Histoire de la chimie
Robert Boyle, père de la chimie moderne
L'histoire de la chimie est intrinsèquement liée
à la volonté de l'Homme de comprendre la nature et les propriétés de la
matière, plus particulièrement la façon dont celle-ci se transforme.
L'histoire de la chimie débute avec la découverte du feu qui est la
première source d'énergie utilisée par l'homme pour améliorer son
quotidien; éclairage, chauffage, cuisson des aliments etc. La maitrise
du feu a permis de réaliser les premières transformations contrôlées de
la matière, notamment la fabrication du verre et de céramique mais
également d'alliages métalliques. L'histoire de la chimie est également
marquée par les nombreuses tentatives pour développer une théorie
cohérente de la matière parmi lesquels on peut citer les théories
atomique de Démocrite et des éléments d'Aristote pendant la période
antique ou le développement de l'alchimie au Moyen Âge. La chimie ne se
distinguera de cette dernière que vers le XVIIe siècle, notamment par
les travaux de Robert Boyle qui applique la méthode scientifique à ses
expériences. La publication de son célèbre Sceptical Chemyst en 1661
est d'ailleurs souvent considéré comme le point de départ de la chimie
moderne. Plus tard, les travaux de Lavoisier sur les lois de la
conservation de la masse contribueront à placer définitivement la
chimie au rang de science. Actuellement l'interdisciplinarité dans le
monde scientifique fait qu'il est parfois difficile de différencier
l'histoire de la chimie de celle de la physique ou des sciences de la
vie telle que la biochimie.
Préhistoire :
Les fondements de la chimie doivent être mis en rapport avec la
découverte par l'homme du feu à l'époque paléolithique, 400000 ans
avant notre ère, et qui s'achève à la fin de la dernière période
glaciaire, 8 000 ans avant notre ère. Outre le fait qu'il permit à
l'homme de se chauffer et de cuire ses aliments, le feu peut aussi être
considéré comme la première source d'énergie utilisée par l'homme.
Cette énergie lui permit tout d'abord de transformer ses aliments
(cuisson des aliments) mais également de réaliser de nouveaux matériaux
comme des poteries par cuisson de l'argile. Le charbon de bois est
également utilisé comme pigment dans les peintures préhistoriques dans
les grottes ou les abris sous roche. Il sera par la suite également
utilisé comme combustible.
Peu à peu, l'attention des hommes semble avoir été attirée par
certaines roches ou pierres colorées : l'ocre rouge (oxyde de fer
extrait des argiles à hématite), l'ocre jaune (oxyde de fer extrait des
argiles à goethite et limonite), pierres bleues ou vertes (carbonates
de cuivre, azurite ou malachite), pierres violettes à base d'oxyde de
manganèse (manganite, pyrolusite).
Il y a 10 000 ans, le bitume naturel est exploitée par les peuples du
Moyen-Orient pour ses nombreuses propriétés. Il est utilisée en tant
que matière première pour la conception de bâtiments.
Antiquité :
Le début de l'Antiquité voit les débuts de la métallurgie
(paléométallurgie), c'est-à-dire l'extraction par l'homme des métaux à
partir des minerais présents dans la nature, généralement sous forme de
sels. Ces métaux seront ensuite retravaillés et utilisés soit sous
forme pure soit en tant qu'alliage.
• Or : utilisé à l'état natif depuis les débuts de l'Antiquité. Métal
inaltérable et de très faible réactivité chimique il n'a, durant cette
période, fait l'objet d'aucune transformation chimique. Considéré alors
comme un métal parfait, il revêt une valeur monétaire et artistique
importante
• L'argent : présent à l'état natif sous forme d'alliage avec l'or (électrum). Il peut également être extrait de la galène
• Le cuivre : il a pu être trouvé à l'état natif mais également sous
forme impure dans la malachite. Son commerce pendant l'Antiquité sera
une importante source de richesse
• Le bronze : premier alliage fabriqué par l'homme. L'étain qui entre
pour 10% dans sa composition était à l'époque très abondant. Le bronze
apparait aux alentours de l'an -3000 (Âge du bronze) et sera tout
d'abord utilisé dans la fabrication d'armes.
• Le fer : Il aurait été découvert il y a environ 3 800 ans en Anatolie
par les Hittites. Ses premières utilisations, également pour des
applications militaires, datent de 2500 avant J-C. Sa domestication est
plus tardive car plus difficile. Le fer n'existe pas à l'état natif
(mis à part le fer provenant de météorite). Pour l'obtenir il est
nécessaire de réduite les oxydes de fer à l'aide de charbon de bois.
L'homme s'aperçût alors que l'ajout d'une certaine quantité de carbone
rendait le fer plus tranchant et plus résistant. Ce fut l'apparition du
premier acier
• Le laiton : alliage constitué de cuivre et de zinc. Il apparait vers
1000 av. J.-C. ; on en a notamment retrouvé dans des pièces romaines.
• Le bitume et l' asphalte naturels servaient de mastic pour étanchéité
(imperméabilité) pour la confection de coupes et de statuettes et pour
cimenter les briques.
Égypte :
Les Égyptiens savent extraire le fer de ses minerais. Ils auraient
inventé le verre il y a environ 3 800 ans à partir du sable du désert
et du natron chauffés au four jusqu'à fusion auxquels on ajoute souvent
de la chaux. Les Égyptiens connaissent aussi la fermentation qui leur
permet de produire de la bière. Ils fabriquent des colorants (indigo,
cinabre), utilisés notamment pour les fards (malachite).
Chine :
Fabrication de la porcelaine.
Grèce :
On sait que les Minoens grillaient la pyrite (FeS2) pour l'utiliser comme minerai de fer.
• Certains historiens des sciences considèrent Thalès de Milet comme le
fondateur de la chimie: la matière est constituée d'eau. Pour son
disciple, Anaximène de Milet, l'élément primordial est l'air qui
devient feu par dilatation, puis vent.
Un peu plus tard, Xénophane de Colophon propose la terre comme racine
de toute chose. (C'est à cette époque que l'art de la poterie grecque
est renouvelé par des motifs rouges sur fond noir ou noirs sur fond
rouge). Pour Héraclite, le feu est à l'origine des choses.
• Pour Empédocle il existe quatre éléments de base : l'eau, l'air, le
feu et la terre qui s'attirent ou se repoussent. Nous apprenons par cet
auteur que le rouge carmin, utilisé pour teindre le lin, était obtenu à
partir d'insectes (les cochenilles). Platon reprend plus tard cette
théorie en associant ces quatre éléments à des formes géométriques
reliées à des nombres de triangles. Ainsi le feu est associé au
tétraèdre (4 triangles équilatéraux) qui a les arêtes les plus pointues
(d'où le fait qu'il pique), la Terre au cube (24 triangles rectangles
isocèles signe de stabilité), l'Air à un octaèdre (8 triangles
équilatéraux) et l'Eau à un isocaèdre (20 triangles équilatéraux).
Aristote, élève de Platon, reprendra le modèle des quatre éléments en
leur associant 4 qualités : l’humide, le sec, le chaud et le froid.
Chacun des éléments est alors décrit comme l’association de 2 qualités
(par exemple : le feu est une combinaison des qualités sec et chaud).
Les écrits d'Aristote seront traduits en arabe et, plus tard, traduits
en latin par Thomas d'Aquin et Roger Bacon. Le médecin Galien
introduira par après les quatre humeurs (sang, phlegme, bile jaune et
bile noire) comme une combinaison des qualités d’Aristote. La médecine
de Galien restera une référence pendant l’Antiquité et tout le Moyen
Âge.
• Le philosophe Anaxagore voit le monde en perpétuel changement, sans
création ni destruction de matière mais avec des réarrangements des
particules élémentaires.
• Leucippe puis Démocrite pensent que la matière est composée d'entités
élémentaires, les atomes. Cette théorie atomique, divulguée par Épicure
et Lucrèce, servira de base à l'alchimie. Les atomes crochus assurent
la cohésion de la matière tandis que les atomes ronds expliquent la
fluidité des liquides.
