Un peu de chimie

retour: Histoire de la chimie

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.

Findu 19e siècle

Ladécouverte de Ramsay des gaz nobles, Marieet Pierre Curie, ErnestRutherford

L'invention de l'ingénieur allemand Carl von Linde d'unprocessus continu de liquéfaction des gaz en grande quantité forma une basepour la technologie moderne de réfrigération et fournit à la fois la dynamiqueet les moyens pour mener des recherches scientifiques à des températures basseset des vides très élevés. Il mit au point un réfrigérateur à l'éther de méthyle(1874) et un autre à l’ammoniac (1876). Bien que d'autres unités deréfrigération aient été développées plus tôt, Linde était le premier à lesavoir conçues avec l’aide de calculs précis d'efficacité. En 1895, il  miten place une usine à grande échelle pour la production de l'air liquide. Sixans plus tard, il  développa une méthode pour séparer l'oxygène liquidepur à partir de l'air liquide qui aboutit à la conversion industriellegénéralisée des procédés utilisant de l'oxygène (par exemple, dans lafabrication de l'acier).

En 1883, Svante Arrhenius a développa une théorie d'ionspour expliquer la conductivité dans les électrolytes. En 1884, Jacobus Henricusvan 't Hoff publia Studies in Dynamics Chemistry (études en chimiedynamique), une étude qui fit école en cinétique chimique. Dans ce travail, van't Hoff entra pour la première fois dans le domaine de la chimiephysique.  Son développement de la relation thermodynamique générale entrela chaleur de la conversion et le déplacement de l'équilibre en raison de lavariation de température est d’une grande importance. À volume constant,l'équilibre dans un système aura tendance à se déplacer dans une direction quis’oppose à la variation de température qui est imposée au système. Ainsi, un abaissement de la température provoque un dégagement de chaleur et sonaugmentation l'absorption de chaleur. Ce principe d'équilibre mobile a été parla suite (1885)  mis sous une forme générale par Henry Louis Le Chatelier,qui a étendu le principe en y incluant le changement de volume et de pression.Le principe de  van 't Hoff-Le Chatelier, ou tout simplement le principede Le Chatelier, explique la réponse des équilibres chimiques dynamiques à descontraintes externes.

En 1884, Hermann Emil Fischer proposa la structure de lapurine, une structure clé pour  de nombreuses biomolécules et l’a ensuitesynthétisée en 1898. Il travailla également sur la chimie du glucose et dessucres apparentés.  

En 1885, Eugene Goldstein décrivit les rayonscathodiques, découverts par la suite comme étant composé d'électrons, et lesrayons canaux , découvert par la suite comme étant  des ions hydrogènepositifs ; ils seront plus tard appelés protons.  L'année 1885 a égalementvu la publication de J.H. van 't Hoff “L'Équilibre chimique dans lesSystèmes gazeux ou dissous à I'État dilué” , qui traite de la théorie dessolutions diluées. Ici, il  démontra que la « pression osmotique "dans les solutions qui sont suffisamment diluées est proportionnelle à laconcentration et à la température absolue de telle sorte que cette pressionpuisse être représentée par une formule qui ne diffère de la formule de lapression du gaz que par un coefficient i. Il a également déterminé la valeur dei par divers procédés, par exemple au moyen de la pression de vapeur et desrésultats de François-Marie Raoult sur l'abaissement du point de congélation.Ainsi van 't Hoff fut en mesure de prouver que les lois thermodynamiques nesont pas seulement valables pour les gaz, mais aussi pour les solutionsdiluées. Ses lois sur la pression, validées par la théorie de la dissociationélectrolytique de Arrhenius (1884-1887) sont considérées comme les pluscomplètes et importantes  dans le domaine des sciences naturelles.

 En 1893, Alfred Werner découvrit la structureoctaédrique des complexes de cobalt, créant ainsi la chimie de coordination.

Ladécouverte de Ramsay des gaz nobles

Les plus célèbres découvertes du chimiste écossaisWilliam Ramsay ont été faites en chimie inorganique. Ramsay était intrigué parl’observation en 1802  du physicien britannique John Strutt  3èmeBaron Rayleigh que le poids atomique de l'azote trouvé dans les composéschimiques était inférieure à celle de l'azote présent dans l'atmosphère.Il  attribua cet écart à un gaz plus léger que l’azote inclus dans lescomposés chimiques de l'azote, tandis que Ramsay soupçonna un gaz plus lourdjusque-là inconnu dans l'azote atmosphérique. En utilisant deux méthodesdifférentes pour éliminer tous les gaz connus de l'air, Ramsay et Lord Rayleighfurent en mesure d'annoncer en 1894 qu'ils avaient trouvé un élément gazeuxmonoatomique, chimiquement inerte constituant  de près d’un pour cent del'atmosphère; ils l'ont appelé argon.

