Gallium: Découvert trop tard pour faire le premier tableau des éléments périodiques de Mendeleev

Les amis, cela faisait longtemps. Voyons ce que devient Patty....

Patty regardait sa nouvelle Apple® Watch et était contente.  Ce qui faisait le plus plaisir est qu'elle ne s'attendait pas à être contente.  Elle avait eu vent d'impressions mitigées et s'attendait à ne pas être impressionnée. Mais, jusqu'à présent elle l'adorait.  Certes, il fallait que son iPhone 5 soit à proximité. Mais, en un coup d'œil elle pouvait voir ses sms, ses progrès en fitness de la journée, la température extérieure, ses réunions de la journée, utiliser la calculatrice de sa montre, etc., etc. Elle l'utilisait tout le temps. C'était juste plus pratique que de sortir son iPhone de sa pochette.  En plus, la batterie tenait plus longtemps que prévu.  A la fin de la journée, il restait les deux tiers de la charge.  

Elle rigola intérieurement en regardant le bracelet de la montre.  Les montres bracelets existent depuis des dizaines d'années et ont cette attache énervante qui fixe le bracelet à la montre.  Laissez le soin à Apple de concevoir la montre bracelet parfaite.  Il y a une petite encoche au dos de la montre.  Si vous appuyez dessus, le bracelet coulisse.  Lorsqu'on la réinsère, le bracelet tient très bien.  Mais, la meilleure nouvelle au sujet de cette montre est qu'elle était gratuite !  Le professeur de sa classe lui a demandé de faire une présentation de 30 minutes sur la Apple Watch pour un cours appelé La technologie au quotidien. La montre a été payée à titre d'honoraires par l'école.  Et elle l'a gardée.

Le bracelet de l'Apple Watch est facile à changer et est solide. Image source.

C'était le semestre de vacances de Patty et elle fur d'accord pour donner un cours à une autre classe, Matériaux : La Substance de la civilisation, car le professeur de ce cours était à une conférence pour quelques jours.   Patty sentit qu'elle était tellement bien intégrée dans la culture de l'école d'ingénierie que ces deux professeurs lui demanderaient de participer à ces cours. 

Une partie de son cours était sur le développement par Mendeleevde son Tableau périodique.  Le professeur suggéra qu'elle envisage une présentation vidéo de 10 minutes du DVD Universe de Stephen Hawking.  La vidéo parlait de la façon dont Mendeleev avait écrit le poids atomique et le nom de l'élément sur un bout de papier de la taille d'une carte.  Il a ensuite organisé les éléments en fonction de leur poids atomique et leurs propriétés physiques et le résultat a été le tableau périodique.

Alors que Patty regardait la vidéo, elle a vu l'acteur placer la carte de l'élément indium.

« Une minute s'il vous plait », pensa-t-elle, « l'Indium avait-il déjà été découvert à cette époque ? »

Elle s'intéressait à l'indium parce que son mari Rob préparait sa thèse de doctorat sur l' oxyde d'étain indium (ITO) .  Elle a fait quelques recherches et a trouvé que l'indium a été découvert en 1863, six ans avant que Mendeleev ne publie son travail novateur sur le tableau périodique.  Alors la vidéo était finalement correcte.

Mendeleev à l'époque de sa découverte du Tableau périodique.

Alors que la vidéo continuait, le narrateur souligna que le premier Tableau périodique de Mendeleev avait des vides et que Mendeleev avait prédit qu'avec le temps, des éléments seraient découverts et rempliraient ces vides.

Patty trouva une vidéo de Ted Ed qu'elle cherchait et qui expliquait le travail de Mendeleev encore mieux que la vidéo de Stephen Hawking.  Une des choses que Patty pensait être vraiment profond était que Mendeleev avait prédit les propriétés des éléments inconnus d'après leur place dans le Tableau périodique.  La vidéo souligne qu'il a prédit qu'un élément d'une masse atomique d'environ 68 serait découvert.  Il a appelé cet élément eka-aluminium car il était de la même période et un rang en dessous de l'aluminium.  En 1871, il a prédit qu'il aurait une densité de 6g/cc, fondrait à une faible température, conduirait bien la chaleur et serait un métal brillant.   Toutes les caractéristiques qu'il a prédit avec une précision troublante lorsque l'eka-aluminum ou le gallium a été découvert quatre ans plus tard en 1875.

