Les nouveaux éléments du tableau périodique

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Christal Zhou
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8.17

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

La dernière mise à jour du tableau périodique remonte à 2016 lorsque quatre nouveaux éléments chimiques ont été ajoutés. Qu’est-ce qu’un élément chimique? Quelle est la structure atomique des nouveaux éléments chimiques? Comment leur nom a-t-il été choisi?

Si tu découvrais un nouvel élément chimique, quel nom lui donnerais-tu? Celui de ton personnage préféré à la télévision? Le nom de ta ville d’origine? Ton propre nom? L’Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA) définit les lignes directrices pour la désignation des éléments chimiques. D’après cet organisme, on peut nommer les éléments d’après des personnages mythiques, des concepts, des minéraux, des lieux, des scientifiques ou des propriétés de l’élément. Cependant, une fois que le nom et le symbole ont été choisis, on ne peut les modifier. Alors, il vaut mieux prendre une décision judicieuse!

[Comment ça marche] Le tableau de Mendeleïev (2019) par CEA Recherche (5 min 31 sec).

En 2016, le tableau périodique s'est enrichi de quatre éléments. Tu en apprendras ici un peu plus sur ces nouveaux éléments et le nom qui leur a été donné. Mais commençons par voir en quoi consistent les éléments chimiques.

Que sont les éléments chimiques?

Les éléments chimiques sont à la base même de la chimie. Ils constituent l’ensemble de la matière ordinaire de l’Univers. Par exemple, l’oxygène est un élément chimique – le troisième élément le plus répandu dans l’Univers. On le trouve dans l’eau (H2O) et dans de nombreuses autres molécules indispensables aux organismes vivants.

Chaque élément possède son propre numéro atomique. Ce numéro indique le nombre de protons qu’il renferme. Par exemple, le carbone a comme numéro atomique « 6 », ce qui signifie qu’il compte six protons. Les protons ont une charge positive et sont contenus dans le noyau. Le noyau est une région dense se trouvant au centre d’un atome. 

Divers moyens permettent de décrire un atome de carbone, entre autres une formule de Lewis, une entrée du tableau périodique et le modèle de Bohr.
Divers moyens permettent de décrire un atome de carbone, entre autres une formule de Lewis, une entrée du tableau périodique et le modèle de Bohr. (Sources : Parlons sciences d’après une image de K!roman, SVG : Marlus_Gancher via Wikimedia Commons, me [CC BY-SA 2.5] via Wikimedia Commons, modification par Ahazard.sciencewriter [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons)

Un élément peut aussi contenir des neutrons et des électrons. Les neutrons sont un type de particules ayant quasiment la même masse que les protons. Comme les protons, ils se trouvent dans le noyau. Toutefois, contrairement à eux, ils ont une charge nulle. 

Les électrons, qui ont une charge négative, sont beaucoup plus petits et légers que les protons et les neutrons. Ils gravitent autour du noyau.

Le savais-tu?

Les atomes d’un élément donné renferment le même nombre de protons, mais leur nombre de neutrons peut varier. Ces variantes sont appelées « isotopes ».

L’image ci-dessus t’aidera à te rappeler que les éléments d’une même période se suivent à l’horizontale et ceux d’un même groupe, à la verticale.
L’image ci-dessus t’aidera à te rappeler que les éléments d’une même période se suivent à l’horizontale et ceux d’un même groupe, à la verticale. (Source : © 2009 Parlons sciences)

Qu’est-ce que le tableau périodique?

Le tableau périodique des éléments est un tableau dans lequel tous les éléments chimiques sont présentés de façon logique. L’ordre des éléments est déterminé selon leur numéro atomique, la configuration de leurs électrons et leurs propriétés chimiques. Ils sont disposés en rangées appelées « périodes » et en colonnes appelées « groupes ».

