Histoire de la chimie

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L'histoire de la chimie commence dans la nuit des temps. Antérieurement à 1000 avant J. C., de nombreux peuples utilisaient des techniques qui allaient constituer la base des diverses branches de la chimie. Citons, comme exemples :
✓        l'exploitation de minerais pour produire des métaux,
✓        la fermentation de la bière et du vin,
✓        l'extraction de produits chimiques à partir de la végétation pour la médecine et les parfums,
✓        la transformation de la graisse en savon,
✓        la poterie et la glaçure,
✓        la fabrication du verre et
✓        la fabrication d’alliage comme le bronze.

     La proto-science de la chimie, l'alchimie, ne parvint pas à expliquer la matière et ses transformations, mais fut utile parce qu’en exécutant des expériences et en enregistrant leurs résultats, les alchimistes préparèrent le terrain pour la chimie moderne. Une séparation claire commença par Robert Boyle entre la chimie et l'alchimie dans son travail «The Sceptical Chymist (1661) ».  
    Bien que l'alchimie et la chimie s’occupent, tous deux, de la matière et de ses transformations, les chimistes se distinguent de leurs prédécesseurs par l’application de la méthode scientifique à leurs travaux.
    La chimie est devenue une science par les travaux d'Antoine Lavoisier. Il  a énoncé une loi de conservation de la masse qui exigeait des mesures minutieuses et l’observation quantitative des phénomènes chimiques.
    L'histoire de la chimie est liée à l'histoire de la thermodynamique, en particulier grâce aux travaux de Willard Gibbs.

Âge de bronze; Âge de fer; Alchimie; XVIIe siècle; Le phlogistique; Alessandro Volta; Antoine-Laurent Lavoisier; XIXe siècle; John Dalton; Jöns Jacob Berzelius; Humphry Davy;Louis J oseph Gay-Lussac; Wöhler et Liebig; Mi-1800; Perkin, Kekulé, Crookes et Nobel; Le tableau périodique de Mendeleïev; Josiah Willard Gibbs; Fin du XIXe siècle; William Ramsay; Pierre et Marie Curie; Ernest Rutherford; XXe siècle - Divers progrès; Niels Bohr, Moseliy, Soddy; Gilbert N. Lewis; Mécanique quantique; Équation de Schrödinger; La chimie et la biologie


Âge de bronze


    Certains métaux peuvent être retirés de leurs minerais par simple chauffage ou fusion des roches : notamment l'étain, le plomb et le cuivre. La première indication de cette extraction date de la métallurgie des Ve et VIe millénaire av. J. C. et fut trouvée dans les sites archéologiques de Majdanpek, Yarmovac et Plocnik, tous les trois en Serbie. À ce jour,  on trouve les premiers exemples de fusion  du cuivre sur le site de Belovode. Parmi les objets trouvés, il y a une  hache de cuivre antérieure à  5500 av. J. C. appartenant à la culture de Vinca. Il y a d’autres traces des premières métallurgies, à partir du troisième millénaire avant notre ère, sur des sites comme Palmela (Portugal), Los Millares (Espagne), et Stonehenge (Royaume-Uni). Cependant, comme souvent dans l'étude des temps préhistoriques, les débuts ne peuvent pas être clairement définis et varient d'un endroit à l'autre.
    En combinant le cuivre et l'étain, on obtient un métal de qualité supérieure : un alliage appelé bronze. Cet alliage est principalement résistant à l’usure et est relativement résistant à la corrosion. Son utilisation est une activité technologique majeure. L'âge du bronze, après celui de la pierre et avant celui du fer,  fut une des périodes du développement culturel humain. Le travail des métaux les plus avancés (au moins dans l'utilisation systématique et généralisée) comprit les techniques de fusion de cuivre et de l'étain à partir d'affleurements de minerais de cuivre d'origine naturelle, puis la fusion de ces minerais en bronze coulé. Ces minerais naturels comprenaient  généralement de l'arsenic.

    Après l'âge de bronze, l'histoire de la métallurgie a été marquée par la recherche de la  meilleure arme. Les pays de l’Eurasie ont prospéré quand ils ont pu fabriquer les alliages supérieurs qui font de meilleures armes et décident  souvent les résultats des batailles.(retour liste)



Âge de fer

    L'extraction du fer de son minerai pour obtenir un métal qui peut être travaillé est beaucoup plus difficile que celle du cuivre ou de l'étain. Elle semble avoir été inventée par les Hittites environ 1200 avant J.C., au début de l'âge du fer. Le secret de l'extraction et du travail du fer a été un facteur clé dans le succès des Philistins.

    En d'autres termes, l'âge du fer correspond à l'avènement de la sidérurgie. Les développements historiques de la sidérurgie peuvent être trouvés dans une grande variété de cultures et de civilisations. On retrouve le travail du fer dans les anciens royaumes médiévaux et les empires du Moyen-Orient et Proche-Orient, l'Iran antique,  l'ancienne Egypte, l'ancienne Nubie,  l'Anatolie (Turquie), l’ancienne  culture Nok (Nigérie actuelle), Carthage, les Grecs et les Romains de l'Europe ancienne, l'Europe médiévale, la Chine médiévale, l’Inde antique, le Japon antique et médiéval, entre autres. De nombreuses applications, des pratiques et des dispositifs associés ou utilisés en métallurgie ont été établis en Chine ancienne, comme l'innovation du haut-fourneau (installation utilisant un combustible fort réducteur comme le coke pour obtenir de la fonte), la  fonte, le martinet  hydraulique (lourd marteau qui tombe sur l’enclume et est soulevé hydrauliquement)  et  le soufflet à piston.(retour liste)



Alchimie


    Le système élémentaire utilisé dans l'alchimie médiévale a été développé principalement par l'alchimiste perse Jabir Ibn Hayyan et a pris racine dans les éléments classiques de la tradition grecque. Son système était composé des quatre éléments aristotéliciens : l'air, la terre, le feu et l'eau et de deux éléments philosophiques: le soufre, caractérise le principe de combustibilité :"La pierre qui brûle”, et le mercure, caractérisant le principe de propriétés métalliques. Ces éléments ont été considérés par les premiers alchimistes comme des expressions idéalisées de composants irréductibles de l'univers.
Paracelse remplace les quatre Éléments (Terre, Eau, Air, Feu) par trois Substances, ou plutôt ajoute le Sel aux deux substances jusqu’alors admises (Soufre et Mercure). Il place les trois Substances dans les quatre Éléments.

La pierre philosophale

    L’alchimie est définie par la recherche en secret de la pierre philosophale. Cette substance hypothétique aurait le pouvoir de changer les vils métaux en métaux nobles, de guérir les maladies et de prolonger la vie. Son étude était basée sur le mysticisme symbolique et elle diffère grandement de la science moderne. Les alchimistes ont beaucoup travaillé pour accomplir des transformations par action spirituelle. C’étaient des proto-scientifiques. Des aspects ésotériques de l'alchimie ont influencé fortement l'évolution de la chimie en Égypte gréco-romaine, l'âge d'or islamique, puis en Europe. L’alchimie et la chimie partagent un intérêt pour la composition et les propriétés de la matière et avant le XVIIIe siècle ne sont pas séparés en disciplines distinctes. Le terme Chymie a été utilisé pour décrire le mélange d'alchimie et de chimie qui existait avant cette date.
     Les premiers alchimistes occidentaux, qui ont vécu dans les premiers siècles de l'ère chrétienne, ont inventé un instrument chimique qui nous est resté. C’est le bain-marie, ou bain d'eau qui est appelé ainsi d’après Marie la Juive dont l’oeuvre  donne également  des premières descriptions des tribikos (alambic à trois tête) et kérotakis (ancêtre du soxlet).  Cléopatre l'Alchimiste décrit des fours et a été créditée de l'invention de l'alambic.  Plus tard, le cadre expérimental établi par Jabir ibn Hayyan a influencé les alchimistes lorsque la discipline a migré à travers le monde islamique, puis en Europe au XIIe siècle.
    Pendant la Renaissance, l'alchimie ésotérique est restée populaire sous la forme d’iatrochimie de Paracelse (chimie-médecine), tandis que l'alchimie spirituelle fleurissait alignée sur ses racines platoniciennes, hermétiques et gnostiques. Par conséquent, la recherche symbolique de la pierre philosophale n'a pas été remplacée par les progrès scientifiques et était encore le domaine des scientifiques et des médecins respectés jusqu'au début du XVIIIe siècle. Des alchimistes plus récents sont réputés par leurs contributions scientifiques dont  Jan Baptist van Helmont, Robert Boyle et Isaac Newton.

Les problèmes rencontrés dans l'alchimie

De notre point de vue, l'alchimie présente plusieurs problèmes . Elle n'a pas de système de nomenclature systématique pour les nouveaux composés et le langage est ésotérique et vague au point que les terminologies signifiaient différentes choses selon ll'auteur. En fait, selon l’Histoire de la Chimie de Fontana (Brock, 1992) :
“Les alchimistes tôt développèrent un vocabulaire technique obscur et secret destiné à dissimuler les informations aux non-initiés. Cette langue est pratiquement incompréhensible pour nous aujourd'hui. Le comte de Chaucer montra le côté le plus frauduleux de l'alchimie, en particulier la fabrication de faux ors à partir de substances bon-marchés. Moins d'un siècle plus tôt, Dante Alighieri fait preuve d'une prise de conscience de cette imposture, envoyant tous les alchimistes en enfer. Peu après, en 1317, le pape d'Avignon Jean XXII ordonna à tous les alchimistes de quitter la France pour avoir contrefait de la monnaie. Une loi a été adoptée en Angleterre en 1403 qui condamnait à mort celui qui faisait la "multiplication des métaux".
    En dépit de ces mesures et d'autres apparemment extrêmes, l'alchimie ne meurt pas. La classe noble et privilégiée a toujours cherché à découvrir la pierre philosophale et l'élixir de vie pour elle-même.
    Il n'y avait pas de méthode scientifique reconnue pour faire des expériences reproductibles. De nombreux alchimistes ont inclus dans leurs méthodes des informations non pertinentes telles que le calendrier des marées ou les phases de la lune. La nature ésotérique et le vocabulaire codifié de l'alchimie semblait être utile pour dissimuler leur ignorance. Dès le XIVe siècle, les fissures semblaient croître dans la façade de l'alchimie et le scepticisme général augmentait. Il devenait évident qu’il devait y avoir une méthode scientifique où les expériences pouvaient être répétées par d'autres personnes et que les résultats devaient être présentés dans un langage clair qui montre à la fois ce qui est connu et ce qui est inconnu.

