Un peu de chimie

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Première métallurgie, Antiquité classique et l'atomisme, 19e siècle, Nouveaux éléments et  lois desgaz, Mi-1800, Fin du 19e siècle, 20e siècle, Mécanique quantique, La biologie moléculaire et labiochimie,  Mathématiques et la chimie, Fin du 20e siècle.

19ème siècle

John Dalton, Jöns Jacob Berzelius

    En 1802, le chimiste et industriel américain français Éleuthère Irénée du Pont, qui avait appris la fabrication de la poudre et des explosifs sous Antoine Lavoisier,  créa une fabrique de poudre dans le Delaware, sur la rivière Brandywine,  connue sous le nom de E. I. du Pont de Nemours and Company. La Révolution française avait forcé sa famille à déménager aux États-Unis. Voulant tirer le meilleur parti possible de la poudre, du Pont était vigilant sur la qualité des matériaux qu'il utilisait. Pendant 32 ans, du Pont fut président de E. I. du Pont de Nemours and Company, qui finit par devenir l'une des entreprises les plus importantes et les plus prospères en Amérique.

    Tout au long du 19e siècle, la chimie fut divisée entre ceux qui ont suivi la théorie atomique de John Dalton et ceux qui ne l'ont pas fait, comme Wilhelm Ostwald et Ernst Mach. Bien que ces partisans de la théorie atomique comme Amedeo Avogadro et  Ludwig Boltzmann aient fait de grands progrès pour expliquer le comportement des gaz, ce différend n'a  été définitivement réglé qu’à la publication, en 1905, de l’explication théorique du mouvement brownien par Einstein, explication confirmée ensuite par les expériences de Jean Perrin.

     Bien avant que le différend n’ait été réglé, beaucoup avaient déjà appliqué le concept de l'atomisme à la chimie. Un exemple important fut la théorie ionique de Svante Arrhenius, qui émit  des idées sur la structure atomique qui n’ont pas été  développées  entièrement avant le 20e siècle. Michael Faraday fut un autre travailleur précoce dont la principale contribution à la chimie fut l’électrochimie, dans laquelle on démontre, entre autres, que pendant l’électrolyse, ou l’électrodéposition  une certaine quantité d'électricité est associée à une certaine quantité d'éléments chimiques. Ces résultats, comme ceux des pressions partielles de Dalton, ont été les premiers indices de la nature atomique de la matière.

John Dalton

    En 1803, le météorologiste et chimiste anglais John Dalton a proposé la loi de Dalton, qui décrit la relation  entre les composants dans un mélange de gaz et comment  les  pressions partielles  de  chacun contribuent à celle de l'ensemble du mélange.  Découvert en 1801, ce concept est également connu comme la loi des pressions partielles de Dalton.

    Dalton a également proposé une théorie moderne atomique en 1803, déclarant que toute la matière était composée de petites particules indivisibles appelées atomes. Les atomes d'un élément donné possèdent des caractéristiques et des poids uniques. Trois types d'atomes existent : simples (éléments),  composés (molécules simples) et complexes (molécules complexes).  En 1808, Dalton publia New System of Chemical Philosophy un nouveau système de philosophie chimique, dans lequel il expose la première description scientifique moderne de la théorie atomique. Ce travail a identifié chaque élément chimique comme un type spécifique d'atome, rejetant donc la théorie de Newton des affinités chimiques.

    Dalton déduit les proportions des éléments dans les composés en prenant les rapports des poids des corps réactionnels utilisant le  poids atomique de l'hydrogène comme unité. Après Jeremias Benjamin Richter (connu pour l'introduction du terme stoechiométrie), il a proposé que les éléments chimiques se combinent dans des rapports entiers. Ceci est connu comme la loi des proportions multiples ou la loi de Dalton qui inclut une description claire de cette loi dans son  New System of Chemical Philosophy. La loi des proportions multiples est l'une des lois fondamentales de la stoechiométrie utilisées pour établir la théorie atomique. En dépit de l'importance du travail qui montra les atomes comme des entités physiquement réelles et l’introduction d'un système de symboles chimiques,  New System of Chemical Philosophy   consacrait  presque autant d'espace à la théorie du calorique qu’à l'atomisme.

