Quelques regards sur les sciences et sur ceux qui les ont fait avancer...

Projet informatique réalisé par REB Anne-Claire et JOSEPH Emmanuel Terminales 7S et 8S en 1998/1999 et partiellement modifié depuis.

- Coup d'oeil historique sur la chimie
- Les grands thèmes de la Chimie
- la chimie physique
- la chimie organique

Les premiers procédés chimiques connus furent inventés par les artisans de Mésopotamie, d’Egypte et de Chine notamment à travers le travail de l’or , du cuivre... en les chauffant avec du bois ou du charbon de bois, ou encore à travers la fabrication du verre. Ainsi lorsque se fonde la civilisation grecque, on connaît déjà le cuivre, le bronze et le fer, l’or et l’argent, le plomb... et même le mercure.

Au Moyen-Âge, les alchimistes augmentèrent les connaissances chimiques de l’humanité mais leurs intentions sont plus que suspectes à la conscience scientifique : beaucoup d'escrocs ou faux-monnayeurs, prétendaient posséder l’enseignement occulte des anciens Egyptiens, des druides... et connurent le succès de tous les charlatans, promettant aux uns la fortune et la transformation du plomb en or, aux autres la guérison de tous leurs maux, la puissance voire l’immortalité ! Toutefois, malgré une imagination débordante, les alchimistes découvrirent tout de même un certain nombre de procédés chimiques et inaugurèrent une opération fondamentale : la pesée. C’est ainsi, qu’ils introduisent sans trop le savoir, la méthode quantitative.

A la fin du Moyen-Âge, un alchimiste allemand, Eck de Sulbach, observa que les métaux augmentaient leur poids quand on les « calcinait » et en déduisit que le métal s’unissait avec un « esprit » (ce que nous appellerions aujourd’hui un gaz, et dans ce cas précis, l’oxygène). Cette observation suscita beaucoup d’intérêts chez les savants et contribua à la naissance de la première théorie chimique à savoir : Pourquoi les corps brûlent-ils ? Beaucoup s’intéressèrent au problème et exposèrent des théories diverses . Toutefois, il fallut attendre la fin du XVIIe siècle pour qu’apparaisse la véritable première théorie, à savoir la théorie du phlogistique dont les partisans étaient aussi nombreux qu’opiniâtres. On considérait que tout corps était constitué d’une matière inflammable, le phlogistique, ce qui donna lieu à de nombreux principes.

Jusqu’au XVIIe siècle, la chimie s’est essentiellement occupée des métaux, des liquides... et de toutes les propriétés qui pouvaient en découler.

Au début du XVIIIe siècle pour permettre à la chimie de continuer sa progression il devient impératif de pouvoir non seulement opérer sur les liquides, contenus dans des récipients ou sur des solides, mais également sur des gaz. C’est ainsi que Moitrel proposa d’enfermer l’air dans une cloche remplie d’eau, renversée au-dessus d’une cuve à eau. Ce procédé connu par tous aujourd’hui permit des progrès considérables. Désormais, ils étaient capables de recueillir et de mesurer des volumes gazeux...la chimie moderne était née et sa première préoccupation fut l’analyse de l’air. Ainsi, en 1805, Gay Lussac énonça les fameuses lois volumétriques sur les combinaisons gazeuses, qui interprétées par l’italien, Avogadro aboutirent à la théorie moléculaire des gaz et à l’hypothèse selon laquelle des volumes égaux de gaz différents pris dans les mêmes conditions de température et de pression, ont toujours le même nombre de molécules. Par ailleurs, Lavoisier en reprenant les expériences de Priestley sur l’air, démontra que l’air n’était pas un corps simple mais au contraire que celui-ci était composé de deux « airs », l’un entretenant les combustions et qu’il proposa d’appeler oxygène, l’autre étant capable d’asphyxier un petit animal et qu’il appela pour cette raison azote. Et c’est ainsi qu’il mit un terme à la fameuse théorie du phlogistique.

Après ces expériences définitives, la chimie allait prendre son essor. La distinction fondamentale introduite par Lavoisier entre corps simples et corps composés, illustrée par l’analyse de l’air (vers 1776) et par celle de l’eau (en 1784-1785), engendra la course à la découverte et à l’isolement des corps simples ou éléments. Du temps de Lavoisier, on en connaissait 23. Quarante ans plus tard, Dalton en cite 36 et Berzelius 40. Vers 1869 on en connaîtra 63. Dans le même temps, les chimistes et les physiciens établissent les lois de combinaison (lois de Proust, de Dalton ,de Gay-Lussac, de Richter-Berlius...) et la chimie avance sagement dans les sentiers tracés par Lavoisier.

La chimie va alors connaître ses premières grandes crises : l’hypothèse atomique sur la constitution de la matière, liée aux travaux de Dalton et Berzelius fut discutée aux alentours de 1870 par les « positivistes », qui ne croyaient pas aux atomes ; « les vitalistes » étaient persuadés que les corps organiques ( c’est à dire le composant de la matière vivante ou les produits de l’activité des êtres vivants) étaient régis par des lois distinctes des lois de la chimie minérale. Ils pensaient que cette chimie organique avait ses lois propres et ils s’opposaient ainsi aux théories d’un savant comme Wöhler, qui réalisa, en 1828, la synthèse de l’urée.

A partir des années 1850, on commence à utiliser le comportement de diverses substances vis-à-vis de la lumière polarisée pour déterminer leur architecture, et la chimie des structures naît avec les travaux de l’allemand Kékulé von Stradonitz de Butlerov ...