L'année suivante, extrait un autre gaz inerte d'unminéral appelé cleveite; c’était  l'hélium, déjà connu dans le spectresolaire. Dans son livre The Gases of theAtmosphere (1896)( Les gazde l'atmosphère) Ramsay a montré que les positions de l'hélium et de l'argondans le tableau périodique des éléments indiquent que, au moins trois gaz plusnobles pourraient exister. En 1898, Ramsay et le chimiste britannique Morris W.Travers isolèrent ces éléments appelés néon, krypton et xénon dans l'air amenéà l’état liquide à basse température et haute pression. Sir William Ramsaytravailla avec Frederick Soddy pour démontrer, en 1903, que les particulesalpha (noyaux d'hélium) sont continuellement produites au cours de ladésintégration radioactive d'un échantillon de radium. Ramsay  reçut en1904 le prix Nobel de chimie en reconnaissance de “ services pour la découvertedes éléments gazeux inertes dans l'air et sa détermination de leur positiondans le système périodique."

En 1897, J. J. Thomson découvrit l'électron en utilisantle tube à rayons cathodiques. En 1898, Wilhelm Wien démontra que les rayonscanaux (flux d'ions positifs) peuvent être déviés par les champs magnétiques etque la grandeur de déviation est proportionnelle au rapport de masse surcharge. Cette découverte a conduit à la technique analytique connue comme laspectrométrie de masse.

Marieet Pierre Curie

Marie Sklodowska-Curie était une physicienne et chimistefrançaise d'origine polonaise qui est célèbre pour ses recherches novatrices surla radioactivité. Elle et son mari sont considérés comme ayant posé la premièrepierre de l'ère nucléaire par leurs travaux de recherche sur la radioactivité.Marie était fascinée par l'œuvre d'Henri Becquerel, un physicien françaisqui  découvrit en 1896 que l'uranium émet des rayons analogues aux rayonsX découverts par Wilhelm Röntgen. Marie Curie  commença à étudierl'uranium à la fin de 1897 et selon un article de 1904, qu’elle écrivit pour lemagazine Century, " l'émission de rayons par les composés de l'uranium estune propriété du métal lui-même, qu'il est une propriété atomique de l'élémenturanium indépendant de son état chimique ou  physique ". Marie repritle travail de Becquerel et mena  ses propres expériences sur les rayonsd'uranium. Elle découvrit que les rayons  restent constants, peu importel'état ou la forme de l'uranium. Les rayons venaient de la structure atomiquede l'élément. Cette idée révolutionnaire a créé le domaine de la physiqueatomique et les Curies inventèrent le mot radioactivité pour décrire lephénomène.

Pierre et Marie explorèrent la radioactivité entravaillant pour séparer les substances dans les minerais d'uranium, puis utilisèrent l'électromètre pour effectuer des mesures de rayonnement afinde rechercher  des quantités infimes d'élément radioactif inconnu parmiles fractions recueillies. Travaillant sur la  pechblende, le couple adécouvert un nouvel élément radioactif en 1898. Ils l’appelèrent polonium,d’après le pays natal de Marie, la Pologne. Le 21 Décembre 1898, les Curiesdétectèrent la présence d'un autre élément radioactif dans la pechblende. Ilsprésentèrent cette découverte à l'Académie française des Sciences le 26décembre, proposant que le nouvel élément soit appelé radium. Les' Curiestravaillèrent ensuite à isoler le polonium et le radium à partir de composésd'origine naturelle pour prouver qu'ils étaient des nouveaux éléments.

En 1902, les Curies annoncèrent qu'ils avaient produit undecigramme de radium pur, ce qui démontrait son existence comme élémentchimique unique. Alors qu'il leur avait fallu trois ans pour isoler le radium,ils n'ont jamais été en mesure d'isoler le polonium. Avec la découverte de deuxnouveaux éléments et  trouvant  des techniques pour isoler desisotopes radioactifs, Curie supervisa les premières études du monde dans letraitement de néoplasmes, en utilisant des isotopes radioactifs. Avec HenriBecquerel et son mari, Pierre Curie, elle reçut le prix Nobel de physique de1903. Elle fut  seule à recevoir  le Prix Nobel de Chimie de 1911. Cefut la première femme à remporter seule un prix Nobel et elle est la seulefemme à avoir remporté le prix dans deux domaines différents.