Le tableau périodique que nous utilisons à l’heure actuelle comprend sept périodes et 18 groupes. Cet arrangement permet de trouver rapidement le symbole, le numéro atomique et la masse d’un élément. 
Le tableau peut aussi te renseigner sur les propriétés chimiques des éléments. Par exemple, ceux qui figurent du côté gauche sont généralement des métaux, tandis que ceux qui figurent du côté droit sont généralement des non-métaux.

À quand remonte la dernière mise à jour du tableau périodique des éléments?

Quatre nouveaux éléments ont été ajoutés au tableau périodique en 2016, si bien que la septième période du tableau est maintenant complète. 

Ces quatre éléments portent les numéros 113, 115, 117 et 118. Ils ont été découverts par des équipes de recherche du Japon, de la Russie et des États-Unis. Tu te rappelles que nous avons dit que les éléments pouvaient être nommés d’après un nom de lieu? Eh bien, le nom de trois de ces nouveaux éléments – le nihonium, le moscovium et le tennessine – évoque le lieu de leur découverte. Le quatrième – l’oganesson – a été nommé en l’honneur du physicien nucléaire russe Yuri Oganessian.

Infographie indiquant le numéro atomique, le nom et le symbole atomique des éléments chimiques 113, 115, 117 et 118 ainsi que l’origine de leur nom.
Infographie indiquant le numéro atomique, le nom et le symbole atomique des éléments chimiques 113, 115, 117 et 118 ainsi que l’origine de leur nom. (© 2019 Parlons sciences).

Que sont les métaux super-lourds?

Les quatre nouveaux éléments sont des métaux super-lourds très instables. On appelle « éléments lourds » ceux dont le numéro atomique est supérieur à 92. Les métaux super-lourds, qui portent généralement un numéro atomique supérieur à 112, sont plus radioactifs et instables que les autres éléments.

Les éléments super-lourds n’existent pas dans la nature. Aussi, les nouveaux éléments ont-ils été créés en laboratoire. Les scientifiques utilisent un appareil appelé « accélérateur de particules » pour provoquer la collision du noyau des atomes. En cas de collision, les deux noyaux peuvent fusionner et créer ainsi un nouvel élément. Toutefois, les éléments créés artificiellement n'existent que pendant une fraction de seconde, après quoi ils se désintègrent pour former d’autres éléments.

Le savais-tu?

Un accélérateur de particules propulse des particules chargées à des vitesses proches de celle de la lumière. 

Il est très difficile de produire de nouveaux éléments. Tous ces éléments se désintègrent rapidement parce que leur noyau contient un grand nombre de protons. Comme les protons ont une charge positive, ils se repoussent entre eux, ce qui rend les atomes très instables. Par exemple, le nihonium a une demi-vie de seulement dix secondes. En se désintégrant, les éléments libèrent des particules et de l’énergie.

La savais-tu?

Cela peut sembler paradoxal mais, en réalité, les métaux lourds ne sont pas lourds du tout! L’expression « métal lourd » renvoie à la masse élevée (de 92 à 102) et à la forte densité de ces éléments.

Pourquoi la découverte de ces quatre éléments a-t-elle fait tant de bruit? 

Les nouveaux éléments lourds sont importants à la fois sur le plan scientifique et pratique. Sur le plan scientifique, leur découverte aide à mieux comprendre comment les noyaux tiennent ensemble. Elle pourrait aussi conduire au développement de réacteurs nucléaires plus sûrs et plus efficaces.
Les quatre nouveaux éléments chimiques découverts en 2016 sont utilisés uniquement en recherche à l’heure actuelle, mais les scientifiques s’attendent à découvrir des applications pratiques dans un proche avenir. 

Les éléments lourds découverts auparavant ont aussi des applications pratiques. Ainsi, l’américium (Am) est utilisé dans les détecteurs de fumée. Le plutonium (Pu) sert dans les armes nucléaires et alimente en énergie les sondes spatiales sans pilote. 

Le savais-tu?

Le premier élément lourd artificiel a été créé au moyen d’un accélérateur de particules à l’Université de Californie à Berkeley. Il s’agit du neptunium, dont le numéro atomique est 93.

