Mendeleïev : un tableau de maître !

-2- Un chimiste russe au XIXème siècle

 

En bref

 

Dmitri Ivanovitch Mendeleïev est né le 7 février 1834 à Tobolsk (Sibérie, Russie). Il était le cadet des 17 enfants (dont 14 survécurent) d'un directeur d’un collège, propriétaire d’une verrerie.

 

En 1849, après la mort de son père, sa famille s’installe à Saint-PétersbourgDmitri entre à l’université en 1850.

A vingt ans, il se fait connaître par un remarquable mémoire en chimie alors qu’il est toujours étudiant à l’université de Saint-Pétersbourg où il fut diplômé en 1856.

 

Nommé professeur à Simféropol puis à Odessa, il devient chargé de cours à l’université de Saint-Pétersbourg à l’âge de vingt-trois ans.

 

 Le périple européen

 

C'est grâce à une bourse de 22 mois, qu'en avril 1859 Mendeleïev entame un long périple, qui va le conduire auprès des plus grands chimistes français et allemands. 

 

A Paris, il rencontre M. Berthelot C.A.Wurtz et J.-B.Dumas ; à Munich il dialogue avec Justus von  Liebig.

 

Finalement, Mendeleïev choisit de se fixer à l'Université de Heidelberg où enseignaient les célèbres chimistes R.W.Bunsen, E.Erlenmeyer et G.Kirchhoff et vivait une importante diaspora  russe.

 

Bientôt Mendeleïev y rencontrera de nombreux compatriotes, dont le célèbre compositeur Alexandre Borodine (Dans les steppes d'Asie centrale) qui était aussi un bon chimiste.

 

Peu satisfait des équipements du laboratoire de BunsenMendeleïev transforme son appartement en laboratoire privé ; il achète lui-même, à Bonn et à Paris, le matériel de précision qui lui fait défaut.

 

C'est à cette période qu'il conçoit un pycnomètre (pycnomètre de Mendeleïev). 

 

 

Le Congrès de Karlsruhe

August Von Kekulé
August Von Kekulé

 

J'ai déjà parlé de ce congrès fondateur, organisé par August Von Kekulé, qui fut décisif pour la théorie atomique et toute la chimie.

 

Le 3 septembre 1860, Mendeleïev est à l'ouverture du congrès avec d'autres chimistes russes – dont Zinin et Borodine - et 140 célèbres chimistes européens (y compris BayerDumas et beaucoup d'autres). On en découdra autour des notions d'équivalent, d'atome et de molécule.

Les chimistes russes du XIXème siècle

Alexander Borodine
Alexander Borodine

 

Alexandre Borodine, (Saint-Pétersbourg 1833-1887), compositeur et médecin russe mais aussi chimiste.

Borodine a publié d'importants articles de chimie, notamment à propos des aldéhydes.

 

En 1861, Borodine découvre l'aldolisation (en même temps que Charles Wurtz), très importante méthode de formation de liaisons carbone-carbone. 

Borodine est aussi à l'origine d'une synthèse de dérivés halogénés, connue aujourd'hui sous le nom de réaction de Hunsdiecker.

 

Nikolay Nikolaevich Zinin (1812-1880)

Diplômé de mathématiques de l’Université de Kazan  il commence à enseigner la chimie en 1835. Comme Mendeleïev,  il poursuit sa formation en Europe entre 1838 et 1841.

 

 Il travaille avec Justus Liebig à Giessen sur la condensation benzoïne

 Il soutient sa thèse à l' Université de Saint-Pétersbourg,  puis est nommé professeur de chimie à l'Université de Kazan.

 

Il rejoint l'Université de Saint-Pétersbourg en 1847. C'est le premier président de Société Russe de Physique et Chimie

À Saint-Pétersbourg,  Zinin a eu comme élève le jeune Alfred Nobel .

 

Nikolai Menshutkin
Nikolai Menshutkin

Nikolaï Aleksandrovitch Menshutkin, (Saint-Pétersbourg, 1842-1907), est aussi diplômé de l'Université d'État de Saint-Pétersbourg.

 

Il part également pour l'Allemagne et la France et commence par collaborer avec Adolph Strecker de l'Université de Tübingen, en 1862.

 

Deux ans plus tard, il est à Paris chez Charles Adolphe Wurtz.

 

Son périple se termine en 1865 à l'Université de Marbourg où il travaille avec Hermann Kolbe. En 1869, il soutient sa thèse devant Dmitri Mendeleïev et Alexandre Boutlerov et obtient un poste de lecteur à l'Université de Saint-Pétersbourg. 

