A NNALES DE LA FACULTÉ DES SCIENCES DE T OULOUSE
P AUL S ABATIER
Sur la classification des corps simples par la loi périodique
Annales de la faculté des sciences de Toulouse 1resérie, tome 4, no1 (1890), p. B1-B14
<http://www.numdam.org/item?id=AFST_1890_1_4_1_B1_0>
© Université Paul Sabatier, 1890, tous droits réservés.
L’accès aux archives de la revue « Annales de la faculté des sciences de Toulouse » (http://picard.ups-tlse.fr/~annales/) implique l’accord avec les conditions générales d’utilisa- tion (http://www.numdam.org/conditions). Toute utilisation commerciale ou impression sys- tématique est constitutive d’une infraction pénale. Toute copie ou impression de ce fi- chier doit contenir la présente mention de copyright.
Article numérisé dans le cadre du programme Numérisation de documents anciens mathématiques
http://www.numdam.org/
B.I SUR LA
CLASSIFICATION DES CORPS SIMPLES
PAR LA LOI
PÉRIODIQUE;
PAR M. PAUL
SABATIER,
Professeur de Chimie à la Faculté des Sciences de Toulouse,
Les observations de
Nlendeleefl’, appuyées
par celles de LotharMeyer,
ont montré que les diverses
propriétés
des corpssimples
sont des fonctionspériodiques
de leurspoids atomiques.
Lorsqu’on
range, par ordre degrandeur,
lespoids atomiques
des élé-ments, on reconnaît que les caractères
physiques
etchimiques, densité, fusibilité, volatilité, conductibilité, malléabilité, dureté, magnétisme, signe électrochimique, capacité
de saturation dans lamolécule, éprouvent
unevariation
périodique :
si lareprésentation
se fait par modegraphique,
enprenant
pour abscisses lespoids atomiques,
elle donne lieu à des courbes trèsvariées,
maisayant
toutes la formeoscillatoire
caractérisée par une suc- cession de maxima et minima très nets1 ’ ) .
Ces maxima et minimachangent
d’une courbe à
l’autre;
bienplus,
on voit que, dansquelques courbes, l’amplitude
de certaines oscillations est double de cequ’elle
est dansles autres, ce
qui
conduit à la notion desgrandes
etpetites périodes.
Le mode le
plus
usité dansrenseignement
pour manifester la loi depériodicité,
consiste dans lafiguration graphique
des volumesc’est-à-dire des volumes
occupés
dans l’état solide par lespoids atomiques
des éléments successifs : on obtient ainsi la courbe dite de Lothar
Meyer, qui présente cinq
maxima très visiblescorrespondant
aux métaux alcalins.( 1 ) Les chaleurs spécifiques, comparées dans l’état solide, n’ont pas une variation pério- dique, mais décroissent continuellement quand le poids atomique s’élè.e : d’après la loi de
Dulong et Petit, la courbe qui les représente est une hyperbole équilatère, pc = constante.
Courbe des densités. 2014 Je me suis servi
plus
volontiers de la courbe despoids spécifiques (solides
ou, àdéfaut, liquides),
carl’emploi
de cettedonnée
physique
immédiate et familière conduit à des résultats encoreplus marqués.
La nature de ses variations est visiblementanalogue,
maisinverse,
de celle des volumes
atomiques,
les maxima de ces derniers se trouvantêtre
précisément
les minima de la courbe des densités. Celle-ci a étéfigurée
ci-dessous1) :
Iiin. 1.
On voit
qu’il
existe des maxima pour lebore, l’aluminium,
lenickel,
lecuivre,
leruthénium,
l’osmium. Les métauxalcalins, lithium, sodium,
po-tassium, rubidium, c0153sium, occupent
les minima de la courbe.Le corps
principal
de la courbe est suivi de deux branches isolées dont les relations avec la courbe d’ensemble sont aisées à rétablir. Entre le lall- thane et le cérium d’unepart,
et le tantale et letungstène
d’autrepart,
ilexiste une lacune étendue
qui, d’après
la forme des arcsvoisins,
compren- drait sans doute un maximum et un minimum.Entre le
plomb
et le bismuth et lepetit
arcqui
contient le thorium etl’urane,
il y a visiblement laplace
d’un arcpossédant
unminimum,
dontles
analogies permettraient
facilementd’indiquer
laposition
et la valeur. ,Nous aurons
plus
loin à revenir sur cesujet.