• Vers 40 après J.-C., un médecin grec, Dioscoride, mentionne le soufre
dans ses écrits ainsi qu'une poudre blanche obtenue par calcination de
certaines pierres servant à produire l'orichalque.
Rome :
Vers 30 avant J.-C., Vitruve, dans son ouvrage traitant des matériaux
et techniques de construction Architectura, cite plusieurs matériaux
dont la chaux, le ciment romain, l'ocre, l'orpiment, la pourpre, la
garance, le pastel… Pline l'Ancien, dans son Histoire naturelle,
récapitule les substances chimiques connues à son époque dont le
soufre, le naphte, le gypse. D'autres substances, connues bien avant
les Romains, sont mentionnées dans des documents comme les papyrus de
Leyde et de papyrus de Stockholm, les lapidaires (données sur les
pierres précieuses) et des ouvrages de (Zosime de Panapolis).
En plus des substances citées antérieurement, nous trouvons:
• le cristal de roche ou quartz utilisé par les Romains pour la fabrications de loupes.
• la pierre de magnésie susceptible d'exercer une action sur le fer.
• l'alun.
• le sel de Cappadoce.
• la fleur de cuivre (chalcanthon) ou vitriol.
• le vif-argent ou argent liquide qui forme facilement des amalgames avec les métaux.
• le nitre ou salpêtre de couleur blanche, soluble dans l'eau.
• la litharge ou l'orpiment employé dans les alliages pour remplacer l'or, trop onéreux.
Parmi les techniques connues, citons le bain-marie et la distillation
qui fournit divers esprits (produits légers) et des huiles (produits
lourds, moins volatils). L'esprit de naphte et l'huile de naphte
étaient, à titre d'exemple, obtenus par distillation du naphte).
Naissance de l'alchimie :
• L'alchimie naît à Alexandrie vers le IXe siècle av. J.-C.. Les
alchimistes cherchent à fabriquer à partir de métaux divers le métal
parfait qu'est l'or. L'objectif est la fabrication de la pierre
philosophale qui transmute les métaux en or et permet la préparation de
la panacée ou remède universel. L'alchimie est aussi une recherche
spirituelle et demande une initiation à ses secrets. Les corps sont
classés en solides, liquides et vapeurs et selon leur couleur. Ils
interagissent suivant des notions de sympathie et d'antipathie. Cette
philosophie repose sur la théorie des quatre éléments de Platon
complétée par l'introduction de la quintessence (la 5e Essence ou le
cinquième élément).
• Soufre, mercure et sel: le soufre et le mercure sont issus de
l'alchimie arabe et le sel de Paracelse. Au soufre se rattache tout ce
qui est chaud, dur et masculin; au mercure tout ce qui est froid,
féminin; quant au sel il assure le cohésion du soufre et du mercure
lors de leur union.
Moyen Âge :
Civilisation arabe :
• La civilisation arabo-musulmane compte des alchimistes brillants dont
Jabir Ibn Hayyan et Abu Bakr Mohammad Ibn Zakariya al-Razi. En
cherchant de l'or, ils travaillent sur d'autres matières comme par
exemple l'acide nitrique et perfectionnent la distillation.
Occident :
Bases de l'alchimie :
Albertus Magnus, fresque 1332, Trévise.
• L'alchimie arrive en Europe avec les traductions des textes arabes.
De nombreux termes (comme alcali par exemple) seront d'ailleurs repris
directement de la langue arabe. Par ailleurs, en raison de la grande
peste qui sévit alors, l'alchimie prétend améliorer la santé par des
potions ou remèdes à base de substances chimiques connues. En 1317, le
pape Jean XXII à Avignon, réagit contre les fraudes dans les monnaies
et les faux métaux contenant de l'or.
• Il existait au début du Moyen Âge une relation importante entre
l'alchimie et l'astrologie. À cette époque, sept métaux étaient connus
(Au, Ag, Cu, Fe, Sn, Pb, Hg) et l'astrologie comptait sept planètes (en
incluant le Soleil et la Lune). La liaison s'établissant ainsi :
• Soleil - l'or (Au)
• Mercure - le mercure (Hg)
• Vénus - le cuivre (Cu)
• la Lune - l'argent (Ag)
• Mars - le fer (Fe)
• Jupiter - l'étain (Sn)
• Saturne - le plomb (Pb)
Certaines expressions du langage datent de cette époque. Par exemple,
le saturnisme désigne une intoxication au plomb. Il convient également
de signaler, au XXe siècle le clin d'œil par des scientifiques lors de
la découverte d'éléments radioactifs qui furent nommés uranium,
neptunium et plutonium en rapport avec le nom des trois planètes
uranus, neptune et pluton alors inconnues au Moyen-Âge. Robert
Grossetête et Roger Bacon, qui prône l'expérimentation comme méthode de
travail pour les chimistes, sont représentatifs de cette
époque.Albertus Magnus (Albert le Grand), moine dominicain, était un
chimiste et alchimiste apprécié. C'est lui qui isola pour la première
fois l'arsenic.
Les recettes :
Beaucoup d'expériences de transmutation débouchèrent sur des recettes
métallurgiques et sur la préparation de nouveaux composés :
• le vitriol: H2SO4 (acide sulfurique)
• l'eau forte: HNO3 (acide nitrique)
• l'esprit de sel: HCl (acide chlorhydrique)
• le vitriol de lune: Ag2SO4 (sulfate d'argent)
• les cristaux de Vénus: Cu(NO3)2 (nitrate de cuivre)
• la poudre noire. (mélange déflagrant de salpêtre (du latin salpetrae
signifiant "sel de pierre"), de soufre, de charbon de bois)
• l'esprit de vin à plusieurs degrés d'alcool. (éthanol)
• l'eau régale capable de dissoudre l'or. (mélange d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique 1:3)
Aucun progrès théorique dans ces recettes ésotériques qui sont souvent
des recopies d'ouvrages antérieurs, mais un développement notable de
l'instrumentation et des manipulations.
Chine et Orient :
• Invention de la poudre à canon par les chinois au Xe siècle de notre
ère. qui sera remplacée à partir de 1847 par la nitroglycérine par
Ascanio Sobrero.
Renaissance et XVIe siècle :
La Renaissance est une réaction intellectuelle contre l'état de fait et
le pouvoir ecclésiastique (Galilée, la Réforme avec Calvin et Luther,
Concile de Trente, guerres de religion…). En effet, jusqu'à cette
période, la recherche d'une explication autre que divine aux phénomènes
naturels est interdite jusqu'à l'héliocentrisme de Nicolas Copernic
(1473 - 1543). Cette période est celle de l'humanisme, mais les anciens
auxquels on se réfère, commencent à être tenus une certaine distance.
La chimie va se détacher progressivement de l'alchimie, Andreas
Libavius, par exemple, est un alchimiste représentatif de cette époque.
Paracelse :
Paracelse, par sa pratique de la médecine et ses recherches sur les
médicaments (iatrochimie), est considéré comme le précurseur de la
chimie moderne tout en se référant à la théorie des quatre éléments et
au vitalisme. Il met en évidence, pour des raisons thérapeutiques, le
soufre et le mercure. D'autres métaux comme l'arsenic, l'antimoine et
le bismuth seront mentionnés dans les ouvrages de médecine de la
Renaissance. Une polémique naîtra sur la toxicité ou non des remèdes
contenant de l'antimoine. Avec Vésale, on distinguera la pharmacie
chimyque (laboratoire) de la pharmacie ordinaire (herbes médicinales).
De nombreux instruments de manipulation: spatules, appareils de
distillation, alambics, cornues...ont été inventés dans les
laboratoires des alchimistes.
les ingénieurs :
Les nouvelles idées sont véhiculées par des traductions d'ouvrages
issus du grec ou de l'arabe, l'imprimerie contribuant à la diffusion du
savoir. De nombreux minéraux, végétaux et animaux sont ramenés des
voyages par les grands navigateurs Vasco de Gama, Christophe Colomb,
Magellan, Jacques Cartier, Francis Drake. Cette révolution scientifique
en Occident conduit à développer l'esprit d'expérimentation allié aux
techniques de calcul (l'algèbre de Raphaël Bombelli paraît en 1572)
dans les laboratoires et les premières usines. Les besoins militaires
(artillerie, canon, poudre noire…) vont favoriser de façon importante
le développement des mines et la production de métaux et d'alliages.
