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Éléments en 30 secondes Les 50 éléments chimiques les plus importants, expliqué

Éléments en 30 secondes Les 50 éléments chimiques les plus importants, expliqués en moins d’une minute Sous la direction de Eric Scerri Collaborateurs Hugh Aldersey-Williams Philip Ball Brian Clegg John Emsley Mark Leach Jeffrey Moran Eric Scerri Andrea Sella Philip Stewart Éléments en 30 secondes Copyright © 2013, Éditions Hurtubise inc. pour l’édition française en Amérique du Nord Titre original de cet ouvrage : 30-Second Elements Les Éditions Hurtubise bénéficient du soutien financier du gouvernement du Canada par l’entremise du Fonds du livre du Canada (FLC) et du gouvernement du Québec par l’entremise du programme de crédit d’impôt pour l’édition de livres pour leurs activités d’édition. Direction de création : Peter Bridgewater Direction de publication : Caroline Earle Direction artistique : Michael Whitehead Édition : Jason Hook Chargé de projet : Jamie Pumfrey Édition scientifique : Sara Hulse Design et maquette : Ginny Zeal Illustrations : Ivan Hissey Rédaction des textes des glossaires : Charles Phillips Traduction de l’anglais : Daniel Lauzon Révision de l’édition française : Christine Barozzi Correction d’épreuves : Corinne Dumont Mise en pages et montage de la couverture : Nathalie Tassé Édition originale produite et réalisée par : Ivy Press 210 High Street, Lewes East Sussex BN7 2NS, R.-U. Copyright © 2013, Ivy Press Limited Copyright © 2013, Éditions Hurtubise pour la traduction française ISBN : 978-2-89723-212-2 ISBN (PDF) : 978-2-89723-213-9 ISBN (ePub) : 978-2-89723-214-6 Dépôt légal : 3e trimestre 2013 Bibliothèque et Archives nationales du Québec Bibliothèque et Archives Canada Diffusion-distribution au Canada : Distribution HMH 1815, avenue De Lorimier Montréal (Québec) H2K 3W6 www.distributionhmh.com Tous droits réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être re- produite, stockée dans quelque mémoire que ce soit ou transmise sous quelque forme ou par quelque moyen que ce soit, électronique, mécanique, par photocopie, enregistrement ou autres, sans l’autorisation préalable écrite du propriétaire du copyright. www.editionshurtubise.com 5/286 SOMMAIRE Introduction Alcalins et alcalino-terreux GLOSSAIRE ET ÉLÉMENTS Sodium Potassium Francium Portrait : Dmitri Mendeleïev Magnésium Calcium Radium Terres rares GLOSSAIRE ET ÉLÉMENTS Prométhium Europium Gadolinium Protactinium Uranium Portrait : Glenn T. Seaborg Plutonium Halogènes et gaz rares GLOSSAIRE ET ÉLÉMENTS Fluor Chlore Iode Astate Portrait : William Ramsay Hélium Néon Argon Métaux de transition GLOSSAIRE ET ÉLÉMENTS Chrome Fer Cuivre Technétium Portrait : Emilio Segrè Argent Hafnium Rhénium Or Mercure Copernicium Métalloïdes GLOSSAIRE ET ÉLÉMENTS Bore Silicium Germanium Arsenic Antimoine Tellure Portrait : Marie Curie Polonium Autres métaux GLOSSAIRE ET ÉLÉMENTS Aluminium Gallium Portrait : Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran Indium Étain Thallium Plomb Non-métaux GLOSSAIRE ET ÉLÉMENTS Hydrogène Carbone Azote Oxygène 7/286 Phosphore Soufre Portrait : Pekka Pyykkö Flérovium Ununseptium APPENDICES À propos des collaborateurs Ressources Index Remerciements 8/286 INTRODUCTION Eric Scerri Jamais les éléments du tableau périodique n’ont suscité autant d’intérêt que de nos jours. Bien sûr, nous avons tous eu l’occasion de nous familiariser avec ce tableau dans nos cours de sciences physiques. Chacun se souvient de la grande affiche qui décorait les murs de la classe ou du labo de chimie ; et certains peuvent même avoir été obligés de l’apprendre par cœur, du moins en partie. Il répertorie tous les éléments connus, les composantes les plus fonda- mentales de notre planète – et, pour autant que nous sa- chions, de tout l’univers. Mais ce qui peut nous avoir échappé à l’époque, c’est que le tableau périodique est sans contredit l’une des dé- couvertes scientifiques les plus importantes jamais réal- isées, sur laquelle repose l’ensemble de notre compréhen- sion actuelle de la chimie. L’idée de départ est d’une simpli- cité trompeuse : quand on ordonne les éléments selon la masse de leurs atomes, on tombe périodiquement sur un élément dont les propriétés physiques et chimiques rappel- lent celles d’un autre élément rencontré plus haut. Il ne s’agit pas d’un phénomène occasionnel ou isolé, mais qui s’applique à tous les éléments du tableau périodique à l’ex- ception des tout premiers, qui bien sûr n’ont pas d’équival- ents plus légers en termes de masse atomique. Ainsi, la séquence linéaire des éléments peut être placée dans une grille à deux dimensions, un peu comme les calendriers nous montrent les jours de la semaine qui revi- ennent périodiquement au cours d’un même mois. Cette dis- position permet de regrouper l’extraordinaire variété des éléments de manière cohérente, et d’en faire ressortir les corrélations. Évidemment, de nos jours, nous ordonnons plutôt les éléments selon leur numéro atomique (le nombre de protons). Mais cette évolution, bien qu’elle ait permis de corriger