Aux deux
premières périodes,
accusées par la variation des densités oudes volumes
atomiques, correspondent
despériodes
semblables pourla
variation des diverses
propriétés physiques
etchimiques.
,A chacune des
périodes suivantes, qui comprennent
d’ailleurs unplus grand
nombred’éléments, correspond
aussi unepériode
pour la fusibilitéet la
volatilité;
mais il encorrespond
deux pour les autrespropriétés,
mal-léabilité et
dureté, conductibilité, signe électrochimique, capacité chimique
de
saturation,
et cette circonstance établit une division dans chacune deces
grandes périodes.
.Principes
de laclassification.
2014 Lapériodicité,
manifestée de manières sidiverses,
ne saurait êtreniée,
et,puisqu’elle
estréelle,
il estimpossible
de n’en pas tenir un
grand compte :
il semble donc toutIndiqué
d’en fairela base de la classification des corps
simples, qui
sera ainsi visiblement na- turelle. Il se trouve d’ailleurs que toutes les famillesnaturelles, déjà
recon-nues par tous les
chimistes,
parexemple
les troispremières
familles de mé-talloïdes instituées par
Dumas,
sont mises en évidence par la loipériodique.
Dans mes
Leçons
à laFaculté, je
me sers de la classificationpériodique,
et les
avantages
m’ont paru fortappréciés
par lesétudiants, qui acceptent
beaucoup
mieux lamonographie
des éléments ainsigroupés
d’une manière rationnelle et un peu inattendue.°
Voici
quelles
basesj’ai
choisies pour établir cette classification et la rendre enquelque
sorte visible dans son ensemble par une constructiongraphique
trèssimple.
Il est
possible
de définir pourchaque
corpssimple
sa valence maxima parrapport
àl’hydrogène
ou parrapport
à des résidushydrocarbonés
mo-novalents,
tels que les résidusforméniques
C’t ou tout aumoins,
àdéfaut de la notion
précédente,
onpeut
fixer sa valence maxima par rap-port
à Lagrandeur
de ces valences se trouvera très bien établietoutes les fois
qu’il
existera descomposés
volatilssaturés,
stables àtempé-
rature
élevée,
dont lepoids
moléculairepeut,
parconséquent,
donner lieu à des déterminations directes.Le Tableau suivant
indique,
pour les diverséléments,
leur valence maxima parrapport
àl’hydrogène,
celle parrapport
à desrésidus hydro-
. carbonés
monovalents,
enfin celle vis-à-vis del’oxygène.
A titre de rensei-gnements
utiles,
nous avonsinscrit,
dans une dernièrecolonne,
les valencesmaxima relatives au
chlore,
considéré seul ou en relation avec des résidushydrocarbonés.
Ungrand
nombre de notesexplicatives,
fournissent surcertains de ces résultats des indications essentielles.
( 1 ) Avec le chlore seul, on ne dépasse pas Az C13, non plus qu’avec H seul, ou avec des
résidus forméniques, on ne peut aller au delà de Az R3, mais on obtient normalement les
composés Az R~ Cl.
( 2 ) La molécule de l’aluminium-méthyle est bien Al (CH3)3 d’après Quincke. La trivalence
a été encore mieux établie par le travail de Combes (Bulletin de la Société chimique,
t. I, 1889), qui a obtenu le corps Al ( CH2- CO - CH2- CO - CII3)3 qui bout à 315° sans dé-
composition (densité trouvée, ~8, l~3 ; calculée, 8, ~~ ).
(3) La molécule du chlorure d’aluminium est à température peu élevée représentée par
A12 C16, ce qui conduirait à la tétravalence; mais la densité de vapeur diminue quand la température s’élève, et ne se fixe que lorsqu’elle correspond au poids moléculaire réel AlCl3.
( ~) On ne peut dépasser Ph R3 ; mais on peut avoir des corps du type Ph R4 I.
( 5 ) Avec les résidus hydrocarbonés employés seuls, on ne peut aller au delà du type R2 S,
comme le sulfure d’éthyle ( C2 H5 )2 S, mais on peut préparer des corps mixtes du type R3IS.