C'est donc la quantification par le biais des instruments de mesure qui
caractérise le plus la Renaissance: mesures de pression, de température
(invention du baromètre par Evangelista Torricelli (1643),
thermomètre)… C'est le temps des ingénieurs. Bernard Palissy (1499 -
1589) se spécialise vers 1463 dans la production d'émaux et de faïence.
En 1540, Vannoccio Biringuccio, qui publie De la pirotechnia libri, est
le précurseur de la pyrotechnie.
Agricola :
Georgius Agricola
Georg Bauer dit Agricola (1494 - 1555) fonde la chimie métallurgique et
définit plus précisément métaux et alliages : il étudie plus
particulièrement la galène, la blende et mentionne le zinc et le
bismuth. Son principal ouvrage posthume, (De Re Metallica), qui paraît
en 1556, est un traité de métallurgie comportant des précisions sur la
production de vitriol vert dont l'huile est particulièrement corrosive.
Le charbon de bois, employé jusqu'ici pour le chauffage des minerais
sera progressivement remplacé par le charbon de terre (houille). En
1546, il publie De natura fossilium, premier traité de minéralogie (le
terme minéralogie sera mentionné par Bernardo Cesi en 1636) .
XVIIe siècle :
Les métiers de ce siècle (teinturiers, apothicaires, mineurs,
métallurgistes, distillateurs, ingénieurs militaires…) sont
représentatifs de l'esprit scientifique de l'époque. Il n'y a pas de
percée théorique en chimie (contrairement à la physique : Descartes,
Newton, Leibniz), malgré le grand nombre d'ouvrages scientifiques (voir
par exemple Johannes Hartmann), d'expériences et de découvertes qui se
succèdent. L'alchimie en déclin laisse place à la théorie du
phlogistique et à la chimie pneumatique.
Atomisme et phlogistique :
Pierre Gassendi (1592 - 1655) reprend en 1624 les théories atomiques de
l'Antiquité et précise la notion d'atome et en 1620, Francis Bacon, qui
publie Novum Organum, prend parti pour l'atomisme. Georg Ernst Stahl
(1659 - 1734) nomme phlogistique (du grec phlogiston, la terre
inflammable). En 1630, Jean Rey (1583 – 1645), médecin, constate avant
l'heure, qu'un métal chauffé à l'air forme une chaux (oxyde) plus
lourde que le métal ce qui pose question dans le cadre de cette
théorie. Vers 1680, Johann Joachim Becher (1635 - 1682), écrit que les
corps combustibles et les métaux sont composés de terres vitrifiables,
inflammables (qui se dégagent par combustion) et mercurielles. Newton,
qui est alchimiste en plus d'être physicien, pense qu'il existe des
forces entre les particules, comparables aux forces de gravitation. En
recherchant la pierre philosophale, Hennig Brandt obtiendra en 1669 le
phosphore par distillation de l'urine humaine.
Les gaz :
Jan Baptist van Helmont (1577 - 1644) différencie les gaz et
caractérise le gaz sylvestre (CO2). C'est à l'issue d'expériences, et
non d'intuitions, qu'il énonce ses résultats. Il obtient, par exemple,
le gaz sulfureum par combustion du soufre et constate qu'il forme avec
l'eau l'oléum sulphuris. Par ailleurs, on sait à l'époque que le gaz
sylvestre peut être obtenu par diverses méthodes: action du vinaigre
sur le calcaire, combustion du charbon, fermentation du raisin… En ce
qui concerne le vinaigre, Johann Rudolf Glauber découvre que le
vinaigre de vin et le vinaigre de bois sont de même nature. Il fonde,
en 1850, à Amsterdam une usine chimique de savon et de verre. Après la
mise au point du verre de cristal au plomb en 1676, l'art de la
verrerie est étudié par Johannes Kunchel en 1689 et Jean Haudicquer de
Blancourt en 1697. En 1662, Robert Boyle (1627 - 1691) établit la loi
des gaz à température constante et publie The Sceptical Chymist et en
1676, Edme Mariotte fait paraître en 1679 son essai sur l'air et
complète la loi des gaz de Boyle.
Un traité de chymie :
En 1675, Nicolas Lémery publie le premier grand traité de chimie. La
nature est divisée en minéraux, végétaux et animaux. La théorie des
sept métaux et l'absence de symboles fait apparaître la chymie plus
comme un art que comme une science. Il introduit la notion de mixte
(mélange) et de corps dont les éléments ne peuvent être chimiquement
séparés. Il définit les acides (huile de vitriol, eau régale, eau
forte), les vitriols, les alcalis (bases) et les sels.
XVIIIe siècle :
Ce siècle connaîtra la multiplication des laboratoires et des
publications scientifiques. Les manufactures et usines vont prendre
leur essor et une multitude de nouvelles substances vont apparaître. De
nouveaux thèmes d'études, comme la combustion, la calcination
(transformation du calcaire en chaux) et la réduction des minerais
(cassitérite en étain, galène en plomb), la respiration des végétaux...
seront approfondis. la chimie va devenir une science comme en
témoignent les ouvrages de Pierre Joseph Macquer éléments de chymie
théorique (1749), Dictionnaire de Chymie (1766) et d'Antoine Baumé,
Maître apothicaire de Paris, Chymie expérimentale et raisonnée 3 tomes
(1773), avant d'attendre Lavoisier et son traité élémentaire de chimie
(1789) et la loi de conservation de la masse. L'alchimie est toujours
aussi populaire et revêt même un caractère spectaculaire et mercantile
(Giacomo Casanova).
Retour sur le phlogistique :
Georg Ernst Stahl, qui effectue un certains nombres de travaux sur la
combustion, publie Zymotechnia fundamentalis en 1697, suivi de
Fundamenta Chymiae dogmatica et experimentalis en 1723. Il constate
que, lorsqu'on chauffe un métal, celui-ci donne de la chaux, qui
elle-même chauffée en présence de charbon, redonne le métal initial. Il
en déduit que le principe combustible présent dans le métal s'échappe
de celui-ci lors de sa calcination et est libéré avec la flamme. De
même, le charbon de bois réduit le minerai car il contient, lui aussi,
le même principe combustible, le phlogiston ou phlogistique qui doit
être considéré comme un élément parmi les autres. La cendre de bois,
par exemple, est du bois déphlogistiqué par combustion. Cette théorie
est officiellement diffusée par Rouelle en 1742
La chimie pneumatique ou chimie des gaz :
À la suite de diverses expériences sur les animaux, on se pose la
question de savoir si la digestion est une opération mécanique de
broyage ou une transformation chimique comme le pensent les chimistes.
Stephen Hales montre en 1727 que l'air est nécessaire à la croissance
des plantes par l'intermédiaire des feuilles. Il invente, pour son
expérience, la cuve à eau qui sera à la base de bien des
expérimentations. C'est avec ce procédé que Joseph Black observe la
calcination de la chaux. En 1757, il mettra en évidence l'air fixe (
c'est le gaz sylvestre de Van Helmont ou anhydride carbonique) en
montrant que l'action d'un acide sur le calcaire donne un gaz qui
trouble l'eau de chaux. (Un chimiste, Joseph Jacquin, remarquera que le
poids de chaux obtenu après calcination est inférieur au poids de
calcaire avant chauffage…). Black note aussi que le calcaire, attaqué
par un autre acide, donne lieu à un dégagement de « gaz des métaux ».
Une des limites de l’utilisation de la cuve à eau était la difficulté
de mettre en évidence certains gaz plus ou moins solubles dans l’eau.