 

En 1890, Menshutkin met au point une réaction importante qui permet de transformer une amine tertiaire en sel d'ammonium quaternaire via une réaction avec un halogénoalcane. La réaction porte son nom.

      

Menshutkin est l'un des fondateurs du premier grand laboratoire de chimie organique  à l'Université de Saint-Pétersbourg en 1894.

 

Alexandre Mikhaïlovitch Boutlerov (1828-1886), étudia la chimie de 1844 à 1849 à l'Université d'État de Kazan.

 

En 1854, il obtint un doctorat de l'Université d'État de Moscou. Après un séjour à Paris où il rencontre Charles Wurtz, il est nommé professeur de chimie à l'Université de Kazan.

 

De 1868 à 1885, il est titulaire d'une chaire de chimie à l'Université d'État de Saint-Pétersbourg.

 

C'est l'un des créateurs de la théorie de la structure chimique, et il est le premier à avoir introduit des doubles liaisons dans des formules chimiques. On lui doit la découverte du méthanal (formol).

 

Le retour en Russie

 

Comme beaucoup d'autres, Mendeleïev a été fortement impressionné par l'exposé du chimiste italien Canizzaro, et lui aussi repart de Karlsruhe avec son cours sous le bras.

 

Il relatera l'événement avec son mentor A.Voskresensky (élève de Liebig dans les années 1830), dans plusieurs quotidiens russes.

 

Il rejoint donc en février 1861 la capitale de l'Empire russe en proie à une forte agitation.

 

Rappelons que le 19 février 1861, l'empereur Alexandre II promulgue l'abolition du servage.

 

(Lire le très beau livre de Gogol " Les âmes mortes " -1842-).

 

Il va vivoter en donnant des cours dans plusieurs institutions et entreprend la rédaction d'un manuel de chimie organique qui lui permet d'obtenir le Prix Demidov en 1862. 

 

Ce livre de 500 pages (le premier ouvrage de chimie en langue russe) présentait quelques idées nouvelles, notamment en établissant une classification des hydrocarbures (théorie des limites de saturation) ;  il eut un très grand succès.

 

Cela lui permet,  alors qu'il ne possède pas encore de doctorat, d'obtenir un poste de professeur à l'Institut Technologique de Saint-Pétersbourg (dirigé à cette époque par Ilya Tchaïkovski, père du célèbre compositeur russe).

 

Le 31 Janvier 1865 il soutient sa thèse de doctorat qui traite de la composition des mélanges eau-alcool (les mauvaises langues diront qu'il cherchait le secret de la vodka russe !).

 

Mendeleïev s'intéresse en effet beaucoup à la chimie appliquée.

 

En Juin 1865, il a acheté une maison dans le village de Boblovo (région de Moscou), où il construit un laboratoire dédié à l'agrochimie, dans la continuité des travaux de Liebig. 

 

Car Justus Von Liebig est aussi le père des engrais artificiels. Ses travaux révèlent un des aspects de la croissance des végétaux :

 

 "Pour faire sa végétation, une plante exporte des éléments minéraux NPK du sol qu'il convient de rapporter sous forme d'engrais contenant eux-mêmes les éléments exportés." 

 

Ainsi en ajoutant au sol des minéraux - de l'azote (N) sous forme de nitrate, du phosphore sous forme de phosphate (P) et de la potasse sous forme de potassium (K) - on peut stimuler leur croissance. C'est la théorie de l'exportation/restitution de Liebig.


Il met en pratique ses résultats dans des champs expérimentaux.  En deux ans, il réussit à améliorer la qualité de ses sols et le rendement des cultures.

 

Il était si profondément impliqué dans ces activités agrochimiques, qu'en 1869, le jour de la première présentation de son tableau périodique devant la Société chimique russe, il était en voyage d'inspection dans des brasseries et c'est donc N. Menshutkin qui a rapporté ses travaux (le 6 mars 1869).

 

Le professeur d'université, le tableau périodique

 

En 1867 il succède à son maître, A.Voskresensky, sur le poste de professeur de chimie pure.

 

Désormais l'Université de Saint-Péterbourg possède un trio de chimistes de tout premier plan avec A. Boutlerov et N. Menshutkin.

 

A cette époque, Mendeleïev a fortement contribué à la création de la Société chimique russe qui voit le jour en octobre 1868. Il en a rédigé ses statuts. La société savante publiera dès 1869 son propre journal (Zhurnal).