( s ) Métal découvert par Nilson en 1879, et prévu antérieurement par Mendeleeff.
( 1 ) Dans les combinaisons avec les carbures acétyléniques.
’ ( 2 ) Le cuivre donne deux séries complètes de composés, les uns dus à la monovalence.
les autres à la bivalence.
( 3) Métal découvert par Winkler en 1885, prévu par Mendeleefi.
( ~ ) On aurait pu obtenir également le composé (CH3)5As, mais ce résultat est con tes-
table, le corps obtenu ne pouvant être volatilisé sans décomposition. Normalement on ne dé- passe pas As R3, mais avec les halogènes on peut préparer des produits du type As R* I ou
.AsRCI4.
( 5 ) Avec le chlore seul on ne dépasse pas AsCl3.
( 6 ) On a préparé Se Cl4 et aussi Se ( ~; 2 j~~ )2 C12, et analogues, mais avec les résidus for-
méniques seuls, on n’a pu dépasser le type Se R2.
(7 ) Dans les combinaisons acétyléniques.
(8) Normalement, on’ne dépasse pas Sb R3, mais on peut préparer des corps du typt’
Sb R4 CI.
( 9 ) On a préparé TeCl4 et aussi Te ( C2 H5 )2 Cl2 et Te ( CH3 )3 1 ; mais avec les résidus fur-
méniques seuls on ne dépasse pas TeR2.
( 1 ) Dans le trichlorure d’iode.
( 2 ) Le cérium forme deux séries de composés: les uns dus à la tétravalence, les autres dus
à la trivalence; ces derniers sont analogues des composés des divers métaux de la gadolinite.
( 3 ) La densité de vapeur du perchlorure de tungstène indique le poids moléculaire W C16 . On n’a obtenu aucune combinaison avec des résidus forméniques seuls, mais on a préparé . ( CH3 »iV C12.
. (4) La densité de vapeur de l’anhydride osmique correspond bien au poids moléculaire ()s 04..
’
. (5) L’or donne deux séries distinctes de composés : les aureux dus à la monovalence,
les auriques dus à la trivalence.
(6) Dans les combinaisons acétyléniques. 4
( ~ ) Le mercure donne deux séries de composés dus à la monovalence et à la bivalence.
(8) Les composés thalleux sont dus à la monovalence et ressemblent beaucoup aux com- posés des alcalis monovalents. Les combinaisons thalliques sont. issues de la trivalence.
(9) La plupart des sels de plomb proviennent de sa bivalence.
(1°) Dans le plomb tétraméthyle (GH3)’Pb, qui bout à II0° et le plomb tétréthyle ( ~2 j~5 )* Pb qui bout à 200°.
Valences maxima par
rapport
àl’oxygène.
- On voitqu’il
est pos- sible de caractériser pour tous les élémentssimples (sauf
le fluor etl’oxy- gène )
la valence maxima parrapport
àl’oxygène :
cette valeuréprouve
desvariations
périodiques
trèsrégulières qui
la font osciller entre 1 et 8. Onpeut
en donner unereprésentation graphique,
enprenant
pour abscisses lespoids atomiques
et pour ordonnées les valeurs de la valence maxima rela- tive àl’oxygène, Vo.
On obtient ainsi une série de
points qui,
réunis par une courbecontinue,
donnent lieu à un tracé
régulier ( fig. 2).
Ce tracé se compose de dixFig. 2.
branches ou fractions de
branches,
à peuprès parallèles.
Les deux pre- mières :sont visiblement
isolées,
et il existe une transitionbrusque
entre la valencemaxima 7
du chlore et la valence 1 du corpssuivant,
lepotassium.