Priestley, en 1792, utilise le mercure à la place de l’eau dans ses
expériences sur l’air. Il obtient, en 1774, par calcination à l'aide
d'une lentille du rouge de mercure (HgO), un gaz, qu’il nomme air
déphlogistiqué, qui sera appelé plus tard oxygène, qui permet la
respiration et entretient la combustion.
Découverte d’autres gaz :
En 1765, Cavendish isole l'air inflammable (hydrogène). Trois sortes
d’air sont connus à l’époque d’Henry Cavendish : l’air normal ou
atmosphérique, l’air des métaux (ou air inflammable car il entretient
la combustion) et l’air fixe (qui, au contraire, arrête la combustion).
En mesurant la densité de ces trois gaz vers 1765, Cavendish établit
que l’air fixe est plus lourd que l’air atmosphérique et l’air
inflammable, que Cavendish assimile au phlogistique beaucoup plus
léger. Pour réaliser cette expérience, il se sert d’un
eudiomètre.Daniel Rutherford découvre, en 1772, un autre gaz qu’il
nomme air phlogistiqué ou air nuisible (azote). En résumé , le
phlogistique est reconnu comme l’air inflammable,l’air déphlogistiqué
trouble l’eau de chaux alors que l’air phlogistiqué ne la trouble pas.
En 1772, Priesley isole l'air nitreux (oxyde azotique,l'air d'acide
marin (gaz chlorhydrique) et l'air nitreux peroxyde d'azote et l'air
vitriolique (anhydride sulfureux).
Tout ceci va rester confus et la théorie du phlogistique va subsister
jusqu’à Lavoisier. Scheele découvre en 1773, l'acide marin
déphlogistiqué (ou esprit de sel) en faisant agir l'acide muriatique
sur la pyrolusite. Ce produit, étudié par Berthollet sera
ultérieurement utilisé en 1785 pour le blanchiment du linge et la
production d'eau de javel. En faisant agir de nouveau l'acide
muriatique sur un mélange intime de soufre et de limaille de fer qu'il
enflamme, Scheele obtient un gaz encore inconnu caractérisé par une
forte odeur d'œufs pourris qu'il nomme air de soufre. En 1777, Pierre
Bayen (1725 - 1798) contestera, avant Lavoisier, la théorie du
phlogistique.
Les acides et les bases :
Le concept d’acide prend progressivement forme au cours du XVIIIe
siècle. On distingue les acides en provenance du non vivant. Ce sont :
l’acide acétique ou vinaigre, l’acide sulfurique ou huile de vitriol,
l’eau-forte (ou acide nitrique) obtenu à partir de salpêtre, l’acide
muriatique ou esprit de sel et les acides phosphorique et benzoïque (à
partir du benjoin).
Certains acides commencent à être extraits du vivant ; il sont, pour la
plupart, issus des travaux de Scheele à partir de 1760. Citons, dans
l’ordre chronologique, l’acide tartrique à partir du tartre (1769),
l’acide urique à partir des calculs urinaires (1776), l’acide lactique
à partir du lait (1780), l’acide citrique à partir du citron (1784),
l’acide malique à partir des pommes (1785), l’acide gallique à partir
des noix de galle(1786), l’acide oxalique à partir du sucre et de l’eau
forte (1784). Il en est de même de l’acide fluorhydrique à partir
d’huile de vitriol et de fluorine et de l’acide prussique obtenu par
l’action de l’acide sulfurique sur un colorant, le bleu de Prusse.
En ce qui concerne les bases, nous savons que Lavoisier utilisait la
potasse (ou alcali végétal) et la soude (alcali marin) . L’ammoniaque
(alcali volatil) et le natron étaient également connus.
Métallurgie et chimie industrielle :
De nouveaux métaux sont découverts : le cobalt par George Brandt en
1735. En 1751, Alex Frederik Cronsted découvre le nickel. Le manganèse
est extrait de la pyrolusite en 1780 (Johann G.Gahn) et le molybdène
est découvert en 1782. (Jacques Hjelm). La découverte du tungstène
surviendra l’année suivante. En 1791,William Gregor découvre le titane
et Jean gadolin l’yttrium. En 1797, Nicolas Vauquelin caractérise le
chrome et le tellure est découvert en 1798 par Martin H.Klaproth.
Dans le domaine de la métallurgie, le charbon de bois est remplacé
progressivement par le coke que l’on chauffe pour obtenir de l’acier à
partir de la fonte. C’est à cette époque que Benjamin Hunstmann invente
l’acier au creuset. En 1743, une fonderie de zinc est créée à Bristol.
Les travaux de Lavoisier permettront une meilleure connaissance des
métaux et des minerais qui se présentent sous la forme d’oxydes
(cassitérite, hématite…) que l’on chauffe en présence de charbon comme
dans les hauts-fourneaux. Le charbon joue à la fois le rôle d’oxydant
et de réducteur. Pour les sulfures, comme la blende, on effectue un
grillage dans un courant d’air, de telle sorte que l’oxygène oxyde le
métal alors que l’anhydride sulfureux se dégage.
Le début de la chimie industrielle est caractérisé par le procédé de
fabrication d’acide sulfurique (huile de vitriol) des chambres de plomb
mis au point par John Roebuck.
Antoine Lavoisier:
Portrait de Monsieur Lavoisier et son épouse, par Jacques-Louis David
C’est en 1765, que Antoine Lavoisier publie ses travaux sur le gypse.
Ses études sur la combustion le mènent à la conclusion que l’air
déphlogistiqué est de l’oxygène. Lors de la combustion, un combustible
nécessite de l’oxygène alors que le résultat de la calcination est une
chaux (oxyde) moins de l’oxygène. Cette nouvelle théorie du
phlogistique est publiée en 1777 et approfondie en 1785. Lors de la
combustion du phosphore dans l’air, Lavoisier constate la formation
d’un gaz résiduel qu’il nomme mofette atmosphérique et qui correspond à
l’air phlogistiqué caractérisé par Rutherford en 1772. Il établit que
l’air atmosphérique est composé de 20% d’oxygène et de 80% de mofette.
Il précise également , dans son expérience sur la décomposition de
l’eau (dont la synthèse eudiométrique sera effectuée par Cavendish),
que celle-ci est un mélange d’air inflammable (hydrogène) et d’oxygène.
Au vu de ces résultats, il sera définitivement admis, en 1785, que ni
l’air ni l’eau sont des éléments simples. L'ancienne Chymie disparaît
malgré quelques erreurs comme la lumière et le calorique considérés
comme éléments.
Affinités et nomenclature :
Au début du siècle, on tente de comprendre comment les corps ou
éléments chimiques peuvent s’attirer les uns vers les autres. Un
premier début d’explication est tenté, en 1718, par Geoffroy. Les
éléments connus à l’époque sont classés dans une table des différents
rapports ou affinités dont l’idée sera reprise en 1761 par Christlieb
Gellert, puis, la même année, par Jean-Philippe de Limbourg dans une
nouvelle table des affinités chymiques. Karl Scheele effectuera
également le même type de classement. En 1787, Guyton de Morveau,
Lavoisier, Berthollet et Antoine de Fourcroy publieront une méthode de
nomenclature chimique, ouvrage considéré comme essentiel pour la
clarification et la mise en forme des connaissances en chimie. Un
tableau, résumant les 55 substances connues en six catégories,
mentionnées et commentées, complète cet ouvrage divisé en deux parties
: d’une part les oxydes, acides, bases, sels…et d’autre part les
substances tirées des végétaux et animaux. Un dictionnaire accompagne
l’ouvrage et traite des synonymes. Il faut mentionner toutefois
l’absence de symboles chimiques malgré une tentative de Hassenfratz et
Adet. C'est Berzelius qui introduira un peu plus tard ces symboles
permettant de représenter les composés chimiques. Deux ans plus tard,
Lavoisier publiera Le Traité élémentaire de chimie, un ouvrage capital
où apparaîtront nommément l’hydrogène, l’oxygène et le carbone. En
1792, Richter publie l'Art de la mesure des éléments chimiques et
remarque que les rapports pondéraux d'éléments sont constants dans
certaines familles chimiques et en 1794, Joseph Louis Proust établit la
Loi des proportions définies.
