. Le savant va alors écrire leur formule électronique respective, ainsi que je te l’ai déjà dit, comme 1s1 et 1s2. Tu vois pourquoi ?

- Oui. C’est facile.

- Bien. Alors donne moi le nom et la formule électronique du numéro 11.

Valéna compara une nouvelle fois les deux tableaux et dit :

- C’est le sodium Na. Il est dans la première colonne de la période n = 3… C’est 3s1 ?

- Non.

- Pourquoi ?

- Tu as oublié un détail.

- C’est quoi ?

- Réfléchis un peu… Pourquoi as-tu dis que c’était le sodium ?

- Parce qu’il correspond à la case n° 11.

- Oui. Qu’est-ce que ça veut dire ?

- Qu’il est avec Z = 11 électrons.

- Oui. Et toi tu me dis qu’il est avec un seul électron puisque tu annonces 3s1.

Valéna réfléchit un instant puis dit :

- Il faut écrire les onze électrons alors ?

- Oui. Et pour ça, tu dois parcourir toutes les cases de chaque ligne depuis 1s1.

- Ah, d’accord… Je te dis : 1s1 1s2 2s1 2s2 2p1 2p2 2p3 2p4 2p5 2p6 3s1. C’est bon ?

- Sur le principe, oui. Mais cette façon de faire est trompeuse.

- Pourquoi ?

- Parce qu’elle semble donner plus que les onze électrons puisque, comme le veut la règle, on additionne tous les exposants des lettres. Il faut bien voir que de 2p1 à 2p6 on fait un remplissage de la série. La bonne écriture de cette formule électronique doit donc être résumée par celle-ci : 1s2 2s2 2p6 3s1 avec, comme prévu, 2 + 2 + 6 + 1 = 11. Grâce aux couches pleines, on simplifie l’écriture… Allez, un autre exemple,  Z = 16.

Valéna repéra le soufre S et s’appliqua à faire au plus simple. Elle annonça ainsi en prenant son temps : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4. C’est ça ?

- C’est ça. Mais comme les scientifiques aiment à être efficaces ils vont encore faire une simplification en ne détaillant que la dernière couche… Voilà comment : tu dois remarquer que les premières couches, toutes remplies, correspondent à un élément qui est forcément dans la dernière colonne p6… Donc, tu vas utiliser l’élément de cette colonne dont le Z vient juste avant celui de l’élément que tu étudies. Quel est cet élément dans notre dernier exemple ?

- Heu… C’est le n° 10, le néon Ne.

- Oui. Et l’écriture de la structure de S sera traduite ainsi : [Ne]10 3s2 3p4. Un autre exemple : P, pour lequel Z égal 15 va être écrit sous la forme [Ne]10 3s2 3p3.

- C’est sûr que ça va vite comme ça.

- C’est moins fatigant à écrire en plus ! Tu as bien saisi ?

- Oui, oui.

- Bien. Maintenant on va aller un peu plus loin avec ces électrons en se posant la question suivante : comment se présentent-ils lorsqu’ils arrivent se placer dans les orbitales ?

- On peut le savoir ?

- Oui. Et facilement en plus. Pour ce faire, il est indispensable de considérer leur « sens de rotation » ou spin.

- Ah, oui. L’électron toupie ?

- Juste. Ce spin qui est symbolisé par la lettre s, à ne pas confondre avec l’orbitale de même nom, va être représenté ici par une petite flèche qui symbolise un sens de rotation, soit vers le haut, soit vers le bas. Exemples : H (Z = 1 ; 1s1) aucune difficulté, et He (Z = 2 ; 1s2) ­↑↓. Ce dernier cas te rappelle qu’il n’y a que deux électrons présents au maximum sur chaque orbitale quelle qu'elle soit, s, p et autres d et f. Comme tu le constates ici, les deux électrons de la même orbitale ont des spins opposés. C’est une règle physique qui l’impose. Ce sera toujours comme cela. C’est clair ?

- C’est clair !

- Bon… Avec ce principe tu vas pouvoir me représenter la série suivante : C-6, N-7 et O-8. Elle va nous permettre de répondre à la question de tout à l’heure. Ici tu vas considérer chaque orbitale une à une et faire en sorte qu’un électron l’occupe avec un spin flèche vers le haut d’abord. Pour que ton travail soit correct, tu souligneras tes flèches comme le veut la règle.

- C’est bon.

Valéna commença par examiner les tableaux devant elle, prit son feutre et dit :

- Le carbone C, n° 6, 1s2  ­↑↓ ...

Elle s’arrêta :

- C’est ça ?

- Oui.