Bien que la septième période du tableau périodique des éléments soit maintenant complète, le tableau lui-même ne peut l’être. D’après certains scientifiques, il n’y a pas de limite à ce tableau. Personne ne sait combien de temps cela prendra, mais il est certainement possible que l’on découvre de nouveaux éléments à l’avenir. Le tableau périodique des éléments pourrait un jour compter une huitième rangée complète. Si cela se produit, le moment sera venu d’installer dans ta classe de chimie une nouvelle affiche du tableau périodique!

Amorces de discussion

Faire des liens

  • Quels éléments du tableau périodique utilises-tu dans ta vie quotidienne?
  • Si tu pouvais choisir le nom d’un nouvel élément, comment l’appellerais-tu? Explique ton choix.
  • À ton avis, quel élément chimique a le nom le plus intéressant? Explique pourquoi.

Faire des liens

  • Quels éléments du tableau périodique utilises-tu dans ta vie quotidienne?
  • Si tu pouvais choisir le nom d’un nouvel élément, comment l’appellerais-tu? Explique ton choix.
  • À ton avis, quel élément chimique a le nom le plus intéressant? Explique pourquoi.

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • L’élément 113 avait déjà été créé deux fois auparavant, mais il a fallu sept ans pour le créer de nouveau. Le temps et l’argent consacrés à la création de nouveaux éléments en valent-ils la peine? Justifie ta réponse. 
  • Comment le développement de nouvelles technologies a-t-il contribué à la découverte de nouveaux éléments? Explique ta réponse.

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • L’élément 113 avait déjà été créé deux fois auparavant, mais il a fallu sept ans pour le créer de nouveau. Le temps et l’argent consacrés à la création de nouveaux éléments en valent-ils la peine? Justifie ta réponse. 
  • Comment le développement de nouvelles technologies a-t-il contribué à la découverte de nouveaux éléments? Explique ta réponse.

Explorer les concepts

  • Reste-t-il encore des éléments à découvrir? Explique ta réponse.
  • Quel est le processus utilisé pour choisir le nom des nouveaux éléments découverts?
  • Quels sont les avantages d’étudier les métaux super-lourds? Pourquoi les scientifiques doivent-ils consacrer du temps à les créer?

Explorer les concepts

  • Reste-t-il encore des éléments à découvrir? Explique ta réponse.
  • Quel est le processus utilisé pour choisir le nom des nouveaux éléments découverts?
  • Quels sont les avantages d’étudier les métaux super-lourds? Pourquoi les scientifiques doivent-ils consacrer du temps à les créer?

Nature de la science et de la technologie

  • En quoi le tableau périodique des éléments montre-t-il que les connaissances scientifiques sont provisoires et qu’elles peuvent changer?
  • Devrait-on verser de l’argent aux scientifiques qui découvrent un nouvel élément? Justifie ta réponse.
  • Les quatre éléments mentionnés dans l’article ont été découverts par des équipes de scientifiques distincts du Japon, de la Russie et des États-Unis. Ce fait concorde-t-il avec ce que tu penses généralement de la façon dont travaillent les scientifiques? Explique ta réponse.

Nature de la science et de la technologie

  • En quoi le tableau périodique des éléments montre-t-il que les connaissances scientifiques sont provisoires et qu’elles peuvent changer?
  • Devrait-on verser de l’argent aux scientifiques qui découvrent un nouvel élément? Justifie ta réponse.
  • Les quatre éléments mentionnés dans l’article ont été découverts par des équipes de scientifiques distincts du Japon, de la Russie et des États-Unis. Ce fait concorde-t-il avec ce que tu penses généralement de la façon dont travaillent les scientifiques? Explique ta réponse.