XIXe siècle :
C'est au cours de ce siècle, que la chimie prend véritablement son
essor : théorie atomique de Dalton, lois sur les gaz, hypothèse
d'Avogadro, calcul des poids atomiques, naissance de la chimie
organique, théorie de la valence, chimie structurale et classement des
éléments par Mendeleïev et classification périodique des éléments. A la
fin du siècle, physique et chimie contribuerontà la découverte de la
radioactivité.
l’électrolyse et la découverte de nouveaux éléments :
C’est en 1800 qu’Alessandro Volta invente la pile électrique. Le cérium
est découvert par Wilhelm Hisinger en 1803. En 1804, l’iridium et
l’osmium sont découverts par Smithson Tennant et la même année, William
Wollaston isole le palladium et le rhodium. Les lois de l’électrolyse,
approfondies par William Nicholson et Anthony Carlisle, vont mettre en
évidence la dissociation d’une solution aqueuse acide ou basique sous
l’action de l’électricité. On obtient deux gaz : un volume d’hydrogène
et deux volumes d’oxygène. Ces résultats donnent l’idée à Humphrey Davy
de soumettre à l’électrolyse, non plus des solutions, mais des corps
fondus comme la potasse. Il constate la formation d’un métal :
potassium ou sodium autour d’un des fils. Avec la même méthode il
isolera, en 1808, les métaux terreux : le magnésium, le calcium, le
strontium et le baryum. En 1810, il montre que l’acide marin
déphlogistiqué, ou oxyde muriatique, est un corps simple : le chlore.
L’acide muriatique est l’acide chlorhydrique. En 1834, Michael Faraday
énonce les lois quantitatives de l’électrolyse. Svante August Arrhenius
propose, en 1883, une théorie de l’électrolyse pour interpréter la loi
de Faraday, basée sur l’existence de charges atomiques élémentaires
ions.
les débuts de la chimie organique :
Berzelius la définit en 1808, comme la chimie des êtres vivants,
définition imprégnée de vitalisme. Au départ, c’est la chimie des
dérivés du carbone connus et des substances contenues dans le gaz
d’éclairage. William Murdoch avait mis au point l’éclairage au gaz de
houille en 1792 et 1799. L’éclairage au gaz de bois (thermolampe) avait
été breveté par Philippe Lebon . Le développement urbain de ces
nouvelles techniques avait conduit à la conception d’usines à gaz, de
moyens de stockage et de tuyaux d’acheminement pour la distribution. Le
goudron est un sous produit du gaz d’éclairage qui empêche la
putréfaction du bois et qui est utilisé pour le calfatage des coques de
bateau en bois. Il se présente sous forme d’un liquide visqueux, noir à
forte odeur caractéristique. A l’époque, il existe d’autres substances
organiques : teinture, savon,tannage… En 1802, Fourcroy et Vauquelin
établissent que l’acide formique est un mélange d’acide malique et
d’acide acétique (dont Berzelius établira la formule en 1814). En 1805,
Friedrich Sertürmer isole la morphine, puis en 1817 Joseph Pelletier
l’émétique. Ces découvertes de produits alcaloïdes seront suivies
l’année suivante par la brucine, le strychnine, la colchinine,
substances découvertes par Joseph Caventou et Pelletier qui isoleront,
en 1820, la quinine et la caféine. En 1823, Jean Antoine Chaptal fera
paraître son ouvrage Chimie appliquée à l’agriculture. Faraday découvre
le carbureted hydrogen (C6H6) dans le gaz d’éclairage en 1825. En 1826,
Otto Undervorben isole la crystallin de l’indigo par distillation et
Gay-Lussac extrait l’acide racémique du tartre.
L’année 1828 est importante : Pelletier et Cavendou isolent la nicotine
et Friedrich Wohler réalise la synthèse de l’urée. Il démontre la
possibilité d’obtenir des substances organiques (urée) à partir des
substances minérales (cyanate d’argent et chlorure d’ammonium). La
saliciline est extraite de l’écorce de saule par Pierre Joseph Leroux
en 1829 (le lancement commercial de l’aspirine par Bayer aura lieu en
1899. En 1833, Dumas établit la formule du camphre.
Chevreul et les corps gras :
Chevreul s’intéresse vers 1810 aux matières grasses utilisées dans
l’industrie : savonneries, alimentation, éclairage, textile (ensimage).
En 1813, il montre que l’action d’un alcali sur la graisse de porc
forme un savon et libère de la glycérine. Il montre , la même année, en
faisant agir de l’acide sulfurique dilué sur le savon, que celui-ci est
formé de deux acides : l’un solide (margarine), l’autre liquide
(graisse fluide). La graisse de porc est donc constituée de glycérine,
margarine et graisse fluide. En 1814, il extrait du beurre l’acide
butyrique et des calculs biliaires, la choléstérine. Les acides
stéarique et oléique sont des sels qui sont dissociés par les alcalis
en glycérine et acide et qui se recombinent au métal de l’alcali. Les
sels d’acides gras sont obtenus à partir de la potasse et donnent des
savons mous, alors que ceux obtenus à partir de la soude donnent des
savons durs. En 1817, Chevreul étudie l’acide delphique. Les acides
caprique et caproïques seront caractérisés l’année suivante. En faisant
bouillir des os d’animaux, Braconnot obtient en 1820, par l’action de
l’acide sulfurique dilué sur le gélatine un ‘sucre de gélatine’. Dans
son ouvrage, paru en 1823, Recherches chimiques sur les corps gras
d’origine animale Michel Chevreul effectue un classement des corps gras
rencontrés dans ses travaux. Les glycérides comme la stéarine
(glycérine et acide stéarique) résulteront des combinaisons de
glycérine et d’acides gras. La rupture du lien entre glycérine et
acides gras par l’action de la soude (hydroxyde de sodium) sera appelée
saponification. Il est à noter que tous les corps gras ne sont pas
saponifiables. À la suite de tous ces travaux, dès 1825, les bougies en
stéarine remplaceront les chandelles en suif d’animal.
Chimie quantitative:
Peser des quantités de produits implique l’utilisation de la balance.
Les travaux de Richter sur la stoechiométrie en 1792 et la loi des
proportions définies (1802) reposent sur des pesées entachées
d’incertitudes de précision :dans un corps composé, la teneur en divers
éléments est constante.. John Dalton, en 1804, effectue l’analyse
quantitative du gaz des marais et du gaz oléfiant qui sont tous deux
des composés binaires à base d’hydrogène et de carbone. Il énonce la
loi des proportions multiples : lorsque des composés différents sont
formés des mêmes éléments, les proportions de ceux-ci sont dans un
rapport simple. Cette loi sera complétée en 1805 par la loi de
Gay-Lussac sur les gaz.
John Dalton
La théorie atomique, exposée par Dalton en 1803 dans A new system of
chemical philosophy, suppose que les atomes possèdent une masse bien
déterminée appelée masse atomique que Dalton calcule pour certains
composés. Elle explique particulièrement bien les lois ci-dessus et la
loi de conservation de la masse. Elle aura ses partisans et ses
adversaires (Berthollet). Un système de symboles viendra compléter cet
exposé : le symbole représente un atome, un élément doté d’une masse.
La molécule est représentée par l’association des symboles d’atomes
consécutifs. Le poids atomique sera différent d’un chimiste à l’autre
(7,8,10 par exemple pour l’oxygène). C’est en 1811 qu’Amedeo Avogadro
publie sa théorie du Nombre d'Avogadro : un litre de gaz contient
toujours le même nombre N de particules (atomes pour un corps simple,
molécules pour un corps composé). C’est Joseph Loschmidt qui, en 1865,
tentera le premier une évaluation de N proche de 4.1022. En 1873,
Johannes Van der Waals trouvera N = 6,2.1022. En 1814, Berzelius
utilisera les symboles de Dalton et établira des équivalences entre
atomes. Il utilisera des lettres comme symboles : P (phosphore), S
(sulphur)… et mettra le nombre d’équivalents d’une molécule en notation
exposant. Les formules étaient écrites de la façon suivante : CaCO3 :
CaO, CO2 / CuSO4 : CuO, SO3. Dans ce système dualiste, la première
partie est basique : CaO, CuO sont des oxydes de métaux, le seconde
partie est acide : CO2, SO3 sont des oxydes de non métaux. Lors du
premier congrès international de la chimie qui se déroulera à Karlsruhe
en 1860, Cannizzaro exposera les concepts d’atomes et molécules admis
par la plupart des chimistes. Berthelot, cependant, s’opposera au
réalisme atomique.