un fâcheux problème (celui des « paires inversées »), n’a pas transformé le tableau périodique de façon significative. Dmitri Mendeleïev Le chimiste russe Dmitri Mendeleïev fut le premier à présenter le tableau périodique des éléments sous la forme que nous lui con- naissons aujourd’hui, tout en prédisant l’existence d’éléments 10/286 jusqu’alors inconnus. Il est généralement considéré comme le père du tableau périodique. À l’époque où le chimiste russe Dmitri Mendeleïev et quelques confrères découvraient le système périodique, il n’existait aucune explication sous-jacente, aucune raison apparente pour justifier cette parenté entre les éléments. Mais le seul fait qu’on puisse les organiser si facilement en un système d’une telle élégance laissait présager de plus amples découvertes. Ainsi, Mendeleïev put se servir du tableau périodique afin de prédire l’existence d’éléments qui n’avaient jamais été découverts. En l’espace d’une quinzaine d’années, trois de ses prédictions les plus connues furent confirmées. La découverte du gallium, du scandium et du germanium cimenta l’idée que le système périodique avait mis au jour une réalité profonde concernant les éléments chimiques et leurs relations. Au tournant du xxe siècle, de nombreux physiciens, dont J.J. Thomson, Niels Bohr et Wolfgang Pauli, tentèrent d’ex- pliquer les fondements du système périodique. Le physicien anglais Thomson, découvreur de l’électron, fut l’un des premiers à avancer que les électrons de l’atome pouvaient être répartis d’une manière spécifique, aujourd’hui appelée configuration électronique. Le physicien danois Niels Bohr perfectionna ces configurations et fournit ce qui demeure l’explication courante de la périodicité des éléments : pour- quoi ils se répètent à intervalles ou, en d’autres termes, pourquoi on peut les classer dans des groupes spécifiques (les colonnes du tableau périodique). La réponse de Bohr est que les éléments d’une même colonne possèdent un même nombre d’électrons sur la couche périphérique, explication qui reposait sur l’idée naissante voulant que les réactions chimiques soient conditionnées par les électrons périphériques. 11/286 12/286 Le tableau de Mendeleïev, 1871 Le catalogue des éléments publié en 1789 par Antoine Lavoisier est à l’origine de la liste moderne, mais il fallut attendre la première grille de Mendeleïev en 1869, et sa proposition finale en 1871, pour voir la naissance du tableau périodique. Études radioactives Pierre et Marie Curie se sont donnés corps et âme pour la science, vivant dans la pauvreté afin de financer leurs recherches. Leur dangereuse étude des éléments radioactifs a depuis contribué au développement de la physique nucléaire moderne. Ensuite, ce fut au tour du physicien autrichien Wolfgang Pauli d’étoffer la représentation des configurations électro- niques en introduisant la notion de degré de liberté des électrons, aujourd’hui baptisée « spin ». En somme, les travaux visant à expliquer le système périodique ont énormément contribué au développement de la théorie 13/286 quantique ; et ces idées quantiques ont, en retour, fourni le fondement théorique du système périodique des éléments. Ce livre concis et facile d’approche vous propose de dé- couvrir 50 éléments du tableau périodique parmi les mieux connus et les plus intrigants, qu’il s’agisse de métaux mous comme le sodium, que l’on peut trancher au couteau, du prodigieux métal liquide qu’on appelle mercure, ou du gaz toxique baptisé chlore qui fut la première arme chimique au monde. Chaque élément vous est présenté en seulement 30 secondes par de grands experts internationaux, réputés pour leurs talents de vulgarisateurs. Vous apprendrez aussi les noms des personnages historiques associés à chacun des éléments – parfois les premiers à les avoir isolés, parfois ceux qui ont cru les avoir isolés ; car la découverte des élé- ments a été marquée par bien des écueils et des fausses joies. Vous découvrirez les applications pratiques des éléments, leur rôle dans l’histoire, et la manière dont ils ont été dé- couverts. Dans certains cas, vous lirez au sujet des quer- elles qui ont précédé leur découverte ou leur création dans des accélérateurs de particules. Vous serez à même de con- stater que chaque élément possède sa « personnalité » propre, bien que leurs atomes soient tous identiques hormis leur nombre de protons, de neutrons et d’électrons. La chi- mie des éléments se réduit essentiellement à la physique des particules fondamentales, et pourtant, quelque chose semble empêcher toute réduction complète. Sinon, pourquoi les éléments posséderaient-ils une telle individualité tout en se conformant aux lois physiques fondamentales imposées par la mécanique quantique ? Voilà qui n’est pas sans rappeler l’incroyable diversité du règne animal, pourtant issu d’une seule et même créature primordiale. Car l’évolution a aussi joué en chimie, et con- stitue une autre facette de l’histoire des éléments. Dans leur 14/286 cas, la forme primordiale existe encore de nos jours. C’est l’élément uploads/Management/ elements-en-30-secondes.pdf