Suggestions pour l'enseignement

  • L’article peut servir pour l’enseignement et l’apprentissage de la chimie et des sciences de la nature. Il porte sur le développement du tableau périodique, la découverte d’éléments chimiques et la structure de base des atomes. Il introduit les concepts de numéro atomique, de protons, de neutrons, d’électrons, de périodes, de métaux lourds et de métaux super-lourds. 
  • Pour présenter le sujet, l’enseignant ou enseignante peut animer une discussion de groupe visant à examiner les notions de base concernant le tableau périodique – en quoi il consiste, comment il a été créé, comment il existe, pourquoi il est important, etc.
  • Avant de lire l’article, les élèves peuvent utiliser une stratégie d’apprentissage axée sur le guide d’anticipation pour l’article en remplissant la colonne « Avant ». Lorsqu’ils auront lu l’article, les élèves pourront ensuite remplir la colonne « Après » du guide d’anticipation. Ils pourront alors discuter de leurs réponses et trouver la réponse aux questions qu’ils pourraient encore avoir. Il est possible de télécharger les fiches reproductibles du guide d’anticipation prêtes à utiliser en format [Google doc] et [.pdf], et la clé de correction en tant que [.pdf]. 
  • Comme suivi, l’enseignant ou enseignante peut animer une discussion de groupe portant sur la découverte de nouveaux éléments du tableau périodique et ce que cela pourrait représenter pour l’avenir.
  • En conclusion, les élèves peuvent remplir un billet de sortie pour résumer ce que l’article et les sujets discutés leur ont permis d’apprendre. L’enseignant ou enseignante peut recueillir les billets de sortie pour les passer en revue afin d’évaluer leur compréhension du sujet. Il est possible de télécharger les fiches reproductibles du billet de sortie prête à utiliser pour l’article en format [Google doc] et [.pdf]

Suggestions pour l'enseignement

  • L’article peut servir pour l’enseignement et l’apprentissage de la chimie et des sciences de la nature. Il porte sur le développement du tableau périodique, la découverte d’éléments chimiques et la structure de base des atomes. Il introduit les concepts de numéro atomique, de protons, de neutrons, d’électrons, de périodes, de métaux lourds et de métaux super-lourds. 
  • Pour présenter le sujet, l’enseignant ou enseignante peut animer une discussion de groupe visant à examiner les notions de base concernant le tableau périodique – en quoi il consiste, comment il a été créé, comment il existe, pourquoi il est important, etc.
  • Avant de lire l’article, les élèves peuvent utiliser une stratégie d’apprentissage axée sur le guide d’anticipation pour l’article en remplissant la colonne « Avant ». Lorsqu’ils auront lu l’article, les élèves pourront ensuite remplir la colonne « Après » du guide d’anticipation. Ils pourront alors discuter de leurs réponses et trouver la réponse aux questions qu’ils pourraient encore avoir. Il est possible de télécharger les fiches reproductibles du guide d’anticipation prêtes à utiliser en format [Google doc] et [.pdf], et la clé de correction en tant que [.pdf]. 
  • Comme suivi, l’enseignant ou enseignante peut animer une discussion de groupe portant sur la découverte de nouveaux éléments du tableau périodique et ce que cela pourrait représenter pour l’avenir.
  • En conclusion, les élèves peuvent remplir un billet de sortie pour résumer ce que l’article et les sujets discutés leur ont permis d’apprendre. L’enseignant ou enseignante peut recueillir les billets de sortie pour les passer en revue afin d’évaluer leur compréhension du sujet. Il est possible de télécharger les fiches reproductibles du billet de sortie prête à utiliser pour l’article en format [Google doc] et [.pdf]

Références

Ball, P. (n.d.). The periodic table name game. ChemistryWorld.

Helmenstine, A. M. (2018, avril 18). What is the most abundant element? ThoughtCo.

International Union of Pure and Applied Chemistry. (2015, decembre 20). Discovery and assignment of elements with atomic numbers 113, 115, 117 AND 118.

Koren, M. (2016, janvier 4). The newcomers to the periodic table.

Lawrence Livermore National Laboratory. (n.d.). Discovery of elements 113 and 115.

Lenntech. (n.d.). Heavy metals.

Sharp, T. (2017, aout 8). What is an atom? Live Science.

Stoll, C. (2017, octobre 10). Facts about neptunium. Live Science.