Vers la synthèse en chimie organique:
Scheele établit la formule de l’acide tartrique (C2H3O3) en 1830. Celle
de l’acide racémique découverte par Gay-Lussac est la même. Ces deux
acides, que l’on trouve dans le tartre, ont des points de fusion
différents. Berzelius nomme ces corps des isomères. En 1832, Justus von
Liebig établit que l’acide lactique en provenance du lait ou de la
viande a la même formule CH2O .En 1833, Jean-Baptiste Dumas précise la
formule du camphre (C10H16O) et Christopher Zeise celle du mercaptan
C2H6S. La même année, Eilhard Mitscherlich obtient le benzène en
chauffant l’acide benzoïque qui peut être obtenu à partir de la
houille. En 1834, Jean-Baptiste Dumas, en faisant agir l’acide acétique
sur le chlore, met en évidence la substitution partielle de l’hydrogène
par le chlore en acide chloracétique. Il établit la formule du
chloroforme, obtenu par Liebig et Carl Runge. En 1835, Justus von
Liebig et Dumas caractérisent les groupes éthyle et méthyle. En 1836,
Berzelius définit la catalyse. L’aniline est préparée par Carl
Fristsche par distillation de l’indigo. En 1842, John Leigh produit le
nitrobenzène qui redonne l’aniline par l'action du sulfure d’ammonium.
En 1843, Charles Frédéric Gerhardt obtient le bornéol à partir du
camphre.
Les séries homologues, les groupes fonctionnels seront définies entre
1842 et 1850 par Auguste Laurent, la chiralité en 1848 (Louis Pasteur).
En 1855, Charles Adolphe Würtz mettra au point sa célèbre synthèse,
(Réactions de Wurtz et de Wurtz-Fittig) pour la préparation des
hydrocarbures. La synthèse de l’acide formique sera réalisée par
Marcellin Berthelot en 1856. Celle de l’acide salicylique, par Hermann
Kolbe en 1859 à partir du phénate de sodium obtenu par l’action du
phénol sur la soude. En 1864, la synthèse de Rudolf Fittig et Tollens
aboutit au toluène. En 1894, Henri Moissan obtient de l’acétylène à
partir du carbure de calcium.
Structure des composés organiques :
La notion de chaîne carbonée est introduite par Kékulé en 1857 pour
définir les enchaînements d’atomes de carbone dans une molécule. La
représentation de lien interatomique par un tiret est due à Archibald
Couper. Cette représentation, contrairement à la formule brute, conduit
aux formules développées et permet de préciser la disposition des
atomes dans les molécules et la compréhension des mécanismes
réactionnels. En 1860 , Kékulé différencie les corps gras aliphatiques
et les composés aromatiques tels les acides salicylique et benzoïques.
La notion de liaison multiple, due ) à Joseph Loschmidt (1863), permet
d’expliquer l’hydrogénation. L’hydrogénation catalytique sera
développée en 1897 par Paul Sabatier et Senderens. En 1864, August
Wilhelm von Hofmann suggère une nomenclature pour alcanes et alcènes.
C’est en 1865, que Kékulé propose la formule cyclique du benzène. La
tétravalence du carbone est un des principes fondamentaux de la chimie
organique. Cette formule sera revue en 1872 par l’introduction de
liaisons transitoires dans le cycle benzénique. L’isomérie géométrique,
définie en 1863, est étudiée par Joseph Achille Le Bel au cours de
travaux sur l’acide lactique. Il propose une représentation spatiale
des formules des formes lévogyre et dextrogyre. Jacobus Henricus van 't
Hoff complètera ces travaux par la notion de carbone tétraédrique. En
1888, Adolf von Bayer explique l’isomérie des acides malique et
fumarique (qui possèdent des points de fusion différents), par
l’isomérie cis-trans. La stéréochimie, terme de (Victor Meyer),
constitue la façon de représenter ces différents isomères.
Découverte de nouveaux éléments :
La chimie non organique progresse et, dès 1810, Berzelius isole le
silicium de la silice qui forme le quartz, sable que l’on trouve dans
l’argile et dans de nombreuses roches. En 1824, le ciment Portland
complètera le ciment hydraulique de John Smeaton mis au point en 1715 à
base de chaux. En 1808, Gay-Lussac et Louis Jacques Thénard découvrent
le bore. En 1813, Bernard Courtois caractérise l’iode qui sera extraite
du varech par Antoine-Jérôme Balard en 1826. En 1817, Friedrich Stromey
découvre le lithium. En 1828, le glucinium est découvert par Wöhler et
le thorium par Berzelius. Carl Gustav Mosander isole le lanthane en
1839 et l’erbium et le terbium en 1843. Enfin, en 1845, le ruthénium
est découvert par Karl Karlovich Klaus.
Une nouvelle technique, l'analyse spectrale, verra le jour en 1859,
mise au point par Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff qui caractériseront
le césium et le rubidium en 1860. Le thallium sera identifié par
William Hookes en 1861, en utilisant la même méthode. C’est en 1869 que
Mendeleïev classe les 62 éléments connus dans un tableau, tentative
effectuée en 1829 par Johann Wolfgang Döbereiner. La découverte
d’autres éléments continue : en 1875, Lecoq de Boisbaudran découvre le
gallium, puis l’holmium et l’ytterbium en 1878. En 1879, d’autres
terres rares seront répertoriées : le scandium , le samarium, le
thullium, puis le gaddilium en 1880. En 1886, Lecoq de Boisbaudran
isole le dysprosium et Henri Moissan le fluor. La même année, Clemens
Winkler découvre le germanium. A la fin du siècle, Ramsay découvrira
l’argon (1894) et l’hélium (1895) et enfin la découverte des autres gaz
rares (néon, krypton et xénon).
Colorants synthétiques ET caoutchouc:
La synthèse chimique va surtout se développer dans les domaines des
médicaments et des colorants. En 1807, Jean-Antoine Chaptal publie
l’Art de la teinture du coton rouge. En 1838, Alexandre Wosrerenski
obtient la quinone à partir de la quinine. Dès 1842, l’acide picrique
est utilisé dans l’industrie comme colorant synthétique. En 1849,
l’essence de térébenthine est à la base du ‘nettoyage à sec. La
pyridine est obtenue par distillation du goudron de houille par (Thomas
Anderson). William Henry Perkin réussit à obtenir du pourpre d’aniline
ou mauvéine en traitant l’aniline par le bichromate de potassium. Le
rouge d’aniline ou fuschine sera fabriqué un peu plus tard. La société
Bayer sera créée en Allemagne en 1863, puis la BASF en 1865. En 1867,
la formule du naphtalène extrait du goudron de houille est établie. La
synthèse de l’alizarine (1868) sera industrialisée par BASF en 1870 par
Carl Graebe est réussie en 1875 par Friedrich Tiemann. La théorie des
colorants avec les groupements chromophores et auxochromes sera
l’œuvre, en 1876, de Otto Nikolaus Witt. En 1875, Ramsay réalise la
synthèse de la pyridine. Enfin, Adolf von Bayer met au point la
synthèse de l’indigo en 1879 que BASF commercialise en 1897.
En ce qui concerne le caoutchouc, l’invention du pneumatique en 1888
(Dunlop) débouchera vers une fabrication industrielle par Michelin en
1889 puis Goodyear.