L'alchimie dans le monde islamique

     Dans le monde islamique, les œuvres des anciens Grecs et des Égyptiens ont été traduites en arabe et ont été testées avec des idées scientifiques. Le développement de la méthode scientifique moderne en chimie fut lent et ardu, mais elle a commencé à émerger parmi les chimistes musulmans en commençant, au début du  IXe siècle, par le chimiste Jabir ibn Hayyan (connu sous le nom de "Geber" en Europe), qui est considéré comme « le père de la chimie ». Il a présenté une approche systématique et expérimentale de la recherche scientifique de laboratoire, au contraire des anciens alchimistes grecs et égyptiens dont les œuvres ont été largement allégoriques et souvent inintelligibles. Il a également inventé et nommé l'alambic (al-anbiq), analysé de nombreuses substances chimiques, distingué entre les alcalis et les acides et fabriqué des centaines de médicaments. Il a également affiné la théorie des cinq éléments classiques dans la théorie de sept éléments alchimiques après avoir identifié le mercure et le soufre comme éléments chimiques.

Parmi les autres chimistes musulmans influents, Abu al-Rayhan al-Biruni,  Avicenna  et Al-Kindi ont réfuté les théories de l'alchimie, en particulier la théorie de la transmutation des métaux. Al-Tusi a décrit une version de la conservation de la masse, notant qu'un corps de matière est capable de se transformer, mais ne peut pas disparaître.  Rhazes a réfuté pour la première fois la théorie d'Aristote des quatre éléments classiques et a mis en place les bases solides de la chimie moderne, en utilisant le laboratoire dans le sens moderne, créant et décrivant plus de vingt instruments dont de  nombreux sont encore en usage aujourd'hui, comme le creuset, la  cornue de distillation  et divers types de fours ou d’étuves.

Pour les praticiens, en Europe, l'alchimie est devenue une recherche intellectuelle après que  l'alchimie arabe soit devenue disponible grâce à la traduction latine et, au fil du temps, ils l’ont améliorée. Paracelse (1493-1541), par exemple, a rejeté la théorie des 4-éléments et avec seulement une vague compréhension des produits chimiques et des médicaments, a formé un hybride de l'alchimie et de la médecine dans ce qui allait être appelé iatrochimie. Paracelse n'a pas été parfait dans ses expériences véritablement scientifiques. Par exemple, comme une extension de sa théorie selon laquelle de nouveaux composés pourraient être synthétisés en combinant le mercure avec du soufre, il a synthétisé ce qu'il pensait être une “huile de soufre”. C’était en réalité l'éther diméthylique, qui ne contient ni mercure, ni soufre.(retour liste)


XVIIe siècle

   


Les tentatives pratiques pour l’amélioration de l'affinage des minerais et l’extraction des métaux fondus  a été une source importante d'informations pour les premiers chimistes au XVIe siècle, parmi eux, Georg Agricola (1494 à 1555). Son grand ouvrage De re metallica a été publié en 1556,  un an après sa mort.  Son oeuvre décrit les processus d'extraction et d’exploitation de minerais métalliques et une métallurgie hautement développée et complexe. Son approche a retiré le mysticisme associé au sujet et a créé la base pratique sur laquelle d'autres pourraient construire l’édifice de la chimie. Le travail décrit les nombreux types de fours utilisés pour fondre le minerai et a stimulé l'intérêt pour les minéraux et leur composition. Ce n’est pas par hasard qu'il donne de nombreuses références de son prédécesseur Pline l'Ancien et son Naturalis Historia. Agricola a été décrit comme le ” père de la métallurgie".

En 1605, Sir Francis Bacon publia The Proficience and Advancement of Learning qui contient une description de ce qui serait connu plus tard comme la méthode scientifique. En 1605, Michael Sendivogius publie le traité alchimique A New Light of Alchemy qui  proposa l'existence de la « nourriture de la vie » au sein de l'air, beaucoup plus tard reconnue comme l'oxygène. En 1615, Jean Beguin publie le Tyrocinium Chymicum, un manuel de base de chimie  et écrivit la première équation chimique. En 1637, René Descartes publie le Discours de la Méthode, qui contient un aperçu de la méthode scientifique. L’oeuvre  du chimiste néerlandais Jan Baptist van Helmont, Ortus Medicinae est publiée à titre posthume en 1648; le livre est cité par certains comme une œuvre de transition majeure entre l'alchimie et la chimie et ayant une influence importante sur Robert Boyle. Il contient les résultats de nombreuses expériences et établit une première version de la loi de conservation de la masse. Ayant travaillé  juste après Paracelse et l’iatrochimie, Jan Baptist van Helmont a suggéré qu'il existe des substances imaginaires autres que l'air et a inventé un nom pour elles - « gaz », du mot grec chaos . En plus d'introduire le mot « gaz » dans le vocabulaire  scientifique, van Helmont mena plusieurs expériences impliquant des gaz. Jan Baptist van Helmont est aussi connu aujourd'hui en grande partie pour ses idées sur la génération spontanée et son expérience de l'arbre de cinq ans et est aussi considéré comme le fondateur de la chimie pneumatique. Le chimiste anglo-irlandais  Robert Boyle (1627-1691) est considéré comme ayant affiné la méthode scientifique moderne et avoir séparé la chimie  de l'alchimie.  Bien que sa recherche ait clairement ses racines dans la tradition alchimique, Boyle est largement considéré aujourd'hui comme le premier chimiste moderne et donc l'un des fondateurs de la chimie moderne  et l'un des pionniers de la méthode scientifique expérimentale moderne. Bien qu’il n’en soit pas l’auteur, Boyle est surtout connu par la loi de Boyle qu’il présenta en 1662 : la loi décrit la relation inversement proportionnelle entre la pression absolue et le volume d'un gaz, quand la température est maintenue constante au sein du système fermé . Boyle est également connu  pour sa publication de référence : Le Sceptique Chymist en 1661, qui est considéré comme un fondement de la chimie. Dans son travail, Boyle présente l’hypothèse que tout phénomène est le résultat de collisions de particules en mouvement. Boyle engagea les chimistes à expérimenter et affirma que ses expériences ont nié la limitation des éléments chimiques à seulement les quatre éléments classiques : la terre, le feu, l'air et l'eau. Il a également plaidé que la chimie devrait cesser d'être subordonnée à la médecine  ou à l'alchimie et gagner le statut de science.  Il préconisa surtout  une approche rigoureuse de l'expérience scientifique : il croyait que toutes les théories doivent être prouvées expérimentalement avant d'être considérées comme vraies. L'ouvrage contient quelques-unes des premières idées modernes d'atomes, de molécules et de réaction chimique et marque le début de l'histoire de la chimie moderne. Boyle essaya aussi de purifier des produits chimiques pour obtenir des réactions reproductibles. C’était un ardent promoteur de la philosophie mécanique proposée par René Descartes pour expliquer et quantifier les propriétés physiques et les interactions des substances matérielles. Boyle était un atomiste, mais préférait le mot corpuscule pour les atomes. Il ajouta que la plus petite division de la matière où les propriétés sont conservées sont les corpuscules. Il a également effectué de nombreuses expériences avec la pompe à air et a noté que le niveau du mercure s’abaisse quand l'air est pompé. Il a également observé que le pompage de l'air d'un récipient éteint la flamme et  tue les petits animaux placés à l'intérieur. Boyle a aidé à jeter les bases de la révolution chimique avec sa philosophie corpusculaire mécanique. Il a répété l'expérience de l'arbre de van Helmont et a été le premier à utiliser des indicateurs qui changent de couleurs avec l’acidité.(retour liste)



Le phlogistique   



En 1702, le chimiste allemand Georg Ernst Stahl (1659-1734) invente  le nom « phlogistique » pour désigner la substance censée être libérée dans le processus de combustion. Stahl est aussi le promoteur de l’animisme précurseur du vitalisme médical.