Les branches
qui
viennent au delàparaissent
réunies deux à deux par l’intermédiaire de branches secondaires peuinclinées, qui
établissent un( ~ ) Eventuellement complétée par l’oxygène et le fluor.
passage de la valeur
maxima 7
ou 8 d’une brancheprincipale
à la valeurminima de la branche
principale
suivante. Telles sont :Si l’on se
reporte
à la courbe desdensités (/~. .1 ),
on remarque que les deuxpremières
dentelures de cette courbecorrespondent précisément
auxdeux
premières
branches verticales. Lesgrandes périodes qui
suivent setrouvent ici
représentées
par les séries successives de trois branches réuniesensemble,
les maxima des densités étant enregard
des branches secondairesMn-Cu, Ru-Pd,
Os-Au.Une seule
irrégularité
nousapparaît
dans letracé,
c’est la série depoints
fournis par un certain nombre de métaux très rares
compris
entre le cériumet le tantale. Ce sont le
didyme,
lesamarium, l’holmium,
leterbium,
l’er-bium,
ledécipium, l’ytterbium.
On les trouve à côté duscandium,
del’yttrium,
dulanthane,
ducérium,
dansquelques
minéraux peurépandus,
tels que la
gadolinite
et la cérite : ils sontrapprochés
de ces autresmétaux,
’
non seulement par leur
origine
commune, mais encore parl’analogie
étroitede leurs
propriétés, qui
conduit à leur attribuer une valenceidentique
3(~).
La
plupart
donnent des selsincolores,
mais ledidyme,
lesamarium, l’holmium,
l’erbium. fournissent des selscolorés,
dont les solutions donnentlieu à des
spectres d’absorption
à bandes très nettes.M. Nordenskiold a observé que le
mélange
de différentsoxydes
de cettesérie,
retiré de certainsminerais, possède
unéquivalent invariable,
cequi pourrait
tout d’abord faire croire à l’existence d’un métalunique
corres-pondant
à cetéquivalent.
Cetteparticularité
ne saurait êtrefortuite,
et ilpourrait
se faire queparmi
tous ces métaux rares admisaujourd’hui
commedistincts, plusieurs
nesoient,
parexemple,
que desmélanges
invariables de deux métauxayant
despoids atomiques
extrêmes. Laséparation
dudidyme
en deux métaux
distincts,
lepraséodidyme
à sels verts, lenéodidyme
à sels ,roses,
qui
aurait été réalisée par Auer vonivelsbach, pourrait
être unargument en faveur de ces
hypothèses. Quoi qu’il
ensoit,
la série de ces( 1) Le cérium donne lieu à une série de composés dus à la trivalence, analogues à ceux
des métaux voisins, en même temps qu’il fournit une série comparable à celle du thorium
et du zirconium.
métaux constitue un groupe
isolée
dont l’histoire nepeut
êtreséparée
decelle des chefs de
file, scandium, yttrium,
lanthane.Valences par rapport à l’hydrogène
et aux résidus hydrocarbonés. 2014La valence
VH
relative à nepeut
être établie que pour unpetit
nombre
d’éléments, qui
se trouventplacés
à la fin despériodes
que nousa révélées la valence par
rapport
àl’oxygène.
Pour tous ces corps, onpeut
remarquer quePour un
plus grand
nombred’éléments,
onpeut
obtenir avec des résidusforméniques
monovalents des combinaisons volatiles sansdécomposition,
ct par
conséquent
trèsaptes
à fixer la valence de l’élément.Quand rhydrurc
existeaussi,
on trouve que la valenceVII
parrapport
àl’hydrogène
estégale
à la valenceV R
parrapport
aux résidushydrocar-
bonés considérés
seuls;
on a alors. D’une manière
générale,
on voit queValences maxima par
rapport
auxhalogènes.
-Quant
à la valencemaxima relative au
chlore,
aubrome,
àl’iode,
éléments moins électroné-gatifs
quel’oxygène,
on remarquera que,lorsque V~ ~’~,
on aLa valence a alors une valeur constante.
Au
contraire, lorsque !E,
on 1-oit queBB,
est intermédiaire entreV~
et
Vn,
ou bienégal
àVo.
Dans les combinaisons mixtes
qui
contiennent à lafois
du chlore et des résidushydrocarbonés monovalents,
la valence des éléments estanalogue
à ce
qu’elle
est pour le chlore seul. Leplus
souvent :Représentation graphique.
2014 Nouscompléterons
la z enrepré-
sentant, à côté des valences
Vo,
les valeurs des valencesmais,
pour éviter laconfusion,
nous lesporterons
en ordonnéesnégatives.