Métallurgie :
Un nouveau métal, l’aluminium est découvert par Wöhler en 1827. Les
mécanismes et réactions survenant dans un haut-fourneau pour produire
de l’acier sont de mieux en mieux comprises : carburation, affinage. En
1826, Henry Bessemer invente un nouveau convertisseur qui sera complété
en 1878 par un nouveau procédé de production (acier Thomas). C’est à
cette époque que les aciers spéciaux au manganèse sont mis au point par
Robert Hadfield. En 1863, l’étude de la trempe conduit à la
métallographie et à la caractérisation de cémentite et de ferrite. La
structure de la martensite des aciers trempés par Floris Osmond sera
étudiée en 1890.
En 1860, l’invention du pyromètre à thermocouple par Henri Le Chatelier
permettra la mesure de températures élevées. Il faudra attendre 1886
pour que Paul Héroult produise l’aluminium par
électrolyse.
Rayons cathodiques, rayons X et radioactivité:
La nature des rayonnements cathodiques dans un tube de Hittorf est
approfondie par William Crookes en 1886. Ce sont des rayons de nature
corpusculaire appelés électrons, dès 1891, par George Stoney et
reconnus expérimentalement comme tels par Jean Perrin en 1895. Ces
rayons cathodiques sont constitués de particules négatives électrisées
pouvant se mouvoir dans le vide et subissant l’action des champs
électriques et magnétiques.Joseph John Thomson parvient , par des
mesures de déviations de trajectoire, à déterminer le rapport entre la
charge électrique e de l’électron (1,602.10-19 C). et sa masse m
(9,109.10-31 kg) qui représente environ 1/2000 ième de celle de l’atome
d’hydrogène. Ces découvertes et mesures, plutôt du domaine de la
physique, conduiront au modèle d’atome de Thomson et effaceront les
doutes sur l’existence des atomes formulés au premier Congrès des
chimistes de 1860. Vers les années 1890, on remarque que des rayons
cathodiques frappant le verre d’une ampoule provoquent un fluorescence
du verre. Wilhelm Röntgen constate, en 1895, en plus de la fluorescence
observée, la présence d’un nouveau rayonnement invisible , énergétique
et pénétrant, capable d’impressionner une plaque photographique
entourée de papier noir. Ces mystérieux rayons X seront utilisés en
radiographie car ils traversent la sulfate double d’uranium et de
potassium émettent un rayonnement semblable aux rayons X : les atomes
d’uranium, quel que soit le composé dans lequel il se trouvent,
émettent des ‘rayons uraniques’, phénomène différent de la fluorescence
provoquée par les rayons X. Cette activité particulière des atomes
d’uranium, émission continue d’énergie, est appelée ‘radioactivité’ par
Pierre Curie et Marie Curie en 1898, après mesure de l’ionisation
produite par les rayons uraniques au moyen d’un électroscope. C’est à
l’aide de cet instrument qu’ils découvriront qu’un échantillon de
pechblende possède une radioactivité élevée due, non pas à l’uranium
seul, mais au polonium et au radium, deux éléments nouveaux contenus
dans le minerai. En 1899, Ernest Rutherford montrera que les ‘rayons
uraniques’ se composent de deux rayonnements distincts : rayons alpha
et rayons bêta. Il découvre aussi la radioactivité du thorium. La même
année, André Debierne, trouve l’actinium, un nouvel élément radioactif.
En 1923, l’émanation du radium, elle même radioactive, sera appelée
radon. Un rayonnement, plus pénétrant que les rayons X, est émis par le
radium et observé par Paul Villard en 1900 qui le nomme ‘rayon gamma’.
Le XIXe siècle s’achève donc sur le début de la chimie des rayonnements
: alpha, bêta, gamma, X et sur la découvertes de nouveaux éléments
radioactifs qui feront l’objet de recherches approfondies.
Prix Nobel de chimie Gagnants 2008-1999
2008 OSAMU SHIMOMURA, MARTIN CHALFIE et ROGER Y TSIEN pour la
découverte et le développement de la protéine fluorescente verte, la
GFP.
2007 Le prix est de: GERHARD ERTL pour ses études de procédés chimiques sur les surfaces solides.
2006 Le prix est de: Roger D. Kornberg pour ses études sur les bases moléculaires de la transcription eucaryotes.
2005 Le prix est décerné conjointement à: Yves Chauvin, Robert H.
Grubbs et Richard R. Schrock pour le développement de la méthode de la
métathèse en synthèse organique.
2004 Le prix est décerné conjointement à: AARON CIECHANOVER, AVRAM
HERSHKO, et Irwin Rose pour la découverte de l'ubiquitine-mediated
protein degradation
2003 Le prix est décerné
our des découvertes concernant des canaux dans les membranes cellulaires
avec la moitié du prix pour: Peter Agre, de la découverte des canaux à eau
et l'autre moitié du prix pour: Roderick MacKinnon pour des études structurelles et mécanistiques de canaux ioniques.
2002 Le prix est décerné
pour le développement de méthodes d'identification et des analyses de structure de macromolécules biologiques
avec la moitié conjointement à: JOHN B. Fenn, Koichi Tanaka et, pour
leur développement de désorption-ionisation par impact des méthodes
douces pour l'analyse par spectrométrie de masse des macromolécules
biologiques et l'autre moitié à: Kurt Wüthrich pour son développement
de la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire pour déterminer
la structure tridimensionnelle de macromolécules biologiques en
solution.
2001 Le prix est décerné conjointement avec la moitié de:
WILLIAM S. KNOWLES, et Ryoji Noyori, pour leurs travaux sur les réactions d'hydrogénation catalysées chirally
et l'autre moitié à: K. Barry Sharpless pour ses travaux sur la catalyse des réactions d'oxydation chirally.
2000 Le prix est décerné conjointement avec la moitié de:
Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid et Hideki Shirakawa pour la découverte et le développement de polymères conducteurs.
1999 Ahmed Zewail pour ses études de la transition de réactions chimiques en utilisant la spectroscopie femtoseconde
Robert Boyle, père de la chimie moderne
L'histoire de la chimie est intrinsèquement liée
à la volonté de l'Homme de comprendre la nature et les propriétés de la
matière, plus particulièrement la façon dont celle-ci se transforme.
L'histoire de la chimie débute avec la découverte du feu qui est la
première source d'énergie utilisée par l'homme pour améliorer son
quotidien; éclairage, chauffage, cuisson des aliments etc. La maitrise
du feu a permis de réaliser les premières transformations contrôlées de
la matière, notamment la fabrication du verre et de céramique mais
également d'alliages métalliques. L'histoire de la chimie est également
marquée par les nombreuses tentatives pour développer une théorie
cohérente de la matière parmi lesquels on peut citer les théories
atomique de Démocrite et des éléments d'Aristote pendant la période
antique ou le développement de l'alchimie au Moyen Âge. La chimie ne se
distinguera de cette dernière que vers le XVIIe siècle, notamment par
les travaux de Robert Boyle qui applique la méthode scientifique à ses
expériences. La publication de son célèbre Sceptical Chemyst en 1661
est d'ailleurs souvent considéré comme le point de départ de la chimie
moderne. Plus tard, les travaux de Lavoisier sur les lois de la
conservation de la masse contribueront à placer définitivement la
chimie au rang de science. Actuellement l'interdisciplinarité dans le
monde scientifique fait qu'il est parfois difficile de différencier
l'histoire de la chimie de celle de la physique ou des sciences de la
vie telle que la biochimie.
Préhistoire :
Les fondements de la chimie doivent être mis en rapport avec la
découverte par l'homme du feu à l'époque paléolithique, 400000 ans
avant notre ère, et qui s'achève à la fin de la dernière période
glaciaire, 8 000 ans avant notre ère. Outre le fait qu'il permit à
l'homme de se chauffer et de cuire ses aliments, le feu peut aussi être
considéré comme la première source d'énergie utilisée par l'homme.
Cette énergie lui permit tout d'abord de transformer ses aliments
(cuisson des aliments) mais également de réaliser de nouveaux matériaux
comme des poteries par cuisson de l'argile. Le charbon de bois est
également utilisé comme pigment dans les peintures préhistoriques dans
les grottes ou les abris sous roche. Il sera par la suite également
utilisé comme combustible.