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      Vers 1735, le chimiste suédois Georg Brandt (1694-1768) analyse un pigment bleu foncé trouvé dans le minerai de cuivre. Il  démontre que le pigment contient un nouvel élément, nommé plus tard  cobalt et que ce métal est la source de la couleur bleue du verre et non le bismuth.
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      En 1751, un chimiste suédois, élève de Stahl, nommé Axel Fredrik Cronstedt (1722-1765), identifie une impureté dans le minerai de cuivre comme élément métallique séparé  qu'il nomme nickel. Cronstedt est l'un des fondateurs de la minéralogie moderne. Il découvre également en 1751,  la scheelite minérale  qu'il nomme  tungstène, ce qui signifie « pierre lourde » en suédois.
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      En 1754, le chimiste écossais Joseph Black(1728-1799) isole le dioxyde de carbone, qu'il  appelle « air fixe ».
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      En 1757, Louis Claude Cadet de Gassicourt (1731-1799), alors qu'il enquête sur des composés d'arsenic, crée le liquide fumant Cadet, identifié plus tard comme oxyde cacodyle, considéré comme premier composé organique synthétique. La réaction est l’action de l’acétate de potassium sur le trioxyde d’arsenic.
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      En 1758, Joseph Black formule le concept de chaleur latente pour expliquer la thermochimie des changements de phase. La chaleur latente est appelée aujourd’hui « enthalpie de changement d’état ».
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      En 1766, le chimiste anglais Henry Cavendish (1731-1810) isole l'hydrogène, qu'il appelle "air inflammable". Cavendish  le décrivit comme un gaz incolore et inodore qui brûle et peut former un mélange explosif avec l'air et publie un document sur la production d'eau en brûlant l'air inflammable (qui est de l'hydrogène) dans l'air déphlogistifié (maintenant connu pour être de l'oxygène), ce dernier constituant de l'air atmosphérique (théorie du phlogistique)
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      En 1773, le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) découvre l'oxygène, qu'il appelle "l'air de feu", mais ne publie pas immédiatement ses résultats.
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      En 1774, le chimiste anglais Joseph Priestley (1733-1804) isole indépendamment  l'oxygène  à l'état gazeux, en l'appelant "air déphlogistiqué ", et publie son travail avant Scheele. Au cours de sa vie, la réputation scientifique considérable de Priestley reposait sur son invention de l'eau gazeuse, ses écrits sur l'électricité et sa découverte de plusieurs" airs "(gaz), le plus célèbre étant  ce que Priestley surnomma "air déphlogistiqué" (oxygène). Cependant, l’obstination de Priestley de défendre la théorie du phlogistique et de rejeter ce qui allait devenir la révolution chimique finalement le laissa isolé au sein de la communauté scientifique.
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      En 1781, Carl Wilhelm Scheele découvrit  qu'un nouvel acide, l'acide tungstique, pourrait être fabriqué à partir de la scheelite de Cronstedt. Scheele et Torbern Bergman (1735-1784) suggérèrent qu'il pourrait être possible d'obtenir un nouveau métal en réduisant cet acide.
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      En 1783, José (1754-1796) et Fausto Elhuyar (1755-1837) trouvent  un acide fabriqué à partir de wolframite qui était identique à l'acide tungstique. Plus tard durant la même année, en Espagne, les frères réussissent  à isoler le métal maintenant connu comme le tungstène par réduction de cet acide avec du charbon. On leur porte le crédit de la découverte de l'élément.
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      En 1784, Henri Cavendish (1731-1810) reconnaît que l'hydrogène est un élément.(retour liste)

Alessandro Volta

   


Le physicien italien Alessandro Volta (1745-1827) construit un dispositif pour accumuler une charge importante par une série d'inductions et de mise à la terre. Il étudie la  découverte de "l'électricité animale» faite en 1780 par Luigi Galvani (1737-1798) et constate que le courant électrique est généré à partir du contact de métaux différents et que la jambe de grenouille agit seulement  comme un détecteur. Volta montre en 1794 que, lorsque deux métaux différents et du tissu ou de carton imprégné de saumure sont disposés dans un circuit, elles produisent un courant électrique.

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      En 1800, Volta empile alternativement des plaques de cuivre (ou d’argent) et de zinc séparées par du chiffon imprégné de saumure pour augmenter les contacts. Lorsque les contacts supérieur et inférieur  sont reliés par un fil, un courant électrique passe à travers les plaques et les connections. Ainsi, on attribue à Volta la construction de la première batterie produisant de l’électricité. La méthode de Volta d'empiler des plaques rondes de cuivre et de zinc séparés par des disques de carton humidifié avec une solution de sel est appelée une pile voltaïque.
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      Ainsi, Volta est considéré comme le fondateur de l'électrochimie.  Une cellule galvanique (ou cellule voltaïque) est une cellule électrochimique qui tire l'énergie électrique de la réaction redox spontanée qui se déroule au sein de la cellule. Elle se compose généralement de deux métaux différents, reliés par un pont de sel, ou des demi-cellules individuelles séparées par une membrane poreuse.(retour liste)



Antoine-Laurent Lavoisier

  

    La chimie moderne prospéra à partir de d'Antoine-Laurent de Lavoisier (1742-1794), un chimiste français qui est célébré comme « père de la chimie moderne ». Lavoisier a démontré par des mesures précises que la transmutation de l'eau en terre n'est pas possible, mais que les sédiments observés à partir de l'eau bouillante proviennent du récipient. Il brûla du phosphore et du soufre dans l'air et  prouva que les produits obtenus étaient plus lourds que les originaux. Néanmoins, le poids gagné provient de l'air. Ainsi, en 1789, il établit la loi de conservation de la masse, qui est aussi appelé “la loi de Lavoisier."

    *Répétant les expériences de Priestley, il démontre que l'air est composé de deux parties dont l'une combine avec des métaux pour former des sels. Dans Considérations Générales sur la Nature des Acides (1778), il démontre que l’"air" responsable de la combustion serait également la source de l’acidité.
    *L'année suivante, il nomme cette partie oxygène (en grec pour l'acide-ancien), et l'autre azote (grec pas de vie). Lavoisier a donc un droit sur la découverte de l'oxygène ainsi que Priestley et Scheele. Il a également découvert que le "air inflammable" découvert par Cavendish - qu'il appela l'hydrogène (du grec ancien-eau) - combiné avec l'oxygène pour produire une rosée, comme Priestley l’avait signalé, semblait être de l'eau.
    *Dans Reflexions sur le phlogistique (1783), Lavoisier  montre que la théorie phlogistique et celle de la combustion sont incompatibles. Mikhail Lomonosov (1711-1765) indépendamment  établit une tradition de chimie en Russie au XVIIIe siècle. Il rejette également la théorie du phlogistique et prévoit la théorie cinétique des gaz. Il considère la chaleur comme une forme de mouvement et a l'idée de la conservation de la matière.
    *Dans sa Méthode de Nomenclature chimique (1787), Lavoisier  invente  le système de nomenclature et de classification encore largement utilisé  aujourd'hui, y compris des noms tels que l'acide sulfurique, les sulfates et les sulfites.
    *En 1785, Berthollet (1748-1822) est le premier à introduire l'utilisation du gaz de chlore comme agent de blanchiment commercial.
    *Dans la même année, il  détermine la composition élémentaire de l'ammoniac gazeux.
    *Berthollet  produit un liquide de blanchiment moderne, en 1789, en faisant passer du chlore gazeux à travers une solution de carbonate de sodium - le résultat était une solution diluée d’hypochlorite de sodium. Un autre oxydant de chlore solide qu’il étudie et qu’il est le premier à produire, le chlorate de potassium (KClO3), est connu comme le sel de Berthollet. Berthollet est également connu pour ses contributions scientifiques à la théorie des équilibres chimiques via le mécanisme des réactions chimiques inverses.
    *Le Traité Élémentaire de Chimie de Lavoisier de 1789 est le premier manuel chimique moderne et  présente  une vue unifiée des nouvelles théories de la chimie, contient un énoncé clair de la loi de conservation de la masse et nie l'existence du phlogistique. En outre, il présente une liste d'éléments ou de substances qui ne peuvent être décomposés en une autre; cette liste comprenait l'oxygène, l'azote, l'hydrogène, le phosphore, le mercure, le zinc et le soufre. Cependant, elle  comprend également la lumière et le calorique, qu'il croyait être des substances matérielles. Dans son travail, Lavoisier souligne que la chimie est basée sur l’observation, déclarant: « Je l'ai essayée ... pour arriver à la vérité en reliant les faits, de supprimer autant que possible l'utilisation du raisonnement, qui est souvent un instrument qui nous trompe, afin de suivre autant que possible le flambeau de l'observation et de l'expérience ".  Néanmoins, il estimait  que l'existence réelle des atomes était philosophiquement impossible. Lavoisier démontre que les organismes démontent et reconstituent l'air atmosphérique de la même manière qu’un corps en combustion.
    *Avec Pierre-Simon de Laplace (1749-1825), Lavoisier utilise un calorimètre pour mesurer la chaleur dégagée par unité de dioxyde de carbone produit. Ils constatent  le même rapport pour une flamme que pour les  animaux, ce qui indique que les animaux produisent de l'énergie par un type de combustion.
    *Lavoisier croit à la théorie des radicaux, estimant que les radicaux, qui fonctionnent comme un seul groupe dans une réaction chimique, se combinent avec l'oxygène dans les réactions. Il croit que tous les acides contenaient l'oxygène. Il découvre que le diamant est une forme cristalline de carbone.
    *Alors que de nombreux partenaires de Lavoisier étaient influents pour promouvoir  la chimie en tant que discipline scientifique, sa femme Marie-Anne Lavoisier fut, sans doute, la plus influente de tous. Après leur mariage, Mme Lavoisier étudie la chimie, l'anglais et le dessin afin d'aider son mari dans ses travaux soit en traduisant des documents depuis l’anglais, une langue que Lavoisier ne connaissait pas, soit en tenant les registres et  dessinant  les différents appareils que Lavoisier a utilisé dans ses laboratoires.  Grâce à sa capacité de lire et de traduire des articles de la Grande-Bretagne pour son mari, Lavoisier a accès à la connaissance de la plupart des progrès chimiques qui se déroulent à l'extérieur de son laboratoire.  En outre, Mme Lavoisier  tient  des dossiers sur les travaux de Lavoisier et veille à ce que ses travaux soient  publiés.(retour liste)



XIXe siècle

   


    En 1802, le chimiste et industriel américain-français Éleuthère Irénée du Pont (1771-1834), qui  apprit la fabrication de la poudre et des explosifs avec Antoine Lavoisier,  fonde 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 est vigilant sur la qualité des matériaux qu'il utilise. Pendant 32 ans, du Pont est 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 XIXe siècle, les chimistes sont divisés entre ceux qui suivent la théorie atomique de John Dalton et ceux qui ne la suivent pas, comme Wilhelm Ostwald (1853-1932) et Ernst Mach (1838-1916). Bien que les partisans de la théorie atomique comme Amedeo Avogadro (1776-1856) et  Ludwig Boltzmann (1844-1906) fassent de grands progrès pour expliquer le comportement des gaz, le différend n'a  été définitivement réglé qu’à la publication, en 1905, de l’explication théorique du mouvement brownien par Albert Einstein (1879-1955), explication confirmée ensuite par les expériences de Jean Perrin (1870-1942).