Plus tard lors du premier congrès international de chimie en 1860 sur l’architecture moléculaire, un jeune chimiste russe, Dimitri Mendeleïev marqua sa génération mais également toute la science contemporaine en proposant une classification rationnelle de tous les éléments (au nombre de 63 en mars 1869). Cette classification était fondée sur la répétition périodique des éléments classés par ordre de masse atomique croissante. Toutefois, ce n’est qu’en 1913, lorsque Bohr proposa le modèle atomique dit semi-classique que l’on comprit quelle était la clé du tableau de Mendeleïv.

La chimie a connu des progrès spectaculaires jusqu’à ces dernières années et en connaît encore. De découvertes en découvertes, chaque jour les scientifiques avancent un peu plus. Toutefois leur travail est encore loin d’être terminé tant les domaines d’études de la chimie sont variés.

La chimie physique

La chimie physique est un domaine de la chimie qui relie la structure chimique des composés à leurs propriétés physiques. Elle consiste notamment à étudier les propriétés de la pression, de la tension de surface, de la viscosité, de la densité...mais également à étudier des aspects dits classiques du comportement des systèmes chimiques, comme les propriétés thermiques, les équilibres, les vitesses de réaction... Elle cherche également à expliquer les effets électriques, thermiques et mécaniques des électrons et des protons individuels sur les solides et les liquides.

 La chimie physique fut d’abord consacrée au problème des affinités chimiques ou encore à la façon dont les composés peuvent réagir les uns avec les autres: la corrosion du fer et non de l’or, le fait que l’oxygène intervienne dans la combustion et non l’azote, sont des exemples classiques d’étude.

A partir du XIXe siècle, de nombreux chimistes (Berthollet, Thomson , Carnot, Berzelius , Gibbs, Guldberg, Waage...), s’intéressent aux réactions chimiques proprement dites (vitesse de réaction, réversibilité, catalyse, thermodynamique...)Les concepts de chaleur, d’énergie, de travail et de température se précisent et donnent lieu aux premières lois de la thermodynamique énoncées par Mayer, Kelvin puis Nernst.

Par ailleurs Avogadro en reprenant la théorie atomique de Dalton précise la différence entre les atomes et les molécules des composés élémentaires. De même, suite à toutes ces découvertes entre 1860 et 1875, Boltzmann, Thomson et Maxwell montrèrent comment rendre compte de la loi des gaz parfaits par une théorie cinétique de la matière. En 1874, le physico-chimiste hollandais Van't Hoff , considéré généralement comme le père de la cinétique chimique, fonde la stéréochimie avec ses travaux sur les composés carbonés optiquement actifs et les structures moléculaires asymétriques en trois dimensions. puis il relia trois années plus tard, la thermodynamique à la cinétique des réactions et introduisit une méthode pour déterminer l’ordre des réactions. En 1889, fut également énoncé par Arrhénius la théorie de la dissociation électrolytique.

Au XXe siècle, les progrès en cinétique chimique se sont poursuivis avec les études sur les structures moléculaires, les vitesses de réaction et les réactions en chaînes, par des physico-chimistes comme Irving Langmuir, Jens Anton Christiansen, Polanyi....En 1923, Lewis approfondit et clarifia les principes de la thermodynamique énoncés par Gibbs .

 A la moitié du XXe siècle, avec l’émergence de la théorie quantique, la chimie physique prend un tournant décisif. En 1897, Planck propose une quantification de l’énergie de certains systèmes : l’énergie se manifesterait en quantités finies de la même façon que les niveaux d’énergie dans les atomes. En 1913 Bohr montre commente le concept de quantification pouvait expliquer le spectre de l’atome d’hydrogène. Vers 1930, Schrödinger et Heisenberg introduisent la notion de fonction d’onde, incluant ainsi la dualité onde-corpuscule des électrons.

 La chimie physique sous ses différentes formes (thermodynamique, électrochimie, photochimie...) est actuellement un domaine très actif en recherche et progresse chaque jour davantage. Par ailleurs, sans les progrès apportés par la chimie-physique certaines révolutions actuelles duent à l’informatique et au développement des moyens de communications n’auraient peut-être pas pu se produire.

La chimie organique

 La chimie organique est une des branches de la chimie qui étudie les composés du carbone et leurs réactions. De nombreuses variétés de substances sont constituées de molécules organiques : les médicaments, les vitamines, les matières plastiques, les fibres naturelles et synthétiques, les glucides...Son but est de déterminer les structures des molécules organiques, d’étudier leurs différentes réactions et de développer des procédures pour synthétiser les composés organiques.

La chimie organique connaît son avènement avec Wöhler, qui est parvenu à convertir un composé inorganique ou minéral, le cyanate d’ammonium, en une substance organique, l’urée, que l’on trouve dans l’urine de nombreux animaux. Avant, les chimistes étaient persuadés que la synthèse des composés organiques nécessitait l’intervention d’une force « vitale ». Ainsi, avec cette découverte, Whöler brisa la barrière entre les composés organiques et inorganiques.

C’est ainsi que les chimistes contemporains considèrent désormais les composés organiques comme étant ceux contenant du carbone et un ou plusieurs autres éléments, le plus souvent l’hydrogène, l’oxygène, l’azote, le souffre, les halogènes.

La chimie organique a eu et possède encore une influence importante sur la vie du XXe siècle en améliorant la qualité des substances naturelles et en permettant de synthétiser des composés naturels et artificiels qui ont permis à leur tour d’améliorer l’hygiène et le confort. Toutefois, là aussi le travail est loin d’être terminé...