 

La Chemical Society of London est fondée en 1841, la Société chimique de Paris en 1857 et la Deutsche Chemische zu Gesellschaft de Berlin en 1867.

 

A partir de 1867, Mendeleïev doit enseigner aux étudiants la chimie inorganique, sujet relativement nouveau pour lui. 

Faute de manuels appropriés, il rédige son propre cours, publié sous le titre : " Les fondements de la chimie » (Osnovy Khimii). Cet ouvrage en deux volumes a ensuite été traduit en allemand, anglais et français ; il est sans aucun doute le point de départ de sa réflexion à propos de la classification périodique.

 

Ce livre commence par la description des éléments clés de la chimie organique (H, N, O, C) et leurs combinaisons. Il traite ensuite les " familles "  des halogènes, des métaux alcalins et des  alcalino-terreux.

 

Mendeleïev, à ce niveau, remarque que les propriétés d'éléments légers, disposés dans l'ordre de leur poids atomique, se retrouvaient périodiquement et postule que ce modèle pourrait être appliqué à des éléments plus lourds. 

 

Laissant de nombreuses questions en suspens, Mendeleïev met au propre une première ébauche du tableau périodique  avec les 63 éléments connus. Nous sommes le 1ier Mars 1869 (calendrier romain).

 

La relation de cette journée historique figure dans de nombreuses publications :

 

 Mendeleïev reçut deux lettres de A. I. Khodnev à propos de la visite d’une laiterie. Il est probable que Mendeleïev les reçues pendant son petit déjeuner comme l’atteste la tache en forme de tasse sur l’une d’elles. 

 

Mendeleïev essaya d’arranger le tableau des éléments, en vain. Il alla alors inspecter une laiterie, reportant son problème de classement à plus tard.

Sur un deuxième papier daté de cette même journée, Mendeleïev fit deux autres tentatives infructueuses de classement.

 

Il reçu ensuite son ami A. A. Inostrantsev qui plus tard, se rappela avoir trouvé Mendeleïev pensif, expliquant qu’il avait en tête une idée de classement qu’il n’arrivait pas à mettre en forme.

 

Après cette visite, Mendeleïev écrivit la liste des masses atomiques exactes dans la marge de son ouvrage « fondement de la chimie ».

 

A partir de cette liste, il recopia sur des fiches séparées les 63 éléments chimiques connus, leur masse atomique et leurs propriétés chimiques essentielles. Puis il essaya de disposer les cartes pendant plusieurs heures.

 

Il recopia finalement l’arrangement sur un bout de papier qui porte de nombreuses retouches. 

Mendeleïev alla se reposer ; à son réveil, il écrivit d’une traite la classification telle qu’elle est publiée dans sa première communication.

 

La légende dit qu’il aurait vu sa classification en rêve.

 

Dans cette version (voir ci-après) figurait des cases vides (68 ? 70 ?) pour des éléments alors  inconnus.

Le 13 Mars, il réalise un tirage limité  (150 copies en russe et 50 en français) qui est envoyé à plusieurs de ses collègues.

 

L'apport décisif de Mendeleïev

 

Parce que le poids atomique est approximativement corrélé au numéro atomique, et parce que la valence, qui gouverne la structure chimique des molécules, est liée aux électrons présents sur la couche externe de l'atome, Mendeleïev a pu utiliser intuitivement les deux propriétés qui fondent l'organisation du tableau actuel qui porte son nom.

 

À la différence de ses prédécesseurs, Mendeleïev a eu aussi le mérite de clairement indiquer en quoi son tableau constituait un outil d'analyse théorique des propriétés de la matière.

 

Last but not least, Mendeleïev prédit l'existence d'une série d'éléments, dont il précisa certaines propriétés, à commencer par leur masse atomique. Par exemple :

 

 

Prévu

Trouvé

Découverte

Eka-Aluminium (M=68)

Gallium (M=70)

1875, P. E. Lecoq deBoisbaudran

Eka-Boron (M=44)

Scandium (M=45)

1879, L. Nilson

Eka-Silicium (M=72)

Germanium (M=73)

1886, C. Winkler

 

 

 LIRE 

 

Eugene V. Babaev : Dmitriy Mendeleev: A Short CV, and A Story of Life

 


Le premier tableau de Mendeleïev

I II III IV V VI
      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 Pd=106,6 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 Sb=118  
  N=14 P=31 As=75 Sn=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=87,6 Ba=137 Pb=207
    ?=45 Ce=92    
    ?Er=56 La=94    
    ?Yt=60 Di=95    
    ?In=75,6 Th=118?