    Bien avant que le différend  n’ait été réglé, beaucoup avaient déjà appliqué le concept de l'atomisme à la chimie. Un exemple important est la théorie ionique de Svante Arrhenius (1859-1927), qui émet  des idées sur la structure atomique qui n’ont pas été développées  entièrement avant le XXe siècle. Michael Faraday est un autre chercheur précoce dont la principale contribution à la chimie est 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, sont les premiers indices de la nature atomique de la matière.(retour liste)


John Dalton

   

    En 1803, le météorologiste et chimiste anglais John Dalton (1766-1844) propose la loi qui porte son nom ; elle décrit la relation  entre les composants dans un mélange de gaz et comment  la  pression partielle  de  chacun de ceux-ci contribue à celle de l'ensemble du mélange.  Découvert en 1801, ce concept est également connu comme la loi des pressions partielles de Dalton..
    Dalton proposa également une théorie moderne atomique en 1803, selon laquelle toute la matière est composée de petites particules indivisibles appelées atomes. Les atomes d'un élément donné possèdent des caractéristiques et un poids unique. Trois types d'atomes existent : simples (éléments),  composés (molécules simples) et complexes (molécules complexes).  En 1808, Dalton publie 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 avec le  poids atomique de l'hydrogène comme unité. Après Jeremias Benjamin Richter ( 1762-1807) (connu pour l'introduction du terme stoechiométrie), il proposa 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 Louis Proust (1754-1826) propose  la loi des proportions définies, qui stipule 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 des composés chimiques sont formés lorsque les atomes se combinent dans des proportions constantes.(retour liste)


Jöns Jacob Berzelius



    Aidé par ses nombreuses déterminations de poids atomique et pour documenter ses expériences, Jöns Jacob Berzelius 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, telles que O pour l'oxygène 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 utilisait un exposant (H2O). Berzélius a le mérite d’avoir identifié le silicium, le sélénium, le thorium et le cérium. Des étudiants qui travaillaient dans le laboratoire de Berzelius ont également découvert le lithium et le vanadium.
    Berzelius développe la théorie radicalaire de la combinaison chimique, qui soutient que les réactions se produisent par l’échange entre les molécules de groupes stables d'atomes appelés radicaux. Il estime que les sels sont des composés d’acide et de base et découvre que les anions dans les acides sont attirés par une électrode positive (l'anode), tandis que les cations dans une base sont attirés par une électrode négative (la cathode). Berzelius ne croit 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 invente 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). Commet disciple de Dalton, Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) entreprend un programme systématique pour faire des mesures quantitatives précises  et assurer la pureté des produits chimiques.
    Avec Lavoisier, Boyle et Dalton, Berzelius est connu comme le père de la chimie moderne. En 1828, il compile une table des poids atomiques relatifs, où le poids de l’oxygène est fixé à 100, et qui inclut tous les éléments connus à l'époque. Ce travail fournit des preuves en faveur de la théorie atomique de Dalton : que les composés chimiques inorganiques sont composées d'atomes combinés en nombre entiers. Il détermine les constituants élémentaires exacts d'un grand nombre de composés. Les résultats confirment fortement la loi des proportions définies de Proust. Pour les poids, il utilise l'oxygène en tant que référence, fixant son poids à 100. Il mesure le poids de 43 éléments. En découvrant que les poids atomiques ne sont pas des multiples entiers du poids d'hydrogène, Berzelius réfute également l'hypothèse de Proust que les éléments sont construits à partir des atomes d'hydrogène.(retour liste)


Humphry Davy

   

    Le chimiste anglais Humphry Davy (1778-1829) est un pionnier dans le domaine de l'électrolyse, en utilisant la pile voltaïque d’Alessandro Volta pour séparer des composés communs et ainsi isoler une série de nouveaux éléments. Il électrolyse les sels fondus et découvre plusieurs nouveaux métaux, en particulier le sodium et le potassium, des éléments hautement réactifs connus comme métaux alcalins. Le potassium, le premier métal qui a été isolé par électrolyse, est découvert en 1807 par Davy, à partir de la potasse caustique (KOH). Avant le XIXe siècle, aucune distinction n'était faite entre le potassium et le sodium. Le sodium est isolé par Davy, la même année, en faisant passer un courant électrique à travers l'hydroxyde de sodium fondu (NaOH). Lorsque Davy apprend que Berzelius a préparé un amalgame de calcium par électrolyse de la chaux dans le mercure, il essaye lui-même et réussit. Davy découvre le calcium en 1808 par électrolyse d'un mélange de chaux et d’oxyde de mercure. Il travaille sur l'électrolyse tout au long de sa vie et, en 1808, isole le magnésium, le strontium et le baryum.
    Davy fait également des expériences avec des gaz en les inhalant. Cette procédure expérimentale lui a presque été fatale à plusieurs reprises, mais a conduit à la découverte des effets inhabituels de l'oxyde nitreux, qui est connu sous le nom de gaz hilarant. Le chlore est découvert en 1774 par le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) qui l'appelle "acide marin déphlogistifié" (voir la théorie du phlogistique) et pense à tort qu'il contient de l’oxygène. Scheele observe plusieurs propriétés du gaz de chlore, telles que son effet de blanchiment sur le tournesol, son effet mortel sur les insectes, sa couleur jaune-vert et la similitude de son odeur avec celle de l'eau régale. Cependant, Scheele est incapable de publier ses conclusions. En 1810, le chlore reçoit son nom actuel par Humphry Davy (dérivé du mot grec pour le vert),qui insiste que le chlore est, en fait, un élément. Il montre également que l'oxygène ne peut pas être obtenu à partir de la substance connue sous le nom d'acide oxymuriatique (solution de HCl). Cette découverte annule la définition de Lavoisier d'acides en tant que composés de l’oxygène.(retour liste)

Louis Joseph Gay-Lussac

   

    Le chimiste français Louis Joseph Gay-Lussac (1778-1850) partage l'intérêt de Lavoisier et d'autres dans l'étude quantitative des propriétés des gaz. De son premier grand programme de recherche en 1801-1802, il conclut que des volumes égaux de tous les gaz se dilatent également avec la même augmentation de la température : cette conclusion est généralement appelée « loi de Charles », comme Gay-Lussac a donné le mérite de la découverte  à Jacques Charles, qui était arrivé à peu près à la même conclusion dans les années 1780, mais ne l’avait pas publiée. La loi a été découverte de façon indépendante par le philosophe naturel britannique John Dalton en 1801, même si la description de Dalton était moins complète que celle de Gay-Lussac. En 1804, Gay-Lussac fait plusieurs ascensions audacieuses de plus de 7000 mètres au-dessus du niveau de la mer dans des ballons remplis d’hydrogène-un exploit qui ne fut pas égalé dans les 50 années suivantes-ce qui lui permet d'étudier d'autres aspects de gaz. Il note non seulement des mesures magnétiques à différentes altitudes, mais mesure également la pression, la température et l’humidité de l’air et collecte des échantillons qu’il analyse ensuite.
    En 1808, Gay-Lussac annonce ce qui est probablement sa plus grande réussite: à partir des expériences des autres et des siennes, il conclut que les gaz à température et pression constante se combinent dans des proportions numériques simples en volume. En d'autres termes, les gaz, dans des conditions égales de température et de pression réagissent entre eux dans des rapports de petits nombres entiers de volumes. Cette conclusion est connue comme “ loi de Gay-Lussac “ ou la “ loi de combinaison de volumes ". Avec son collègue professeur à l'École Polytechnique, Louis Jacques Thénard, Gay-Lussac participe au début de la recherche électrochimique et étudie  les éléments découverts par ce moyen. Parmi leurs  autres réalisations, ils décomposent l'acide borique en utilisant le potassium fondu, découvrant ainsi le bore. Ils prennent également part aux débats contemporains qui ont modifié la définition de Lavoisier d'acides et renforcé leur programme d'analyse de composés organiques en  teneur en oxygène et en hydrogène.
    L'élément iode est découvert par le chimiste français Bernard Courtois en 1811. Courtois donne des échantillons à ses amis, Charles Bernard Desormes (1777-1862) et Nicolas Clément (1779-1841), pour poursuivre les recherches. Il donne une partie de la substance à Gay-Lussac et au physicien André-Marie Ampère. Le 6 décembre 1813, Gay-Lussac annonce que la nouvelle substance est soit un élément, soit un composé d'oxygène. C’est Gay-Lussac qui suggère le nom "IODE", du mot grec ιώδες (iodes) pour violet (en raison de la couleur de la vapeur d'iode). Ampère donne une partie de son échantillon à Humphry Davy qui fait quelques expériences sur le fond et  note sa similitude avec le chlore.  Davy envoie une lettre en date du 10 décembre à la Royal Society de Londres indiquant qu'il a identifié un nouvel élément.  Une dispute éclate entre Davy et Gay-Lussac sur l’auteur de la première identification de l’iode, mais les deux scientifiques reconnaissent que Courtois a été le premier à isoler l'élément.
    En 1815, Humphry Davy invente la lampe Davy, qui permet aux mineurs dans les mines de charbon de travailler en toute sécurité en présence de gaz inflammables. Il y avait eu de nombreuses explosions minières causées par le grisou ou méthane souvent allumées par les flammes ouvertes des lampes alors utilisées par les mineurs. Davy la conçoit en utilisant une gaze de fer pour enfermer la flamme d'une lampe et ainsi empêcher qu’elle ne sorte de la lampe et n’enflamme le méthane  présent dans  l'atmosphère. Bien que l'idée de la lampe de sécurité avait déjà été démontrée par William Reid Clanny et par l'alors inconnu (mais plus tard très célèbre) ingénieur George Stephenson, l'utilisation de Davy de toile métallique pour empêcher la propagation de la flamme fut utilisée par de nombreux autres inventeurs. Il a été question de savoir si Davy a découvert les principes de sa lampe sans l'aide de l'œuvre de Smithson Tennant, mais il a été généralement admis que les travaux des deux hommes ont été indépendant. Davy refusa de breveter la lampe et, pour son  invention, on lui a décerné la médaille Rumford en 1816.
    Après que  Dalton publie sa théorie atomique en 1808, certaines de ses idées centrales sont rapidement  adoptées par la plupart des chimistes. Toutefois, l'incertitude persiste pendant un demi-siècle sur la façon dont la théorie atomique doit être interprétée et appliquée à des situations concrètes. Des chimistes dans différents pays développent plusieurs systèmes atomistiques incompatibles. Un document, qui suggère un moyen de sortir de cette situation difficile, est publié dès 1811 par le physicien italien Amedeo Avogadro (1776 à 1856). Il émet l'hypothèse que des volumes égaux de gaz à la même température et pression  contiennent un nombre égal de molécules, donc il en suit que les poids relatifs égaux de deux gaz quelconques sont les mêmes que le rapport entre les densités des deux gaz dans les mêmes conditions de température et de pression. Avogadro croit également  que les gaz simples ne sont pas formés d'atomes isolés mais ce sont plutôt des molécules composées de deux ou plusieurs atomes . Ainsi Avogadro réussit à surmonter les difficultés que Dalton et d'autres ont rencontrées lorsque de Gay-Lussac a montré qu'au-dessus de 100 ° C, le volume de vapeur d'eau est deux fois le volume de l'oxygène utilisé pour la former. Selon  Avogadro, la molécule d'oxygène est divisée en deux atomes dans le cours de la formation de vapeur d'eau.
    L'hypothèse d'Avogadro a été négligée pendant un demi-siècle.  De nombreuses raisons de cette négligence ont été citées, y compris certains problèmes théoriques, comme le «dualisme» de Jöns Jacob Berzelius, qui affirma que les composés sont maintenus ensemble par l'attraction des charges électriques positives et négatives, ce qui rend inconcevable le fait qu'une molécule puisse être composée de deux atomes similaires comme l’oxygène. Un obstacle supplémentaire à l'acceptation a été le fait que de nombreux chimistes étaient réticents à adopter des méthodes physiques (telles que les déterminations vapeur densité) pour résoudre leurs problèmes. Au milieu du siècle, cependant, certaines personnalités ont commencé à voir la multiplicité chaotique des systèmes de poids atomiques et les formules moléculaires comme d’intolérable concurrence. De plus, la preuve purement chimique  commença à montrer qu’ Avogadro avait peut-être raison après tout. Pendant les années 1850, les chimistes les plus jeunes, comme Alexander Williamson en Angleterre, Charles Gerhardt et Charles-Adolphe Wurtz en France et August Kekulé en Allemagne ont commencé à préconiser une réforme de la chimie théorique pour la rendre compatible avec la théorie d’Avogadro. (retour liste)