- Bon, je continue : … ↑↓  2s2 ­↑↓ 2p2 ­   ­                               

- C’est bien. L’azote N maintenant.

Valéna recommença, et cette fois-ci un peu plus vite, n° 7 : 1s2 2s2 2p3   ↑↓  ­↑↓  ­   ­,  puis fit aussitôt l’oxygène O en disant n° 8 : 1s2 2s2 2p4 :   ­↑↓  ­↑↓  ­  ­  ­    ...

Mais elle s’arrêta soudain et se tourna vers son papy pour lui demander :

- Je mets où le quatrième électron p ?

- Avec le premier, c’est plus naturel.

- D’acc., dit-elle en finissant son travail :  :   ↑↓  ­↑↓   ↑↓ ­    .

Son papy intervint alors :

- Très bien. Retiens bien cela : comme tu le vois maintenant dans la famille p, et ce sera valable pour toutes les familles d’orbitales d et f, les électrons arrivent d’abord avec des spins parallèles, pour occuper le maximum d’orbitales libres, puis quand la place manque, leur spin change et ils viennent avec les premiers déjà en place.

- Je crois que j’ai bien compris.

- Alors, une dernière chose là-dessus. Retiens encore ceci : les savants disent électrons appariés s’il y a les deux directions de flèche ­↑↓, et électrons célibataires pour un seul sens ­.

Valéna répéta :

- Électrons appariés, électrons célibataires.

- Parfait. Eh bien, figure-toi que c’est grâce aux électrons célibataires que se font les réactions chimiques. Parce qu’ils sont sympas en acceptant que d’autres, des étrangers, arrivent se loger chez eux. Exemple : deux atomes H (1s1) vont réagir ensemble pour former le gaz dihydrogène H2 en appariant leur électron ­¯… Tiens regarde ce petit schéma qui illustre quelques autres exemples.

Le grand-père traça vite fait divers atomes et molécules en représentant par de gros points leurs électrons.

Valéna observa les exemples proposés par son papy et, après un court instant, assura :

- Je comprends mieux comme ça… Tu n’as pas dessiné exprès tous les électrons qui ne servent pas ?

- Oui, et note bien qu’il y a 8 électrons autour des atomes centraux ; c’est la règle dite de l’octet due à un chimiste américain, G. N. Lewis. Quand les électrons sont déjà appariés ils empêchent, sauf cas spécial, toute réaction chimique de se produire. Exemple, l’hélium (1s2) qui n’existe que comme He et pas He2. Et c’est le cas de tous les gaz rares de cette colonne comme l’indique la signification du nom de l’argon, inerte. Ar existe mais pas Ar2 etc. C’est bien rentré là ? fit le grand-père en pointant son index sur le front de sa petite-fille.

- Je répète, dit celle-ci : électron célibataire égal réaction chimique possible. Ça te va, comme ça ?

- Parfaitement… Maintenant on va parler un peu des ions, cations et anions, ça te rappellera quelque souvenir. Ça ne sera pas long… Quand un atome devient un cation, son nombre d’électrons diminue et donc son numéro Z recule dans le Tableau Périodique.

- Je me rappelle… l’atome devient plus…

Le grand-père intervint :

- Dis positif.

- L’atome devient positif parce que la charge positive de son noyau devient plus forte que celle des électrons qui restent.

- Très juste.

- Merci à ta balance Bipi !

- Tu te souviens de celle-là aussi ?

- Et je peux même te dire que la charge positive de l’ion est égale à son numéro de Groupe.

- Très, très bien, mais il faut ajouter au ma-xi-mum. Quelques exemples : H, Z égal 1 et Groupe I, devient H+, Z égal 0 ; Na, Z égal 11 et Groupe I, devient Na+, Z égal 10 ; C, Z égal 6 et Groupe IV, devient C4+, Z égal 2, etc.

- Je peux faire aussi ?

- Bonne idée.

- Le chlore Cl, Z égal 17 et Groupe VIIA devient Cl7+, Z égal 10.

- Exact. Ce n’est pas plus difficile que ça. Et remarque en plus que ton Cl7+et le Na+ ont alors un même nombre d’électrons égal à 10. Les savants disent d’eux qu’ils sont isoélectroniques, du grec isos pareil. Et tu peux ajouter à la famille Ne et Mg2+ etc.

Valéna regarda le tableau et vit que Mg dans le Groupe IIA avec Z égal 12 devait perdre deux électrons au maximum.

- Je suis d’accord, dit-elle.

- Bien. Maintenant tu peux me dire ce qui se passe pour les anions ?