Nous formons ainsi
cinq
denteluresrégulières,
dont deuxcorrespondent
aux deux
premières
branchesprincipales
de la valenceVo,
les autrescorrespondent
seulement à laquatrième, puis
à lasixième,
c’est-à-dire à la dernière branche dechaque période complète
ultérieure.Ceci met fort bien en évidence
l’inégalité
des diverses branches de la va-riation de
V~ :
il y en a deuxcatégories distinctes,
celles àqui correspond
une branche de
VR,
celles àqui
il n’encorrespond
pas.Les
premières
sont :Pour le
cuivre, l’argent
etl’or,
il n’existe pas de véritable combinaisonavec les résidus
hydrocarbonés;
néanmoins onpeut, jusqu’à
un certain ,point,
caractériserV~
par lescomposés acétyléniques
issus des sels cui-vreux,
argentiques,
aureux.Pour le
potassium,
aucontraire,
et, paranalogie étroite,
pour le rubi- dium et lecoesium,
il existe des combinaisons avec des résidus forméni- ques, comme pour le sodium et lelithium,
et cette remarquerapprochée
de la
précédente
conduirait à considérer comme sériesanalogues
des deuxpremières,
non pasmais
. h et
Zn,
Rb et Cd se trouvantséparés
par des groupes d’élémentsinaptes
à la combinaison avec les résidus
forméniques, qui
se terminentrespective-
ment par le
cuivre, l’argent,
etc., oùl’aptitude
nereparaît
que d’unefaçon
incornplète.
Dans chacune de ces séries le caractère
électronégatif,
nul au début.(pour
les métauxalcalins),
s’introduitprogressivement
dès le secondterme, et devient très élevé dans les derniers corps
qui présentent
auplus
haut
degré
les caractèresmétalloïdiques.
D’ailleurs,
cettepremière catégorie comprend
tous les élémentsdésignés
habituellement sous le nom de métalloïdes
(1)
etqu’on peut,
avec Am-père,
caractériser par lapropriété qu’ils possèdent
seuls de donner des combinaisons gazeuses à latempérature
ordinaire. Leurssymboles
sontsoulignés
dans le Tableauci-dessus,
et le groupequ’ils
formentapparaît
ainsi bien
homogène.
La deuxième
catégorie
contient les séries de corpsauxquelles
ne cor-respond
pas de brancheVR.
Ce sont, avec l’indication des valences maximaV~ correspondantes,
Le
cuivre, l’argent
et l’or forment la transition avec lepremier
groupe.Dans ces
quatre séries,
le caractère demeure constammentmétallique
et
électropositif,
mais les valences élevées donnent lieu à desperoxydes
de fonction
électronégative
trèsmarquée.
Nous y trouvons tous les éléments
qui donnent,
avec les acides inco-lores,
des sels colorés : ce sontceux qui
sontsoulignés
d’un double trait.Classificatioll en familles
naturelles. 2014 Nous avons étéconduits,
dans ce
qui précède,
à diviser les corpssimples
en deuxgrands
groupes,comprenant
chacunplusieurs
séries.Dans
chaque
série d’un même groupe, la variationrégulière
de la va-( 1 ) Sauf l’hydrogène qui a une place isolée. .
lence
correspond
à une variationégalement régulière
des diverses pro-priétés physiques
etchimiques.
Par
suite,
les corps de mêmevalence, pris
dans les diverses séries d’un même groupe, se trouveront êtreanalogues
dans l’ensemble de leurs carac-tères.
On formera donc des familles naturelles en
rapprochant
les corpsqui
occupent des
point
semblables de branches semblables.En accordant à
l’hydrogène
uneplace spéciale,
nous aurons ainsi la suc-cession suivante de familles naturelles.
Les familles
1 5,
16 sont formées des corps très semblables entre eux,qui
occupent les branches intermédiaires des troisgrandes périodes.
L’his-toire des
composés
issus de la bivalence du cuivre sera avantageusementrapprochée
de celle dumanganèse,
dufer,
ducobalt,
dunickel,
métauxvoisins.
De
même,
celle des combinaisonsqui proviennent
de la trivalence del’or viendra utilement avec celle des métaux
qui précèdent, osmium,
iri-dium, platine.