Wöhler et Liebig

  

    En 1825, Friedrich Wöhler (1800-1882) et Justus von Liebig (1803-1673) font  la première découverte des isomères ainsi nommés plus tôt par Berzelius. Ils travaillent avec de l'acide isocyanhydrique et de l'acide fulminique et ils déduisent correctement que l’isomérie est causée par différents arrangements d'atomes dans une structure moléculaire. En 1827, William Prout classe les biomolécules dans leurs groupements modernes : les glucides, les protéines et les lipides. Après que la nature de la combustion ait été réglée, commence un autre différend, à propos de vitalisme et la distinction essentielle entre les substances organiques et inorganiques. Le vitalisme est ébranlé en 1828 lorsque Friedrich Wöhler synthétise l'urée prouvant ainsi que les composés organiques peuvent être produits à partir de matières premières minérales et  réfute la théorie du vitalisme. Jamais auparavant un composé organique n’avait été synthétisé à partir d'un matériau inorganique.
    Cela ouvre un nouveau champ de recherche en chimie, et à la fin du 19e siècle, les scientifiques sont  en mesure de faire la synthèse de centaines de composés organiques. Les plus importants d'entre eux sont les colorants  synthétiques mauves, magentas et d’autres  ainsi que l'aspirine médicament largement utilisé. La découverte de la synthèse artificielle de l'urée contribua grandement à la théorie de l'isomérie, vu que les formules chimiques empiriques pour l'urée et cyanate d’ammonium sont identiques (voir la synthèse de Wöhler). En 1832, Friedrich Wöhler et Justus von Liebig découvent et expliquent les groupes fonctionnels et les radicaux en  chimie organique et synthétisent , pour la premiére fois, la benzaldéhyde. Liebig, un chimiste allemand, donne d'importantes contributions à la chimie agricole et biologique et travaille sur l'organisation de la chimie organique. Il est considéré comme le “ père de l'industrie des engrais" pour sa découverte de l'azote comme un nutriment essentiel pour les plantes, et sa formulation de la loi du minimum qui décrit l'effet des différents nutriments sur les cultures. (retour liste)


Mi-1800

   

    En 1840, Germain Hess (1802-1850) propose la loi de Hess, une anticipation  de la loi de conservation de l'énergie, qui établit que les changements d'énergie dans un processus chimique ne dépendent que de l'état des matières premières et des produits et non pas de la voie spécifique parcourue entre les deux états.
       En 1847, Hermann Kolbe (1818-1884) obtient l'acide acétique à partir de sources complètement inorganiques, réfutant  de nouveau le vitalisme.
    En 1848, William Thomson (1824-1907), premier Baron Kelvin (communément connu sous le nom de Lord Kelvin) crée le concept du zéro absolu, la température à laquelle cesse tout mouvement moléculaire.
    En 1849, Louis Pasteur (1822-1895) découvre que la forme racémique de l’acide tartrique est un mélange des formes lévogyres et dextrogyres, clarifiant ainsi la nature de la rotation optique et  faisant progresser le domaine de la stéréochimie.
En 1852, August Beer (1825-1863) propose la loi de Beer, qui explique la relation entre la composition du mélange et la quantité de lumière qu'il absorbe. Basé en partie sur les travaux antérieurs de Pierre Bouguer et Johann Heinrich Lambert, il crée la technique analytique connue sous le nom de spectrophotométrie.
En 1855, Benjamin Silliman Jr.(1816-1885) pionnier des méthodes de craquage du pétrole, rend possible l'ensemble de l'industrie pétrochimique moderne.
    L'hypothèse d'Avogadro a commencé à gagner un grand attrait chez les chimistes seulement après que son compatriote et collègue scientifique Stanislao Cannizzaro (1826-1910) ait démontré sa valeur en 1858, deux ans après la mort d'Avogadro. L’intérêt de Cannizzaro était initialement centré sur les produits naturels et sur les réactions des composés aromatiques; en 1853, il découvre que lorsque la benzaldéhyde est traitée avec une base concentrée, il se produit à la fois de l'acide benzoïque et de l’alcool benzylique, un phénomène connu aujourd'hui comme la réaction de Cannizzaro. Dans son pamphlet de 1858, Cannizzaro montre qu'un retour complet aux idées d’Avogadro peut être utilisé pour construire une structure théorique cohérente et robuste qui correspond à presque toutes les preuves empiriques disponibles. Par exemple, il montre que  les gaz élémentaires ne sont pas tous constitués de deux atomes par molécule, certains sont  monoatomiques, la plupart sont diatomiques, et quelques-uns sont encore plus complexes.
    Un autre point de discorde sont les formules des composés des métaux alcalins (comme le sodium) et les métaux alcalino-terreux (comme le calcium), pour qui, en raison de leurs analogies chimiques frappantes, la plupart des chimistes  attribuaient  à la même formule type. Cannizzaro fit valoir que le placement de ces métaux dans les différentes catégories a l'effet bénéfique d'éliminer certaines anomalies lors de l'utilisation de leurs propriétés physiques pour en déduire des poids atomiques. Malheureusement, la brochure de Cannizzaro fut  publiée initialement en italien et a eu peu d'impact immédiat. La véritable percée est survenue avec un congrès chimique international tenu dans la ville allemande de Karlsruhe en septembre 1860, à laquelle la plupart des grands chimistes européens étaient présents. Le Congrès de Karlsruhe avait été organisé par Kékulé, Wurtz et d’ autres qui  partageaient  le sentiment de Cannizzaro que la chimie devait prendre cette  direction. Parlant  le français (comme tout le monde), l'éloquence et la logique de Cannizzaro fit une impression indélébile sur l’assemblée. De plus, son ami Angelo Pavesi distribua la brochure de Cannizzaro aux participants à la fin de la réunion ; plus d'un chimiste écrivit plus tard l'impression décisive que fit la lecture de ce document.  Par exemple, Lothar Meyer a écrit plus tard que, par la lecture de l'article de Cannizzaro,  “ Les écailles  semblaient  me tomber des yeux “. Cannizzaro ainsi  a joué un rôle crucial pour gagner la bataille de la réforme. Le système qu’il préconisa et bientôt  adopté par la plupart des chimistes de premier plan, est sensiblement identique à ce qui est encore utilisé aujourd'hui.(retour liste)


Perkin, Kekulé, Crookes et Nobel

   

