Un peu de chimie

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Première métallurgie, Antiquité classique et l'atomisme, 19e siècleNouveaux 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.

20e siècle

Niels Bohr, Gilbert N. Lewis

En 1903, Mikhail Tsvet inventa la chromatographie, une technique analytique importante.
En 1904, Hantaro Nagaoka  proposa un premier  modèle nucléaire  de l'atome, où les électrons sont en orbite autour d'un noyau massif et dense.
En 1905, Fritz Haber et Carl Bosch développèrent le procédé Haber de fabrication de l'ammoniac qui fut une étape importante dans la chimie industrielle avec des conséquences profondes pour l'agriculture. Le procédé Haber, ou procédé Haber-Bosch, combine de l'azote et de l'hydrogène  pour former de l'ammoniac en quantités industrielles pour la production d'engrais et de munitions. La production de nourriture pour la population actuelle de la moitié du monde dépend de cette méthode pour la production d'engrais. Haber et Max Born,  proposèrent  le cycle de Born-Haber comme méthode d'évaluation de l'énergie de réseau d'un solide ionique. Haber a également été cité comme le « père de la guerre chimique " pour son travail de développement du chlore et d'autres gaz toxiques lors de la Première Guerre mondiale.

En 1905, Albert Einstein a expliqué le mouvement brownien d'une manière qui définitivement prouva  la théorie  atomique. Leo Baekeland a inventé la bakélite, l'un des premières plastiques qui obtient un succès commercial. En 1909, le physicien américain Robert Andrews Millikan - qui avait étudié en Europe sous Walther Nernst et Max Planck  mesura la charge des électrons individuels avec une précision sans précédent par  l'expérience de la goutte d'huile, dans laquelle il mesura les charges électriques sur l'eau (et plus tard l’huile) qui tombe en minuscules gouttelettes. Son étude a établi que la charge électrique de toute gouttelette particulière est un multiple de la charge de l’électron ; c’est donc une confirmation que tous les électrons ont la même charge et la même  masse. À partir de 1912, il a passé plusieurs années à étudier et à prouver la relation linéaire proposée par Albert Einstein entre l'énergie et la fréquence et en fournissant le premier support photoélectrique direct pour la constante de Planck. En 1923, Millikan a reçu le prix Nobel de physique.
En 1909, Søren Sørensen  inventa le concept de pH et développa des méthodes pour mesurer l'acidité.
En 1911, Antonius Van den Broek proposa  que les éléments du tableau périodique sont plus correctement organisées par la charge nucléaire positive plutôt par que le poids atomique.
En 1911, la Première Conférence Solvay  à Bruxelles réunissait la plupart des scientifiques les plus éminents de l’époque.
En 1912, William Henry Bragg et William Lawrence Bragg proposèrent la loi de Bragg et ont créé le domaine de la cristallographie de rayons X, un outil important pour élucider la structure cristalline des substances.
En 1912, Peter Debye développa le concept de dipôle moléculaire pour décrire la distribution de charge asymétrique dans certaines molécules.

Niels Bohr,

En 1913, Niels Bohr, physicien danois, adapta les concepts de la mécanique quantique à la structure atomique en proposant ce qui est maintenant connu comme le modèle Bohr de l'atome, où les électrons existent seulement dans des orbites circulaires strictement définies autour du noyau. Le modèle de Bohr est un modèle planétaire dans lequel les électrons chargés négativement orbitent autour d'un petit noyau chargé positivement semblable aux planètes en orbite autour du Soleil. Dans le modèle de Bohr, cependant, les électrons tournent autour du noyau dans des orbites qui ont une taille et une énergie définies - les niveaux d'énergie sont dits quantifiées, ce qui signifie que seules certaines orbites sont autorisées.  L'énergie de l'orbite est liée à sa taille ce qui signifie que l’énergie la plus faible se trouve dans la plus petite orbite. Bohr a également émis l'hypothèse que le rayonnement électromagnétique est absorbé ou est émis lorsqu'un électron se déplace d'une orbite à l'autre. Vu que seules certaines orbites  sont autorisées, l'émission de lumière accompagnant le saut d'un électron d'un état d'énergie excité à l'état fondamental produit un spectre d'émission unique pour chaque élément.