Tout en travaillant avec Marie pour extraire dessubstances pures à partir de minerais, une entreprise qui avait vraiment besoinde ressources industrielles, mais qu'ils réalisèrent dans des conditionsrelativement primitives, Pierre lui-même se concentra sur l'étude physique (ycompris les effets lumineux et chimiques) des radiations nouvelles. Grâce à l'actiondes champs magnétiques sur les rayons émis par le radium, il a prouvé laprésence de particules électriquement positive, négative ou neutre; Ernest Rutherford  les appela ensuite rayon alpha, bêta et gamma. Pierre a ensuite étudié ces radiations par calorimétrie et aégalement observé les effets physiologiques du radium, ouvrant ainsi la voie àla thérapie du radium. Pierre Curie découvrit, entre autres, que les substances ferromagnétiques présentent une transition detempérature critique, au-dessus de laquelle elles perdent leur comportementferromagnétique - ce qui est connu comme le "point de Curie." Il aété élu à l'Académie des Sciences (1905), ayant en 1903 conjointement avecMarie reçu la prestigieuse médaille Davy de la Royal Society et conjointementavec elle et Becquerel le prix Nobel de physique. Il a été écrasé par unevoiture rue Dauphine à Paris en 1906 et est mort instantanément. Ses œuvrescomplètes ont été publiées en 1908.

ErnestRutherford

Le chimiste et physicien Ernest Rutherford chimiste etphysicien né en Nouvelle-Zélande est considéré comme “ le père de la physiquenucléaire." Rutherford est surtout connu pour le choix des noms alpha,bêta et gamma pour classer les diverses formes de rayons radioactifs qui ont étémal compris à son époque (les rayons alpha et bêta sont des faisceaux departicules, tandis que les rayons gamma sont une forme électromagnétique deradiation à haute énergie ). Rutherford  dévia des rayons alpha avec deschamps électriques et magnétiques en 1903. Travaillant avec Frederick Soddy,Rutherford a expliqué que la radioactivité est due à la transmutationd'éléments, maintenant connues comme réactions nucléaires.

Il a également observé que l'intensité de laradioactivité d'un élément radioactif diminue d’une quantité unique etrégulière dans le temps et il a nommé “demi-vie”  le temps de réduire laradioactivité de moitié. En 1901 et 1902, il  travailla avec FrederickSoddy pour prouver que les atomes d'un élément radioactif  se transformaient en une autre, en expulsant un morceau d'atome à grande vitesse. En 1906,à l'Université de Manchester, Rutherford supervisa une expérience menée par sesétudiants Hans Geiger (connu pour le compteur Geiger) et Ernest Marsden. Dansl'expérience Geiger-Marsden, un faisceau de particules alpha généré par ladésintégration radioactive du radon, fut dirigé sur une feuille de très mincefeuille d'or dans une chambre sous vide. Selon le modèle de puddingprévalescent à l’époque, les particules alpha devraient toutes traverser lafeuille et atteindre l’écran du détecteur ou devraient être déviés au plus dequelques degrés.

Cependant, les résultats réels surprirent Rutherford.Bien que beaucoup de particules alpha traversèrent la feuille d’or comme prévu,une partie dévia selon de petits angles tandis que d'autres furent réfléchisvers la source de rayon alpha. Ils ont observé qu'un très faible pourcentage departicules avait été dévié selon des angles de beaucoup plus de 90 degrés.L'expérience de la feuille d’or a montré  de grands écarts  pour unepetite fraction de particules incidentes. Rutherford se rendit compte que, vuque certaines des particules alpha ont été déviées ou reflétées, l'atome avaitun centre concentré de charge positive et de masse relativement importante.Rutherford appela plus tard ce centre positif le “noyau atomique". Lesparticules alpha ont soit frappé le centre positif directement ou passé assezprès de celui-ci pour être  affecté par sa charge positive. Comme beaucoupd'autres particules ont traversé la feuille d'or, le centre positif devait êtreune taille relativement petite par rapport au reste de l'atome - ce quisignifie que l'atome est principalement un espace ouvert.  À partir de cesrésultats, Rutherford a développé un modèle de l'atome qui était similaire ausystème solaire, le modèle dit de Rutherford. Comme les planètes, les électronssont en orbite autour d’un noyau de type solaire central. Pour son travail avecle rayonnement et le noyau atomique, Rutherford reçut le  prix Nobel de chimieen 1908.