    En 1856, Sir William Henry Perkin (1838-1907), 18 ans, lors d’un défi de son professeur, Auguste Wilhelm von Hofmann, cherche à synthétiser la quinine, le médicament anti malaria, à partir du goudron de houille. Dans une des tentatives, Perkin oxyde  l’aniline par le dichromate de potassium et  une  impureté, la toluidine, réagit avec l'aniline pour donner un solide noir suggérant un "échec" de la synthèse. Au nettoyage de la fiole avec de l'alcool, Perkin note une portion pourpre de la  solution : ce sous-produit fut le premier colorant synthétique, connu sous le nom de mauvéine ou de mauve, de Perkin. La découverte de Perkin est le fondement de l'industrie de la synthèse de colorants, l'une des premières industries chimiques de succès.
    La plus importante contribution du chimiste allemand Friedrich August Kekulé von Stradonitz (1828-1896)  est sa théorie structurale de la composition organique, décrite dans deux articles publiés en 1857 et en 1858 et traitée en détail dans les pages de son extraordinairement populaire Lehrbuch der organischen Chemie   ( "Manuel de chimie organique" ), dont la  première partie parut en 1859 et  fut progressivement étendu à quatre volumes. Kekulé montra que les atomes tétravalents de carbone – le carbone formant exactement quatre liaisons chimiques – peuvent se lier ensemble pour former une «chaîne de carbone» à laquelle se relient  d'autres atomes avec d'autres valences (tels que l'hydrogène, l'oxygène ,l’azote et le chlore) . Il était convaincu qu'il était possible pour le chimiste de préciser cette architecture moléculaire détaillée pour au moins les composés organiques plus simples connus à son époque. Kekulé n'a pas été le seul chimiste à faire de telles allégations.  Le chimiste écossais Archibald Scott Couper (1831-1892) publie une théorie essentiellement similaire presque simultanément et le chimiste russe Alexandre Butlerov (1828-1886) contribue à clarifier et à élargir la théorie de la structure. Cependant, ce sont les principales idées de Kékulé qui prévalent  dans la communauté chimique.
    Le chimiste et physicien britannique William Crookes(1832-1919) est connu pour ses études de rayons cathodiques, fondamentales dans le développement de la physique atomique. Ses recherches sur les décharges électriques à travers un gaz raréfié l'a amené à observer un espace sombre autour de la cathode, maintenant appelé l'espace sombre de Crookes. Il a démontré que les rayons cathodiques se déplacent en ligne droite et  produisent de la phosphorescence et de la chaleur quand ils frappent certains matériaux. Pionnier des tubes à vide, Crookes a inventé le tube de Crookes - un tube de décharge expérimental précoce, avec un vide partiel avec lequel il a étudié le comportement des rayons cathodiques. Avec l'introduction de l'analyse du spectre par Robert Bunsen (1811-1899) et Gustav Kirchhoff (1859-1860), Crookes a appliqué la nouvelle technique à l'étude des composés du sélénium. Bunsen et Kirchhoff avaient déjà utilisé la spectroscopie comme un moyen d'analyse chimique pour découvrir le césium et le rubidium. En 1861, Crookes utilisa ce processus pour découvrir le thallium dans certains dépôts sélénifères. Il a continué à travailler sur ce nouvel élément, l’a isolé et a étudié ses propriétés et en 1873 a déterminé son poids atomique. Au cours de ses études sur le thallium, Crookes a découvert le principe du radiomètre de Crookes, un dispositif qui convertit le rayonnement lumineux en mouvement rotatif.
    En 1862, Alexander Parkes expose la parkesine (la cellulose), l'un des premiers polymères synthétiques, à l'Exposition internationale de Londres. Cette découverte constitue la base de l'industrie des plastiques modernes.
    En 1864, Cato Guldberg (1836-1902) et Peter Waage (1833-1900), se basant sur les idées de Claude Louis Berthollet (1748-1822), proposa la loi d'action de masse. En 1865, Johann Josef Loschmidt (1821-1895) détermina le nombre exact de molécules dans une mole, nommé plus tard le nombre d'Avogadro.
    En 1865, August Kekulé, se basant en partie sur les travaux de Loschmidt et d'autres, a établi la structure du benzène comme un cycle à six de carbone avec une alternance de liaisons simples et doubles. Cette nouvelle proposition de Kekulé pour la structure cyclique du benzène a été fort contestée mais n'a jamais été remplacée par une meilleure théorie . Cette théorie a fourni la base scientifique pour l'expansion spectaculaire de l'industrie chimique allemande dans le dernier tiers du 19e siècle. Aujourd'hui, la grande majorité des composés organiques connus sont aromatiques et chacun d'entre eux contient au moins un noyau benzénique hexagonal comme prévu par Kekulé qui est également célèbre pour avoir clarifié la nature des composés aromatiques, qui sont des composés à base de benzène.
    En 1865, Adolf von Baeyer (1835-1917)  travailla sur la teinture indigo, une étape importante dans la chimie organique industrielle moderne qui a révolutionné l'industrie des colorants.
    Le chimiste suédois et inventeur Alfred Nobel a constaté que lorsque la nitroglycérine est incorporée à une substance absorbante inerte comme le kieselguhr (terre de diatomées), elle devint plus sûre et plus facile à manipuler.  Il brevette ce mélange  en 1867 comme  dynamite. Nobel combine plus tard la nitroglycérine avec divers composés de nitrocellulose, semblable au collodion, mais copiant une recette plus efficace combinant un autre nitrate explosif,  il a obtenu une substance gélatineuse transparente  qui était un explosif plus puissant que la dynamite. La gélignite ou  gélatine explosive a été brevetée en 1876 et a été suivie d’une multitude de combinaisons similaires, modifiées par l'addition de nitrate de potassium et autres substances.(retour liste)


Le tableau périodique de Mendeleïev

   

Une percée importante pour donner un sens à la liste des éléments chimiques connus (ainsi que pour la compréhension de la structure interne des atomes) a été le développement par Dmitri Mendeleïev  (1834-1907)  du premier tableau périodique moderne, ou la classification périodique des éléments. Mendeleïev, chimiste russe, a estimé que l’on pouvait mettre les éléments dans un certain type d’ordre et a passé plus de treize années de sa vie à recueillir des données et les assembler. Initialement, il avait l’idée de résoudre, pour ses étudiants, certains de ses doutes dans le domaine. Mendeleïev constata que, lorsque tous les éléments chimiques connus étaient disposés en ordre croissant de poids atomique, la table résultante affiche un motif récurrent ou une périodicité des propriétés au sein des groupes d'éléments. La loi de Mendeleïev lui a permis de construire un tableau périodique systématique des 66 éléments alors connus sur la  base de la masse atomique, qu'il publie in Principles of Chemistry  en 1869. Son premier tableau périodique a été établi en disposant les éléments dans l'ordre croissant des poids atomiques et en les regroupant par la similitude des propriétés.
    Mendeleïev avait une telle foi dans la validité de la loi périodique qu'il a proposé de modifier les valeurs généralement admises pour le poids atomique de quelques éléments et, dans sa version de la table périodique de 1871, prédit les emplacements dans le tableau des éléments inconnus et leurs propriétés. Il a même prédit les propriétés probables de trois éléments qui n’avaient pas encore été découverts, qu'il appelait ekaboron (Eb), ekaaluminium (Ea), et ekasilicon (Es), qui se révélèrent être de bonnes prévisions des propriétés du scandium, du gallium et du germanium qui remplissent chaque place attribuées dans le tableau périodique par Mendeleïev.
    Au début, le système périodique n'a pas soulevé l'intérêt des chimistes. Cependant, avec la découverte des éléments prévus,  le gallium en 1875, le scandium en 1879  et le germanium en 1886, le tableau commenca à gagner une large acceptation. Les preuves suivies de plusieurs de ses prédictions durant son vivant a fait la renommée de Mendeleev comme le fondateur de la loi périodique. Cette organisation a dépassé les premières tentatives de classification par Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois  (1820-1886), qui a publié l'hélice tellurique, une première version, en trois dimensions, de la table périodique des éléments en 1862, John Newlands (1837-1898), qui a proposé la « loi des octaves » (un précurseur à la loi périodique) en 1864, et Lothar Meyer (1830-1895), qui a développé une première version du tableau périodique avec 28 éléments organisés par valence en 1864. La  table de Mendeleev cependant ne comportait aucun des gaz nobles qui n'avaient pas encore été découverts. Peu à peu, la loi périodique et  le tableau sont devenus le cadre d'une grande partie de la théorie chimique. Au moment où Mendeleïev mourut en 1907, il jouissait d'une reconnaissance internationale et avait reçu des distinctions et des prix de nombreux pays.
    En 1873, Jacobus Henricus van 't Hoff (1852-1911) et Joseph Achille Le Bel (1847-1930), travaillant indépendamment, ont développé un modèle de liaison chimique qui a expliqué les expériences de chiralité de Pasteur et a fourni une raison physique de l'activité optique des composés chiraux. La publication de van' t Hoff , appelée Voorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige dans de scheikunde Gebruikte Structuurformules dans de Ruimte, etc. (Proposition pour le développement de formules chimiques à trois dimensions) et composée de douze pages de texte et une de diagrammes , a donné l'impulsion au développement de la stéréochimie. Le concept d’« atome de carbone asymétrique », traité dans cette publication, a fourni une explication à l'apparition de nombreux isomères, inexplicables au moyen des formules structurelles alors en vigueur. En même temps, il observe l'existence de relations entre l'activité optique et la présence d'un atome de carbone asymétrique. (retour liste)


Josiah Willard Gibbs

   

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 créa 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. (retour liste)


Fin du XIXe siècle

  

    L'invention de l'ingénieur allemand Carl von Linde(1842-1934) d'un processus continu de liquéfaction des gaz en grande quantité forma une base pour la technologie moderne de réfrigération et fournit à la fois la dynamique et les moyens pour mener des recherches scientifiques à des températures basses et 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 de réfrigération aient été développées plus tôt, Linde est le premier à les avoir conçues avec l’aide de calculs précis. En 1895, il  mit en place une usine à grande échelle pour la production d'air liquide. Six ans plus tard, il  développa une méthode pour séparer l'oxygène liquide pur à partir de l'air liquide qui aboutit à la conversion industrielle généralisée des procédés utilisant de l'oxygène (par exemple, dans la fabrication de l'acier).
    En 1883, Svante Arrhenius (1859-1927) développa une théorie d'ions pour expliquer la conductivité dans les électrolytes. En 1884, Jacobus Henricus van 't Hoff publia Studies in Dynamics Chemistry (études en chimie dynamique), une étude qui fit école en cinétique chimique. Dans ce travail, van 't Hoff entra pour la première fois dans le domaine de la chimie physique.  Son développement de la relation thermodynamique générale entre la chaleur de conversion et le déplacement de l'équilibre en raison de la variation de température est d’une grande importance. À volume constant, l'équilibre dans un système aura tendance à se déplacer dans une direction qui s’oppose à la variation de température qui est imposée au système. Ainsi, un  abaissement de la température provoque un dégagement de chaleur et son augmentation l'absorption de chaleur. Ce principe d'équilibre mobile a été par la suite (1885)  mis sous une forme générale par Henry Louis Le Chatelier(1850-1936), 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 principe de Le Chatelier, explique la réponse des équilibres chimiques dynamiques à des contraintes externes.
    En 1884, Hermann Emil Fischer(1852-1919) proposa la structure de la purine, une structure clé pour  de nombreuses biomolécules et l’a ensuite synthétisée en 1898. Il travailla également sur la chimie du glucose et des sucres apparentés. 
    En 1885, Eugene Goldstein (1850-1930) décrivit les rayons cathodiques, découverts par la suite comme étant composés d'électrons et les rayons canaux, découverts par la suite comme étant  des ions hydrogène positifs ; ils seront plus tard appelés protons.  L'année 1885 a également vu la publication de J.H. van 't Hoff “L'Équilibre chimique dans les Systèmes gazeux ou dissous à I'État dilué” , qui traite de la théorie des solutions diluées. Ici, il  démontra que la « pression osmotique " dans les solutions suffisamment diluées est proportionnelle à la concentration et à la température absolue de telle sorte que cette pression puisse être représentée par une formule qui ne diffère de la formule de la pression du gaz que par un coefficient i. Il a également déterminé la valeur de i par divers procédés, par exemple au moyen de la pression de vapeur et des résultats de François-Marie Raoult (1830-1930) sur l'abaissement du point de congélation. Ainsi van 't Hoff fut en mesure de prouver que les lois thermodynamiques ne sont pas seulement valables pour les gaz, mais aussi pour les solutions diluées. Ses lois sur la pression, validées par la théorie de la dissociation électrolytique de Arrhenius (1884-1887) sont considérées comme les plus complètes et importantes dans le domaine des sciences naturelles.En 1893, Alfred Werner découvre la structure octaédrique des complexes de cobalt, créant ainsi la chimie de coordination. (retour liste)