Les trois éléments de
transition, cuivre, argent,
or,qui
forment la fa- mille 17, sont surtoutrapprochés
par la mono valencequ’ils
manifestent de la mêmefaçon
vis-à-vis des carburesacétyléniques :
cette monovalence coexistepour
le cuivre avec la bivalencequi
lerapproche
du nickel et duzinc;
pourl’or,
avec la trivalcnccqui
lerapproche
del’iridium,
mais elleest la seule pour
l’argent.
Tous les métalloïdes se trouvent
groupés
en tête de ccTableau ;
ilsforment les trois
premières
familles et le commencement des troisqui
suivent.
Parmi les familles ainsi déduites de la loi
périodique,, plusieurs
avaientdéjà
été forméesd’après
lesanalogies
des élémentsqui
lescomposent,
parexemple
les familles 2,3, 4? 8,
c),1 4. Mais,
aucontraire,
dansplusieurs,
onvoit
figurer
des corpsqui jadis
étaient considérés comme très dissemblables.La classification nouvelle a
obligé
à desrapprochements inattendus,
etainsi a révélé des similitudes
qu’on
n’avait passoupçonnées.
Elle n’est cer-tainement pas
parfaite; mais,
tellequ’elle
est, elle nous semble néanmoinsmeilleure que les classifications
semi-naturelles, semi-artificielles,
dont tl’usage
aprévalu jusqu’à présent.
Lacunes du tableau des corps simples. 2014 Iaa série des corps
simples
était moins nombreuse
quand
àlendeleefl énonça leprincipe
de lapériodi-
cité : trois corps nouveaux, découverts
depuis
cetteépoque,
sont venusoccuper des lacunes
qui s’y trouvaient,
etapporter
ainsi une éclatante con-firmation des
prévisions
du savant russequi, guidé
par lesanalogies,
avaitpu
prédire
non seulement leurspoids atomiques,
mais encorequelques-unes
de leurs
propriétés
essentielles. Ce sont : legallium,
trouvé par NI.Lecoq
de Boisbaudran en
1 875 ;
le scandium isolé en1879
parNilson ;
le germa-nium,
découvert en 188J par Winkler.Quelques
lacunes évidentes subsistent encore, et il y a tout lieu depré-
voir
qu’elles
finiront aussi par être comblées(’ ).
"Entre le cérium et le
tantale,
l’examen des diverses courbesqui figurent
1 ’ ) Il y aurait sans doute deux éléments semblables au manganèse, c’est-à-dire hepta-
valents par rapport à dont les poids atomiques seraient voisins de 100 et de Entre le bismuth et l’urane, il manque un corps de la famille du soufre (212), du chlore (2i5), du potassium (’222), du calcium (226), du scandium (228), du vanadium (235).
B.I4
la
périodicité
amène à penserqu’il
existe unepériode complète
dedix-sept
éléments inconnus
(nous
l’avonsfigurée
enpointillé
dans la2).
Il y abien,
dans cetintervalle,
lapléiade plus
ou moins réelle des métaux issus des terres rares, satellites du lanthane et ducérium;
mais cesmétaux, qui
sont très semblables entre eux, ne
pourraient
visiblements’adapter
au tra-jet
d’unegrande période.
La lacune
prévue
existe-t-ellcréellement,
ou bien le groupe de lagado-
linite a-t-il seulement pour effet de
diffuser,
pour ainsidire,
la transition du lanthane au tantale? L’avenir seul nousrenseignera
sur cepoint.
La réalitéde la
période complète
ne se trouvera établie que lejour
où un nouveaumétal alcalin ou
alcalinoterreux,
ou bien un élémenthalogène,
parexemple,
aura été découvert dans l’intervalle douteux.
La variation
périodique
despropriétés
des corpssimples
est certainementun
puissant argument
en faveur d’une matièreunique
diversement conden- sée ; elleindiquerait
seulement que cette condensation a lieu selon uneoscil-
lation assez
régulière.
Nousn’apercevons
paspourquoi,
s’il en estainsi,
cette
régularité
n’est pasparfaite. Néanmoins,
tellequ’elle
est, avec ses im-perfections
et sesobscurités,
la loipériodique
ne saurait êtrenégligée,
etelle nous