- C’est l’inverse, tu m’en as déjà parlé avec la Bipi. Ils ont plus d’électrons que ceux de leur colonne. Je fais un exemple ?

- Je ne demande que ça.

- Je prends encore le Cl. Il est Z égal 17 et devient Cl- avec Z égal 18.

- Un autre, le carbone.

- Z égal 6 devient C4- avec Z égal 10.

- Tu m’expliques ?

- En fait, le Z avance jusqu’à la dernière colonne, la VIII ou 0. C4- c’est, heu… 1s2 2s2 2p6.

- Impeccable. Maintenant tu es donc capable de trouver la formule de n’importe quel ion… Le phosphore P, colonne VA, qui peut être cation et anion.

- Le cation sera au maximum P5+ avec Z égal à 15-5=10 et l’anion P3- avec 15+3 = 18 et donc 1s2 2s2 2p6  3s2 3p3+3=6.

- Excellent, demoiselle ! … Rien ne t’empêche aussi d’utiliser la formule raccourcie avec le gaz rare précédent, comme par exemple : P5+ (Z = 10) : [Ne]10 et P3- (Z = 18) : [Ne]10 3s2 3p6… Vu ?

- Vu.

- Allez, on va encore de l’avant… Les atomes sont considérés de manière simple, un peu comme des billes, ou de manière plus savante comme des particules de forme sphérique. On mesure alors leur taille par un rayon qui a pour unité le nom d’un savant suédois appelé Ångström. Son abréviation est Å et un Å vaut 10-10 m c’est-à-dire…

Valéna intervint soudainement :

- Laisse moi trouver.

Elle mit sur le papier tous les zéros en les groupant par trois et dit en analysant la série :

- Ça fait… 0,000 000 000 1 mètre, dit-elle en comptant les zéros sur ses doigts, et elle ajouta : un milliardième de mètre.

- C’est parfait, dit le grand-père, qui lisait de la fierté sur le visage de sa petite-fille.

- Facile, dix chiffres après la virgule.

- Bien. Aujourd’hui, on parle aussi en picomètre de symbole pm dont la valeur est 10-12 m. Et tu peux alors voir facilement que 1 Å égal 100 pm… À ton avis, lequel des atomes est le plus gros entre l’un qui a peu d’électrons et l’autre qui en a beaucoup.

- Ben, c’est le deuxième.

- Oui et non…

- Tu m’expliques.

- Bien sûr ! Par un exemple d’abord. Dans la période n égal 3, le rayon de Na (Z = 11) est 1,54 Å et celui de Ar (Z = 18) est 0,98 Å.

- Comment ça se fait ?

- C’est simple : plus Z augmente plus l'attraction des électrons - par le noyau + devient forte, et les couches n se resserrent. Dans une même couche la taille doit donc diminuer de gauche à droite des périodes du Tableau.

Valéna ne dit rien mais réfléchissait. Son grand-père poursuivit :

- Il y a inversement deux raisons pour qu’un atome soit gros : d’une part, ses électrons se repoussent les uns les autres, puisqu’ils ont la même charge et, d’autre part, plus il y a d’électrons plus il faut de couches pour les loger. Ainsi, dans un Groupe, le premier est plus petit que le dernier, le rayon atomique augmente donc en descendant le Groupe… Exemple : l’anion fluorure F- de rayon 1,36 Å et l’anion iodure I- de rayon 2,16 Å, séparés par le chlorure 1,81 Å et le bromure 1,95 Å…

Le grand-père s’arrêta avant de demander à sa petite-fille si elle avait des questions.

- Non, pas maintenant, répondit celle-ci.

- Bon. Tu pourras de toute façon trouver dans les livres des tableaux de chiffres qui te donneront plus d’exemples... Pour les ions, il est évident que la taille de l’atome qui leur a donné naissance est plus grande pour le cas du cation, plus petite pour le cas de l’anion… Regarde encore ce schéma avec H+, H et H-. Tu le comprends ?

- Ben, oui. On enlève des électrons pour faire maigrir un atome donné, ou on lui en ajoute pour qu’il grossisse.

- Exactement. Mais ici tu peux voir aussi que le noyau de H- ne peut attirer les électrons qu’avec une force moitié de celle qui existe dans H…

- Ah ben oui ! 1+ pour 1- dans H et 1+ pour 2- dans H-. Je n’avais pas pensé à cela.