William Ramsay

   

    Les plus célèbres découvertes du chimiste écossais William Ramsay(1852-1916) ont été faites en chimie inorganique. Ramsay était intrigué par l’observation en 1802  du physicien britannique John Strutt,  troisième Baron Rayleigh(1842-1919) que le poids atomique de l'azote trouvé dans les composés chimiques était inférieur à celui de l'azote présent dans l'atmosphère. Il  attribua cet écart à un gaz plus léger que l’azote inclus dans ses composés chimiques, tandis que Ramsay soupçonna un gaz plus lourd jusque-là inconnu dans l'azote atmosphérique. En utilisant deux méthodes différentes pour éliminer tous les gaz connus de l'air, Ramsay et Lord Rayleigh furent en mesure d'annoncer en 1894 qu'ils avaient trouvé un élément gazeux monoatomique, chimiquement inerte constituant  de près d’un pour cent de l'atmosphère; ils l'ont appelé argon.
    L'année suivante, on extrait un autre gaz inerte d'un minéral appelé cleveite; c’était  l'hélium, déjà connu dans le spectre solaire. Dans son livre The Gases of the Atmosphere (1896)( Les gaz de l'atmosphère) Ramsay montre que les positions de l'hélium et de l'argon dans le tableau périodique des éléments indiquent que, au moins plus de trois gaz nobles pourraient exister. En 1898, Ramsay et le chimiste britannique Morris W. Travers (1872-1961) isolent ces éléments appelés néon, krypton et xénon dans l'air amené à l’état liquide à basse température et haute pression. Sir William Ramsay travaille avec Frederick Soddy(1877-1956) pour démontrer, en 1903, que les particules alpha (noyaux d'hélium) sont continuellement produites au cours de la désintégration radioactive d'un échantillon de radium. Ramsay  reçoit en 1904 le prix Nobel de chimie en reconnaissance des “ services pour la découverte des éléments gazeux inertes dans l'air et sa détermination de leur position dans le système périodique."
    En 1897, J. J. Thomson (1856-1940) découvre l'électron en utilisant le tube à rayons cathodiques.
    En 1898, Wilhelm Wien (1864-1928) démontre que les rayons canaux (flux d'ions positifs) peuvent être déviés par les champs magnétiques et que la grandeur de déviation est proportionnelle au rapport de masse sur charge. Cette découverte a conduit à la technique analytique connue comme la spectrométrie de masse.(retour liste)

Pierre et Marie Curie

   

    Marie Sklodowska-Curie (1867-1934) était une physicienne et chimiste française d'origine polonaise qui est célèbre pour ses recherches novatrices sur la radioactivité. Elle et son mari ont  posé la première pierre de l'ère nucléaire par leur recherche sur la radioactivité. Marie était fascinée par l'œuvre d'Henri Becquerel (1852-1908), un physicien français qui  découvrit en 1896 que l'uranium émet des rayons analogues aux rayons X découverts par Wilhelm Röntgen (1845-1923). Marie Curie  commença à étudier l'uranium à la fin de 1897 et, selon un article de 1904, qu’elle écrivit pour le magazine Century, " l'émission de rayons par les composés de l'uranium est une propriété du métal lui-même, qu'il est une propriété atomique de l'élément uranium indépendant de son état chimique ou  physique ". Marie reprit le travail de Becquerel et mena  ses propres expériences sur les rayons d'uranium. Elle découvrit que les rayons restent constants, peu importe l'état ou la forme de l'uranium. Les rayons venaient donc de la structure atomique de l'élément. Cette idée révolutionnaire a créé le domaine de la physique atomique et les Curies inventèrent le mot radioactivité pour décrire le phénomène.
    Pierre et Marie explorèrent la radioactivité séparant les substances dans les minerais d'uranium, puis  utilisèrent l'électromètre pour effectuer des mesures de rayonnement afin de rechercher  des quantités infimes d'élément radioactif inconnu parmi les fractions recueillies. Travaillant sur la  pechblende, le couple découvrit un nouvel élément radioactif en 1898. Ils l’appelèrent polonium, d’après le pays natal de Marie, la Pologne. Le 21 décembre 1898, les Curies détectèrent la présence d'un autre élément radioactif dans la pechblende. Ils présentèrent cette découverte à l'Académie française des sciences le 26 décembre, proposant que le nouvel élément soit appelé radium. Les Curies travaillèrent ensuite à isoler le polonium et le radium à partir de composés d'origine naturelle pour prouver qu'ils étaient de nouveaux éléments. En 1902, les Curies annoncèrent qu'ils avaient produit un décigramme de radium pur, ce qui démontrait son existence comme un élément chimique 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 deux nouveaux éléments et  trouvant  des techniques pour isoler des isotopes radioactifs, Curie supervisa les premières études du monde dans le traitement de néoplasmes, en utilisant des isotopes radioactifs. Avec Henri Becquerel et son mari, Pierre Curie, elle reçut le prix Nobel de physique de 1903. Elle fut  seule à recevoir  le Prix Nobel de Chimie de 1911. Ce fut la première femme à remporter seule un prix Nobel et elle est la seule femme à avoir remporté le prix dans deux domaines différents.
    Tout en travaillant avec Marie pour extraire des substances pures à partir de minerais, une entreprise qui avait vraiment besoin de ressources industrielles, mais qu'ils réalisèrent dans des conditions relativement primitives, Pierre lui-même se concentra sur l'étude physique (y compris les effets lumineux et chimiques) des radiations nouvelles. Grâce à l'action des champs magnétiques sur les rayons émis par le radium, il prouva la présence 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 a également observé les effets physiologiques du radium, ouvrant ainsi la voie à la thérapie du radium. Pierre Curie découvrit, entre autres, que les substances ferromagnétiques présentent une transition de température critique, au-dessus de laquelle elles perdent leur comportement ferromagnétique - ce qui est connu comme le "point de Curie"
    Il a été élu à l'Académie des Sciences (1905), ayant, en 1903,  reçu la prestigieuse médaille Davy de la Royal Society et conjointement avec elle et Becquerel le prix Nobel de physique. Il a été écrasé par une voiture rue Dauphine à Paris en 1906 et est mort instantanément. Ses œuvres complètes ont été publiées en 1908.(retour liste)

Ernest Rutherford

  

    Le chimiste et physicien Ernest Rutherford (1871-1937), né en Nouvelle-Zélande, est considéré comme “ le père de la physique nucléaire." Rutherford est surtout connu pour le choix des noms alpha, bêta et gamma pour classer les diverses formes de rayons radioactifs qui ont été mal comprises à son époque (les rayons alpha et bêta sont des faisceaux de particules, tandis que les rayons gamma sont une forme électromagnétique de radiation à haute énergie). Rutherford  dévia des rayons alpha avec des champs électriques et magnétiques en 1903. Travaillant avec Frederick Soddy (1877-1955), Rutherford a expliqué que la radioactivité est due à la transmutation d'éléments, maintenant connues comme réactions nucléaires.
    Il a également observé que l'intensité de la radioactivité d'un élément radioactif diminue d’une quantité unique et régulière dans le temps et il a nommé “demi-vie”  le temps de réduire la radioactivité de moitié. En 1901 et 1902, il  travailla avec Frederick Soddy 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 ses étudiants Hans Geiger (1882-1945)(connu pour le compteur Geiger) et Ernest Marsden(1889-1970). Dans l'expérience Geiger-Marsden, un faisceau de particules alpha généré par la désintégration radioactive du radon est dirigé sur très mince feuille d'or dans une chambre sous vide. Selon le modèle de pudding qui prévalait à l’époque, les particules alpha devraient toutes traverser la feuille et atteindre l’écran du détecteur ou devraient être déviés au plus de quelques 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 réfléchis vers la source de rayon alpha. Il observa qu'un très faible pourcentage de particules 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 une petite fraction de particules incidentes. Rutherford se rendit compte que, vu que certaines des particules alpha ont été déviées ou reflétées, l'atome a un centre concentré de charge positive et de masse relativement importante. Rutherford appela plus tard ce centre positif le “noyau atomique". Les particules alpha ont soit frappé le centre positif directement ou passé assez près de celui-ci pour être  affecté par sa charge positive. Comme beaucoup d'autres particules ont traversé la feuille d'or, le centre positif devait être une taille relativement petite par rapport au reste de l'atome - ce qui signifie que l'atome est principalement un espace ouvert.  À partir de ces résultats, Rutherford a développé un modèle de l'atome qui était similaire au système solaire, le modèle dit de Rutherford. Comme les planètes, les électrons sont en orbite autour d’un noyau de type solaire central. Pour son travail avec le rayonnement et le noyau atomique, Rutherford reçut le  prix Nobel de chimie en 1908.(retour liste)