Tableau périodique de Mendeleev de 1871.  C'était avant que l'on ne connaisse les numéros atomiques alors il a utilisé la masse atomique. Image source.

Notez que le poids atomique de 68 n'a pas d'élément.  Le gallium sera inséré ici en 1875.

Patty connaissait le gallium car l'étude de Rob comprenait cet élément car il est souvent utilisé avec l'indium dans la fabrication des lasers de semi-conducteur et les LED.  Elle s'est vaguement rappelé que Rob était excité au sujet de l'importance du gallium mais elle ne se souvenait pas bien pourquoi.

La journée passa rapidement et, avant qu'elle ne s'en rende compte, elle était dans son allée, prête pour les aventures de la soirée.  Rob était arrivé plus tôt et préparait son traditionnel dîner de mac and cheese.  Il faisait la version croustillante et Patty sentait l'odeur agréable alors qu'elle retrait chez elle.  Un dîner et peu après, un moment en famille. Rob et Patty s'étaient mis d'accord pour moins parler du travail et se concentrer sur la famille avec leurs deux jeunes garçons.  C'était mardi, la journée de l'espagnol chez eux.  Le jour de l'espagnol, ils ne parlaient qu'espagnol. Leurs deux jumeaux parlaient et comprenaient assez bien déjà l'espagnol et le mandarin (le jeudi était la journée du mandarin).

A 20h, les garçons étaient au lit et Patty brûlait de parler de Mendeleev et de l'eka-aluminium avec Rob.  Après qu'elle lui ait raconté toute l'histoire, elle continua.

« Je pense encore que c'est vraiment impressionnant que Mendeleev ait pu non seulement prédire que le gallium devait exister mais aussi qu'il se soit rapproché autant de la description de ses propriétés réelles », déclara Patty.

« Je suis d’accord.  Réfléchis-y. Lorsqu'il a fait cette prédiction, on ne savait presque rien de ces substances.  Les scientifiques n'étaient même pas d'accord sur l'existence des atomes.  Toi et moi avons suivi des coursphysique de l'état solide et nous n'aurions probablement pas pu faire ce qu'il a fait », répondit Rob.

« Le gallium est une substance extrêmement importante actuellement car elle est utilisée pour les lasers semi-conducteurs et surtout les éclairages LED.  Sans le gallium, nous n'aurions pas pu avoir d'éclairage LED blanc car le nitride de gallium est nécessaire pour faire des lasers bleu », poursuivit Rob.

« Attends un peu !  Tu as parlé de lumière blanche puis de lumière bleu, je suis perdue », l'interrompit Patty.

« Il n'y a pas de LED à lumière blanche.  La lumière blanche ne peut être produite qu'à partir de LED rouge, vert et bleu.  Les LED bleu sont faits avec du nitride de gallium », répondit Rob.

« Je sais que la lumière LED blanche est importante pour l'avenir car elle économise de l'électricité.  Mais je n'ai pas aimé la lumière blanche bleuté agressive des premiers éclairages LED. Cependant, la technologie s'améliore », répondit Patty.

« J'ai lu qu'environ 20 % de toute l'électricité était utilisée pour l'éclairage et que les LED utilisaient environ 1/7^ème de l'énergie par lumen qu'utilise la lumière incandescente.  Si vous réfléchissez à cette situation, le gallium est une substance importante pour l'avenir », continua Rob.

« Je me demande si Mendeleev aurait deviné que sa prédiction d'eka-aluminium, l'eka-gallium, serait si importante », plaisanta Patty.

Au plaisir,

Dr. Ron

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