Dans les années 1860, les chimistes Lothar Meyer et Dmitri Mendeleev ont présenté indépendamment le premier système périodique. Depuis lors, la disposition tabulaire bien connue des éléments est le principe directeur de la chimie. Une équipe de chercheurs de l'Institut Max Planck de mathématiques en sciences et du Centre interdisciplinaire de bioinformatique de l'Université de Leipzig propose des approches informatiques basées sur de vastes ensembles de données de la base de données de chimie Reaxys qui expliquent le développement des premiers systèmes périodiques. Leurs résultats sont pertinents à la fois pour l'histoire des sciences et pour l'expansion future des connaissances en chimie.

Dans un article récemment publié dans les Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS ), les scientifiques reviennent sur les débuts du système périodique, dont la structure est caractérisée par des relations de similarité et d'ordre entre les éléments. Les tableaux périodiques sont nés de la connaissance des éléments et composés chimiques existants ou potentiellement possibles connus à cette époque. La combinaison totale de ces deux composants forme ce que l'on appelle l'espace chimique. Les relations d'ordre ont été initialement établies sur la base des poids atomiques et des similitudes en termes de points communs dans la composition chimique. Au fur et à mesure que la connaissance des substances chimiques s'est développée tout au long de l'histoire de la science, les systèmes périodiques potentiellement possibles ont également augmenté, influencés par l'état de l'espace chimique de l'époque. "Nous avons été attirés par la question de savoir comment l'expansion de l'espace chimique a contribué à la formation des premiers systèmes périodiques. On savait peu de choses à ce sujet. Nous avons donc étudié en particulier l'espace chimique entre 1800 et 1869 pour découvrir à quel point le tableau périodique correspond aux données chimiques au moment de sa formulation », Guillermo Restrepo, chef de projet à l'Institut Max Planck pour les mathématiques en sciences décrit l'objectif de l'équipe de recherche.

Expansion de l'espace chimique entre 1800 et 1869

Leur analyse de la connaissance de l'espace chimique a révélé que le tableau périodique des éléments chimiques a convergé vers une structure de base clairement visible dès les années 1840, et était donc déjà codé dans l'espace environ deux décennies et demie avant sa formulation.

Le premier quart du XIXe siècle a été caractérisé par une découverte rapide des éléments chimiques et de leurs composés, conduisant à une période instable avec une grande variété de tableaux périodiques, dont seuls quelques-uns ont résisté à l'épreuve du temps. En 1826, la découverte d'éléments ralentit, permettant aux chimistes d'explorer davantage les propriétés de substances connues et de découvrir des composés qui avaient de nouvelles valences et donc de nouvelles similitudes entre les éléments chimiques connus. Ces découvertes ont persisté pendant des années et ont permis la consolidation de l'espace chimique et donc des systèmes périodiques assez stables. Entre 1835 et 1845, le système a continué à se rapprocher de sa structure de base, qui a finalement été révélée dans les années 1860.

Impact de la chimie organique

Wilmer Leal, doctorant à l'Institut Max Planck et à l'Université de Leipzig, décrit le rôle essentiel de la chimie organique dans la formulation du système périodique :« L'essor de la chimie organique dans les années 1830 a joué un rôle clé en facilitant la reconnaissance des similitudes entre des éléments massivement représentés dans l'espace chimique, tels que l'oxygène, l'hydrogène, le carbone, l'azote et le soufre, et entre des métaux souvent associés à des composés organiques, tels que le sodium, le potassium, le palladium, le platine, le baryum et le calcium. temps, la pléthore de composés organiques a obscurci l'identification des similitudes entre les métaux qui sont mal représentés dans l'espace organique."

En ce qui concerne les systèmes périodiques de Lothar Meyer et Dmitri Mendeleev, les deux chimistes pouvaient déjà s'appuyer sur un espace chimique mature et un ensemble assez stable de poids atomiques à cette époque. Les systèmes qu'ils ont formulés étaient donc largement cohérents avec d'autres systèmes périodiques qui auraient été possibles à l'époque, selon l'analyse informatique.

Reconstruction informatique de l'espace chimique à partir des poids atomiques

Pour reproduire l'espace chimique avant 1869 et tenir compte du rôle des poids atomiques connus au XIXe siècle, les chercheurs ont utilisé la base de données de chimie Reaxys et, sur la base de ses informations détaillées, ont introduit un algorithme pour ajuster l'espace chimique à différents ensembles de poids. Cela permet aux formules chimiques actuelles d'être converties pour s'adapter à n'importe quel système de poids atomiques. Il permet des approximations de l'espace chimique connu des chimistes du passé et estime les systèmes périodiques résultants du temps.

En analysant les différents systèmes périodiques formulés au fil du temps, les scientifiques ont révélé que leur structure était principalement déterminée par les similitudes entre les éléments chimiques et moins par leur ordre basé sur les poids atomiques. "Évaluer ces similitudes était la partie la plus difficile pour nous, et les résultats étaient assez surprenants. On supposait auparavant que les systèmes périodiques ne pouvaient être formulés que si un système stable de poids atomiques était donné. Cependant, nous avons pu démontrer que même les systèmes instables les poids rapportés avant 1860 produisaient des systèmes périodiques assez stables", explique Peter Stadler, professeur au Centre interdisciplinaire de bioinformatique de l'Université de Leipzig.

Examiner avec vision

La méthode présentée dans l'article pour formuler un système périodique pour un espace chimique donné n'est pas limitée au passé mais peut également être appliquée à tous les environnements possibles, comme l'étude des espaces chimiques générés dans des conditions extrêmes de pression et de température. La mise en œuvre de cette méthode pourrait fournir une image complète de la chimie en temps réel, ce qui aurait également des implications pour l'enseignement et l'avenir du domaine. Bien que leur approche soit plus informatique qu'historique, les scientifiques espèrent qu'elle pourra compléter d'autres outils de l'histoire de la chimie et contribuer à l'avancement des connaissances en chimie. + Explorer plus loin

La structure cachée du système périodique