XXe siècle - Divers progrès

   

    En 1903, Mikhail Tsvet(1872-1919) invente la chromatographie, une technique analytique importante.
    En 1904, Hantaro Nagaoka (1865-1950) propose un premier  modèle nucléaire  de l'atome, où les électrons sont en orbite autour d'un noyau massif et dense.
    En 1905, Fritz Haber (1868-1934) et Carl Bosch (1874-1940) développent le procédé Haber de fabrication de l'ammoniac qui est une étape importante dans la chimie industrielle avec des conséquences profondes dans l'agriculture. Le procédé Haber, ou procédé Haber-Bosch, combine de l'azote à 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 (1882-1970), proposent 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(1879-1955) explique le mouvement brownien d'une manière qui définitivement prouva  la théorie  atomique. Leo Baekeland (1863-1944) invente la bakélite, l'une des premières matières plastiques qui obtient un succès commercial.
    En 1909, le physicien américain Robert Andrews Millikan (1868-1953) - qui avait étudié en Europe sous Walther Nernst et Max Planck  mesure la charge des électrons individuels avec une précision sans précédent par  l'expérience de la goutte d'huile, dans laquelle il mesure 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 passe plusieurs années à étudier et à prouver la relation linéaire proposée par Albert Einstein entre l'énergie et la fréquence et en fournit le premier support photoélectrique direct pour la constante de Planck. En 1923, Millikan reçoit le prix Nobel de physique.
    En 1909, Søren Sørensen (1897-1965)  invente le concept de pH et développe des méthodes pour mesurer l'acidité.
    En 1911, Antonius Van den Broek(1870-1926) observe que les éléments du tableau périodique sont plus correctement organisées par la charge nucléaire positive que par le poids atomique.En 1911, la Première Conférence Solvay  à Bruxelles réunit la plupart des scientifiques les plus éminents de l’époque.En 1912, William Henry Bragg (1862-1942) et William Lawrence Bragg (1890-1971) proposent la loi de Bragg et créent le domaine de la cristallographie de rayons X, un outil important pour élucider la structure cristalline des substances. En 1912, Peter Debye (1884-1966) développe le concept de dipôle moléculaire pour décrire la distribution de charge asymétrique dans certaines molécules.(retour liste)


Niels Bohr, Moseliy, Soddy

   

    En 1913, Niels Bohr (1885-1962), physicien danois, adapte les concepts de la mécanique quantique à la structure atomique en proposant ce qui est maintenant connu comme le modèle de 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 être 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 émet également l'hypothèse que le rayonnement électromagnétique est absorbé ou 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 (1887-1915), 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 radio-chimie 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 par leur rapport masse-charge, une technique connue comme spectrométrie de masse.(retour liste)

Gilbert N. Lewis

   
    Le chimiste américain Gilbert N. Lewis (1875-1946) 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 (1881-1957), qui entre 1919 et 1921  popularisa et développa le modèle de Lewis. Langmuir introduisit ensuite le terme de  liaison covalente.
    En 1921, Otto Stern ( 1888-1968) et Walther Gerlach (1889-1976) 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: il 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 (1888-1950) publièrent Thermodynamics and the Free Energy of ChemicalSubstances, 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 (1872-1941), Robert Robinson (1886-1975), Thomas Lowry(1874-1936) et Christopher Ingold (1893-1970); tandis qu’en chimie de coordination, le modèle de liaison de Lewis a été encouragé par les efforts du chimiste américain Maurice Huggins(1897-1981) et du chimiste britannique Nevil Sidgwick (1873-1952).(retour liste)

Mécanique quantique

   

    En 1924, le physicien quantique français Louis de Broglie (1892-1987) publia sa thèse, dans laquelle il  présente une théorie des ondes électroniques basée sur la dualité onde-particule , les interprétations d’ondes et de particules de la lumière et de la matière étaient vues comme étant en contradiction, mais de Broglie  suggéra que ces caractéristiques apparemment différentes  sont les mêmes observées de manières différentes - que les particules peuvent se comporter comme des ondes et que les ondes (rayonnement) peuvent se comporter comme des particules. La proposition de Broglie a offert une explication à la restriction de  mouvement des électrons dans l'atome. Les premières publications de l'idée de Broglie des “ ondes de matière “ attirèrent peu l'attention d'autres physiciens, mais une copie de sa thèse de doctorat finit par hasard par atteindre Einstein, dont la réaction fut enthousiaste. Einstein a souligné l'importance du travail de Broglie explicitement et en s’appuyant sur lui.
    En 1925, le physicien autrichien Wolfgang Pauli (1900-1958) développa le principe d'exclusion de Pauli, qui stipule que deux électrons autour d'un noyau  dans un atome ne  peuvent pas occuper simultanément  le même état quantique  comme décrit par quatre nombres quantiques. Pauli a fait d'importantes contributions à la mécanique quantique et à la théorie quantique des champs - il a reçu le  Prix Nobel de physique  de 1945 pour sa découverte du principe d'exclusion de Pauli - ainsi qu’à la physique du solide et il  émit l'hypothèse avec succès de l’existence du neutrino. En plus de son travail d'origine, il  écrivit  des synthèses magistrales dans plusieurs domaines de la théorie physique qui sont considérés comme des classiques de la littérature scientifique.(retour liste)

Équation de Schrödinger


    En 1926, à l'âge de 39 ans, le physicien autrichien Erwin Schrödinger (1887-1961)  produit les documents qui ont fourni les bases de la mécanique quantique. Dans ces documents, il décrit son équation différentielle partielle qui est l'équation de base de la mécanique quantique et a  le même rapport avec la mécanique de l'atome que les équations de Newton l’ont avec le mouvement à l'astronomie planétaire. Adoptant une proposition faite par Louis de Broglie en 1924 que les particules de matière ont une double nature et que dans certaines situations elles agissent comme des ondes, Schrödinger introduit une théorie décrivant le comportement d'un tel système par une équation d'onde qui est maintenant connue comme l'équation de Schrödinger. Les solutions de l'équation de Schrödinger, à la différence des solutions des équations de Newton, sont des fonctions d'onde qui ne peuvent être liées qu’à la probabilité d’apparition  des événements physiques. La séquence facilement visualisées des événements des orbites planétaires de Newton est, en mécanique quantique, remplacée par la notion plus abstraite de la probabilité. Le physicien allemand Werner Heisenberg (1901-1976) est l'un des principaux créateurs de la mécanique quantique. En 1925, Heisenberg découvre un moyen de formuler la mécanique quantique en termes de matrices. Pour cette découverte, il  reçoit le prix Nobel de physique en 1932. En 1927, il publie son principe d'incertitude, sur lequel il construit sa philosophie et pour lequel il est le plus connu. Heisenberg a été en mesure de démontrer que si on étudie un électron dans un atome, on pourrait dire où il est (l'emplacement de l'électron) ou où il va (la vitesse de l'électron), mais qu’il était impossible d'exprimer les deux en même temps. Il a également fait des contributions importantes aux théories de l'hydrodynamique des écoulements turbulents, le noyau atomique, le ferromagnétisme, les rayons cosmiques et les particules subatomiques et a joué un rôle dans la planification du premier réacteur nucléaire de l’Allemagne de l’ouest à Karlsruhe, en même temps qu’un réacteur de recherche à Munich , en 1957. Une controverse considérable entoure son travail sur la recherche atomique pendant la Seconde Guerre Mondiale. (retour liste)

La chimie et la biologie

   


    Au milieu du 20e siècle, en principe, l'intégration de la physique et la chimie était forte  avec des propriétés chimiques expliquées comme le résultat de la structure électronique de l’atome; le livre de Linus Pauling “The Nature of the Chemical bond”  (La nature de la liaison chimique) où il utilisa les principes de la mécanique quantique pour en déduire les angles de liaison dans les molécules de plus en plus compliquées. Cependant, bien que certains principes déduits de la mécanique quantique soient en mesure de prédire qualitativement certaines caractéristiques chimiques des molécules biologiques, ils étaient, jusqu'à la fin du 20e siècle, plus un ensemble de règles, des observations et des recettes que rigoureusement le début de méthodes quantitatives.
    Cette approche heuristique a triomphé en 1953 lorsque James Watson (1928-   ) et Francis Crick (1916-2004) élucidèrent la structure en double hélice de l'ADN en construisant des modèles basés sur la connaissance de la chimie des éléments constitutifs et sur les motifs de diffraction des rayons X obtenus par Rosalind Franklin (1920-1958). Cette découverte conduit à une explosion de la recherche sur la biochimie de la vie.
    Dans la même année, l'expérience de Miller (Stanley 1930-2007)-Urey (Harold 1893-1981) a démontré que les constituants de base de protéines, d'acides aminés simples, pourraient être eux-mêmes construits à partir de molécules plus simples dans une simulation de processus primordiaux sur Terre. Bien que de nombreuses questions demeurent quant à la véritable nature de l'origine de la vie, ce fut la première tentative par les chimistes d’étudier des processus hypothétiques en laboratoire dans des conditions contrôlées.
    En 1983, Kary Mullis (1944-   ) a conçu un procédé pour l'amplification in vitro de l'ADN, connu sous le nom de réaction en chaîne par polymérase (PCR), qui a révolutionné les procédés chimiques utilisés au laboratoire pour le manipuler. PCR put être utilisé pour synthétiser des éléments spécifiques de l'ADN et rendre possible le séquençage de l'ADN des organismes, qui a abouti à l'énorme projet du séquencement du génome humain.
    Un élément important dans le puzzle de la double hélice a été résolu par des élèves de Pauling : Matthew Meselson (1930-   ) et Frank Stahl (1929-   ). Le résultat de leur collaboration (expérience Meselson-Stahl) a été appelé comme “la plus belle expérience en biologie". Ils ont utilisé une technique de centrifugation qui trie les molécules en fonction des différences de poids. Étant donné que les atomes d'azote font partie intégrante de l'ADN, elles ont été marquées et par conséquent  suivies dans leur réplication dans des bactéries.(retour liste)