Sur la base de plusieurs expériences menées entre 1797 et 1801, le chimiste français Joseph Proust  proposa  la loi des proportions définies, qui propose que les éléments se combinent toujours dans de petits rapports de nombres entiers pour former des composés. Parallèlement à la loi des proportions multiples, la loi des proportions définies constitue la base de la stoechiométrie. La loi des proportions définies et composition constante ne prouve pas que les atomes existent, mais elle est difficile à expliquer sans supposer que les composés chimiques sont formés lorsque les atomes se combinent dans des proportions constantes.

Jöns Jacob Berzelius

    Un chimiste suédois et disciple de Dalton, Jöns Jacob Berzelius entreprit un programme systématique pour essayer d'exécuter des mesures quantitatives précises  et d'assurer la pureté des produits chimiques. Avec Lavoisier, Boyle et Dalton, Berzelius est connu comme le père de la chimie moderne. En 1828, il compila une table des poids atomiques relatifs, où le poids de l'oxygène était fixé à 100, et qui comprenait tous les éléments connus à l'époque. Ce travail fournit des preuves en faveur de la théorie atomique de Dalton :  les composés chimiques inorganiques sont composées d'atomes combinés en nombre entiers. Il  détermina les constituants élémentaires exacts d'un grand nombre de composés. Ces résultats ont beaucoup confirmé la loi de Proust des proportions définies. Pour ses poids, il a utilisé l'oxygène en tant que repère, fixant le poids de celui-ci égal à 100. Il a également mesuré le poids de 43 éléments. En découvrant que les poids atomiques ne sont pas des multiples entiers du poids de l'hydrogène, Berzelius a également réfuté l'hypothèse de Proust que les éléments sont construits à partir des atomes d'hydrogène.

Aidé par ses nombreuses déterminations de poids atomique et pour aider ses expériences, il a introduit le système classique de symboles et notations chimiques dans son édition de 1808 de Lärbok i Kemien, dans laquelle les éléments sont abrégés par une ou deux lettres pour obtenir des symboles distinctes à partir de leur nom latin. Ce système de notation chimique dans laquelle les éléments ont reçu des étiquettes écrites simples, tels que O pour l'oxygène O ou Fe pour le fer, avec des proportions notées par des nombres est le même système de base utilisé aujourd'hui. La seule différence est qu'au lieu de l'indice numéro utilisé aujourd'hui (par exemple, H2O), Berzelius utilisa un exposant (H2O). Berzélius eut le mérite d’avoir identifié le silicium, le sélénium, le thorium et le cérium. Les étudiants qui travaillaient dans le laboratoire de Berzelius ont également découvert le lithium et le vanadium.

Berzelius a développé la théorie radicalaire de la combinaison chimique, qui soutient que les réactions se produisent par des groupes stables d'atomes appelés radicaux qui sont échangés entre les molécules. Il a estimé que les sels sont des composés d'un acide et de bases et a découvert que les anions dans les acides seraient attirés par une électrode positive (l'anode), tandis que les cations dans une base seraient attirés par une électrode négative (la cathode). Berzelius ne croyait pas à la théorie du vitalisme, mais plutôt à une force régulatrice qui  produit l'organisation des tissus dans un organisme. Berzelius a aussi le mérite d’avoir créé les termes chimiques "catalyse", "polymère", "isomère", et "allotrope", bien que ses définitions initiales diffèrent considérablement de l’usage moderne. Par exemple, il a inventé le terme "polymère" en 1833 pour décrire des composés organiques qui partagent des formules empiriques identiques mais dont le poids moléculaire global est différent, les plus grands des composés étant décrits comme des «polymères» du plus petit. Le  glucose (C6H12O6) était donc  considéré comme un polymère de la formaldéhyde (CH2O).