- Pas grave. Il nous reste maintenant, pour finir, à parler rapidement du résultat des réactions chimiques entre atomes en détaillant ce qui arrive du point de vue des liaisons qui peuvent se former dans le nouveau produit. D’abord, comme cette liaison consiste en un appariement (­¯) d’électrons célibataires, on dit qu’un doublet électronique de liaison s’est créé. Ensuite, il ne peut se former entre deux atomes qu’un nombre de liaisons compris entre un et trois, pas plus. Exemples : H, un électron célibataire, une liaison, comme dans H-H ; O, deux électrons célibataires, deux liaisons, comme dans O=O ; N, trois électrons célibataires, trois liaisons, comme dans NºN.

- D’accord. Je vois bien. D’ailleurs tu en as déjà parlé en chimie organique.

- Exact. Mais je reviens de la même manière au carbone. Tu le connais pour faire quatre liaisons. Or, il y a un problème avec ce petit futé !

- Ah bon ? Pourquoi ?

- Il possède normalement deux électrons célibataires… Mais jetons un œil à sa formule électronique.

Valéna regarda sur sa feuille et dit, étonnée :

- 1s2 2s2 2p2. C’est vrai, il n’a que deux électrons célibataires !

- Oui. Ce qui veut dire qu’il devrait faire deux liaisons. Tu es d’accord ?

- Oui.

- Bon. Maintenant détaille bien les orbitales p de C que tu as écrites il y a un instant. Que remarques-tu ?

- Il y en a une qui n’est pas occupée et que je n’ai pas écrite.

- Je t’ai dit que C est un petit futé. Eh bien, c’est grâce à cette orbitale vide qu’il va faire quatre liaisons. Voici comment il procède : il transforme sa formule électronique en chassant le deuxième électron de l’orbitale 2s pour lui faire occuper l’orbitale 2p vide. Résultat, quatre électrons célibataires, car 1s2 2s2 2p2 devient 1s2 2s1 2p3 ! Pure magie. Donc, C va pouvoir faire deux ou quatre liaisons selon les circonstances. Par exemple, avec l’oxygène il donne l’oxyde de carbone CO, soit  C=O, et le dioxyde de carbone ou gaz carbonique CO2, soit O=C=O. Note bien que les quatre liaisons de C se font toujours avec deux autres atomes.

- C’est encore ta chimie bizarre !

- Eh, oui !… Moralité : jamais quatre liaisons entre deux atomes ! Toute dernière chose maintenant. Les liaisons correspondent à trois comportements différents des atomes… Je m’explique : fabriquons un nouveau produit, appelons-le n°1, et admettons que ses atomes fonctionnent en équipiers partageurs. Cela veut dire que chez eux les électrons de liaison sont mobiles et se promènent d’un atome à l’autre : le savant dit qu’il se forme alors une liaison métallique, comme dans le fer. C’est grâce à elle que les métaux sont conducteurs de l’électricité. Soit maintenant un nouveau produit, le n°2 pour lequel on admet que les atomes sont des conservateurs ou des égoïstes, chacun d’eux gardant tous ses électrons. Il se forme alors une liaison covalente comme dans le dihydrogène H2. Soit enfin un dernier nouveau produit, le n°3, pour lequel on constate que ses atomes se rangent en deux moitiés : l’une qui cède un ou plusieurs de ses électrons à l’autre qui l’accepte sans aucun problème. Eh bien, cet échange correspond à la liaison ionique comme celle qui existe dans le chlorure de sodium NaCl, en fait  Na+- Cl-. Pour ces divers cas le savant dira que la taille de ces atomes nouvellement liés aux autres est mesurée par un rayon métallique, un rayon covalent ou un rayon ionique respectivement. Voici le schéma de chaque type de liaison :

Le grand-père se mit à dessiner sur le tableau blanc.

- Voilà, reprit-il. C’est plus parlant que mon bla-bla.

- Comme ça, oui.

- Bon. Tu connais maintenant l’essentiel concernant les atomes en chimie.

- Je crois que je l’aime encore plus ta chimie. Elle est un peu difficile à retenir par moment, mais avec toi, les livres et internet je saurai me débrouiller pour en savoir encore plus.

- Excellentes idées, demoiselle… Bien, ceci étant, je crois que j’ai dû perdre un kilo de salive ! J’ai une petite soif.

- En français ça veut dire qu’on rentre à la maison alors ?

- Tout juste. Je l’ai bien méritée ma petite bière, non ?

- Oui… et moi une…

- Je sais… une petite glace au chocolat.

- Puisque j’ai bien suivi ce que tu m’as dit. Tu es d’accord ?

- Sacrée petite bonne femme. Tu m’auras toujours, hein ?

Valéna ne dit rien, mais son sourire était éloquent.

- Allez, ajouta son papy, on range tout et on ferme boutique.