Histoire de la chimie : Josiah Willard Gibbs


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Le mathématicien et physicien américain Willard Gibbs (1839-1903) travailla sur les applications de la thermodynamique et a joué un rôle dans la transformation de la chimie physique en une science déductive rigoureuse. Pendant les années de 1876 à 1878, Gibbs travaille sur les principes de la thermodynamique pour  les appliquer aux processus complexes impliqués dans les réactions chimiques. Il découvre le concept de potentiel chimique, ou le « carburant » qui fait des réactions chimiques se dérouler. En 1876, il publie sa plus célèbre contribution, "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances " (Sur l'équilibre des substances hétérogènes), une compilation de ses travaux sur la thermodynamique et la chimie physique qui ont défini le concept de l'énergie libre pour expliquer la base physique des équilibres chimiques.  Ces essais furent les débuts de théories de Gibbs des phases de la matière : il considère chaque état de la matière comme une phase et chaque substance comme un composant. Gibbs prend toutes les variables impliquées dans une réaction chimique - température, la pression, l'énergie, le volume et l'entropie - et les inclue dans une équation simple connue comme la règle des phases de Gibbs.

Cet article est peut-être sa contribution la plus remarquable :  l'introduction du concept de l'énergie libre , désormais universellement appelée  énergie libre de Gibbs en son honneur. L'énergie libre de Gibbs mesure la tendance d'un système physique ou chimique, dans un processus naturel spontané,  de simultanément abaisser  son énergie et augmenter son désordre, ou entropie. L'approche de Gibbs permet à un chercheur de calculer la variation de l'énergie libre dans le processus, comme dans une réaction chimique et la vitesse à laquelle elle se déroulera. Puisque la quasi-totalité des processus chimiques et de nombreux effets physiques impliquent de tels changements, son travail a significativement affecté à la fois les aspects théoriques et l'expérience de ces sciences.

 

En  1877, Ludwig Boltzmann (1844-1906) établit  la dérivation statistique de nombreux concepts physiques et chimiques importants, y compris l'entropie et les distributions de vitesses moléculaires dans la phase gazeuse. En collaboration avec Boltzmann et James Clerk Maxwell (1831-1879), Gibbs crée une nouvelle branche de la physique théorique appelée mécanique  statistique  (un terme qu'il a inventé), expliquant les lois de la thermodynamique comme conséquences des propriétés statistiques des grands ensembles de particules. Gibbs a également travaillé sur l'application des équations de Maxwell à des problèmes de l'optique physique. La dérivation de Gibbs des lois phénoménologiques de la thermodynamique des propriétés statistiques des systèmes avec de nombreuses particules a été présentée dans son manuel très important : Elementary Principes in Statistical Mecanics publié en 1902, un an avant sa mort. Dans ce travail, Gibbs examine la relation entre les lois de la thermodynamique et celles  de la théorie statistique des mouvements moléculaires.

Suite : Fin du 19e siècle