Niels Bohr a également travaillé sur le principe de complémentarité, qui stipule qu'un objet peut être interprété de deux manières mutuellement exclusives et valides. Les électrons peuvent être interprétés comme des ondes ou comme des particules. Son hypothèse était qu'une particule entrante frapperait le noyau et créerait un noyau composé excité. Ceci a formé la base de son modèle de la goutte de liquide qui plus tard a fourni une base théorique à l'explication de la fission nucléaire.

En 1913, Henry Moseley, travaillant  sur une idée de Van den Broek, introduisit le concept de numéro atomique pour corriger les insuffisances du tableau périodique de Mendeleïev, qui avait été basée sur le poids atomique. Le pic de la carrière de Frederick Soddy en radiochimie fut en 1913 avec sa découverte des isotopes  et on lui doit la découverte en 1917 du protactinium .

En 1913, JJ Thomson élargit les travaux de Wien en montrant que les particules subatomiques chargées peuvent  être séparées en fonction de leur rapport masse-charge, une technique connue comme la spectrométrie de masse.

Gilbert N. Lewis

Le chimiste américain Gilbert N. Lewis jeta les bases de la théorie de liaison de valence; il a contribué à l'élaboration d'une théorie de la liaison basée sur le nombre d'électrons de "valence" dans la couche extérieure de l'atome. En 1902, alors que Lewis tentait d'expliquer la valence à ses élèves, il  dépeignait les atomes comme composés d'une série concentrique de cubes avec des électrons à chaque coin. Cet « atome cubique », explique les huit groupes dans le tableau périodique et  représente son idée que les liaisons chimiques sont formées par transfert d'électrons pour donner à chaque atome un ensemble complet de huit électrons externes (un "octet").

La théorie de Lewis de liaison chimique a continué d'évoluer et, en 1916, il publia son article intitulé «The atom of the Molecule", où il suggéra qu'une liaison chimique est une paire d'électrons partagés par deux atomes. Le modèle de Lewis a assimilé la liaison chimique classique avec le partage d'une paire d'électrons entre les deux atomes liés. Lewis  présenta, dans ce document, les "electron dot diagrams " pour symboliser les structures électroniques des atomes et des molécules. Maintenant connu comme structures de Lewis, ils sont présentés dans pratiquement tous les livres d’introduction à la chimie.

Peu de temps après la publication de son document de 1916, Lewis fut  absorbé dans la recherche militaire. Il ne revint  au sujet de la liaison chimique qu'en 1923, quand il résuma magistralement son modèle dans une courte monographie intitulée” Valence and the Structure os Atoms and Molecules” . Son regain d'intérêt pour le sujet a été largement stimulé par les activités du chimiste américain et chercheur de la General Electric, Irving Langmuir, qui entre 1919 et 1921  popularisa et développa le modèle de Lewis. Langmuir introduisit ensuite le terme de  liaison covalente.

En 1921, Otto Stern et Walther Gerlach établissaient le concept de spin mécanique quantique des particules subatomiques.

Pour les cas où il n’y a aucun partage d’électron, Lewis, en 1923,  développa la théorie de paire d'électrons d'acides et de base: Lewis redéfinit un acide comme tout atome ou molécule contenant un octet incomplet qui est donc capable d'accepter des électrons d'un autre atome; les bases sont, bien sûr, des donneurs d'électrons. Sa théorie est connue sous le concept d’acides et bases de Lewis. En 1923, G. N. Lewis et Merle Randall publièrent Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances, premier traité moderne de thermodynamique chimique.

Les années 1920 ont vu l’adoption rapide et l'application du modèle de Lewis de la liaison par paire d'électrons dans les domaines de la chimie organique et de coordination. En chimie organique, c’est principalement dû aux efforts des chimistes britanniques Arthur Lapworth, Robert Robinson, Thomas Lowry et Christopher Ingold; tandis qu’en chimie de coordination, le modèle de liaison de Lewis a été encouragé par les efforts du chimiste américain Maurice Huggins et du chimiste britannique Nevil Sidgwick.