Peu à peu, l'attention des hommes semble avoir été attirée par
certaines roches ou pierres colorées : l'ocre rouge (oxyde de fer
extrait des argiles à hématite), l'ocre jaune (oxyde de fer extrait des
argiles à goethite et limonite), pierres bleues ou vertes (carbonates
de cuivre, azurite ou malachite), pierres violettes à base d'oxyde de
manganèse (manganite, pyrolusite).
Il y a 10 000 ans, le bitume naturel est exploitée par les peuples du
Moyen-Orient pour ses nombreuses propriétés. Il est utilisée en tant
que matière première pour la conception de bâtiments.
Antiquité :
Le début de l'Antiquité voit les débuts de la métallurgie
(paléométallurgie), c'est-à-dire l'extraction par l'homme des métaux à
partir des minerais présents dans la nature, généralement sous forme de
sels. Ces métaux seront ensuite retravaillés et utilisés soit sous
forme pure soit en tant qu'alliage.
• Or : utilisé à l'état natif depuis les débuts de l'Antiquité. Métal
inaltérable et de très faible réactivité chimique il n'a, durant cette
période, fait l'objet d'aucune transformation chimique. Considéré alors
comme un métal parfait, il revêt une valeur monétaire et artistique
importante
• L'argent : présent à l'état natif sous forme d'alliage avec l'or (électrum). Il peut également être extrait de la galène
• Le cuivre : il a pu être trouvé à l'état natif mais également sous
forme impure dans la malachite. Son commerce pendant l'Antiquité sera
une importante source de richesse
• Le bronze : premier alliage fabriqué par l'homme. L'étain qui entre
pour 10% dans sa composition était à l'époque très abondant. Le bronze
apparait aux alentours de l'an -3000 (Âge du bronze) et sera tout
d'abord utilisé dans la fabrication d'armes.
• Le fer : Il aurait été découvert il y a environ 3 800 ans en Anatolie
par les Hittites. Ses premières utilisations, également pour des
applications militaires, datent de 2500 avant J-C. Sa domestication est
plus tardive car plus difficile. Le fer n'existe pas à l'état natif
(mis à part le fer provenant de météorite). Pour l'obtenir il est
nécessaire de réduite les oxydes de fer à l'aide de charbon de bois.
L'homme s'aperçût alors que l'ajout d'une certaine quantité de carbone
rendait le fer plus tranchant et plus résistant. Ce fut l'apparition du
premier acier
• Le laiton : alliage constitué de cuivre et de zinc. Il apparait vers
1000 av. J.-C. ; on en a notamment retrouvé dans des pièces romaines.
• Le bitume et l' asphalte naturels servaient de mastic pour étanchéité
(imperméabilité) pour la confection de coupes et de statuettes et pour
cimenter les briques.
Égypte :
Les Égyptiens savent extraire le fer de ses minerais. Ils auraient
inventé le verre il y a environ 3 800 ans à partir du sable du désert
et du natron chauffés au four jusqu'à fusion auxquels on ajoute souvent
de la chaux. Les Égyptiens connaissent aussi la fermentation qui leur
permet de produire de la bière. Ils fabriquent des colorants (indigo,
cinabre), utilisés notamment pour les fards (malachite).
Chine :
Fabrication de la porcelaine.
Grèce :
On sait que les Minoens grillaient la pyrite (FeS2) pour l'utiliser comme minerai de fer.
• Certains historiens des sciences considèrent Thalès de Milet comme le
fondateur de la chimie: la matière est constituée d'eau. Pour son
disciple, Anaximène de Milet, l'élément primordial est l'air qui
devient feu par dilatation, puis vent.
Un peu plus tard, Xénophane de Colophon propose la terre comme racine
de toute chose. (C'est à cette époque que l'art de la poterie grecque
est renouvelé par des motifs rouges sur fond noir ou noirs sur fond
rouge). Pour Héraclite, le feu est à l'origine des choses.
• Pour Empédocle il existe quatre éléments de base : l'eau, l'air, le
feu et la terre qui s'attirent ou se repoussent. Nous apprenons par cet
auteur que le rouge carmin, utilisé pour teindre le lin, était obtenu à
partir d'insectes (les cochenilles). Platon reprend plus tard cette
théorie en associant ces quatre éléments à des formes géométriques
reliées à des nombres de triangles. Ainsi le feu est associé au
tétraèdre (4 triangles équilatéraux) qui a les arêtes les plus pointues
(d'où le fait qu'il pique), la Terre au cube (24 triangles rectangles
isocèles signe de stabilité), l'Air à un octaèdre (8 triangles
équilatéraux) et l'Eau à un isocaèdre (20 triangles équilatéraux).
Aristote, élève de Platon, reprendra le modèle des quatre éléments en
leur associant 4 qualités : l’humide, le sec, le chaud et le froid.
Chacun des éléments est alors décrit comme l’association de 2 qualités
(par exemple : le feu est une combinaison des qualités sec et chaud).
Les écrits d'Aristote seront traduits en arabe et, plus tard, traduits
en latin par Thomas d'Aquin et Roger Bacon. Le médecin Galien
introduira par après les quatre humeurs (sang, phlegme, bile jaune et
bile noire) comme une combinaison des qualités d’Aristote. La médecine
de Galien restera une référence pendant l’Antiquité et tout le Moyen
Âge.
• Le philosophe Anaxagore voit le monde en perpétuel changement, sans
création ni destruction de matière mais avec des réarrangements des
particules élémentaires.
• Leucippe puis Démocrite pensent que la matière est composée d'entités
élémentaires, les atomes. Cette théorie atomique, divulguée par Épicure
et Lucrèce, servira de base à l'alchimie. Les atomes crochus assurent
la cohésion de la matière tandis que les atomes ronds expliquent la
fluidité des liquides.
• Vers 40 après J.-C., un médecin grec, Dioscoride, mentionne le soufre
dans ses écrits ainsi qu'une poudre blanche obtenue par calcination de
certaines pierres servant à produire l'orichalque.
Rome :
Vers 30 avant J.-C., Vitruve, dans son ouvrage traitant des matériaux
et techniques de construction Architectura, cite plusieurs matériaux
dont la chaux, le ciment romain, l'ocre, l'orpiment, la pourpre, la
garance, le pastel… Pline l'Ancien, dans son Histoire naturelle,
récapitule les substances chimiques connues à son époque dont le
soufre, le naphte, le gypse. D'autres substances, connues bien avant
les Romains, sont mentionnées dans des documents comme les papyrus de
Leyde et de papyrus de Stockholm, les lapidaires (données sur les
pierres précieuses) et des ouvrages de (Zosime de Panapolis).
En plus des substances citées antérieurement, nous trouvons:
• le cristal de roche ou quartz utilisé par les Romains pour la fabrications de loupes.
• la pierre de magnésie susceptible d'exercer une action sur le fer.
• l'alun.
• le sel de Cappadoce.
• la fleur de cuivre (chalcanthon) ou vitriol.
• le vif-argent ou argent liquide qui forme facilement des amalgames avec les métaux.
• le nitre ou salpêtre de couleur blanche, soluble dans l'eau.
• la litharge ou l'orpiment employé dans les alliages pour remplacer l'or, trop onéreux.
Parmi les techniques connues, citons le bain-marie et la distillation
qui fournit divers esprits (produits légers) et des huiles (produits
lourds, moins volatils). L'esprit de naphte et l'huile de naphte
étaient, à titre d'exemple, obtenus par distillation du naphte).
Naissance de l'alchimie :
• L'alchimie naît à Alexandrie vers le IXe siècle av. J.-C.. Les
alchimistes cherchent à fabriquer à partir de métaux divers le métal
parfait qu'est l'or. L'objectif est la fabrication de la pierre
philosophale qui transmute les métaux en or et permet la préparation de
la panacée ou remède universel. L'alchimie est aussi une recherche
spirituelle et demande une initiation à ses secrets. Les corps sont
classés en solides, liquides et vapeurs et selon leur couleur. Ils
interagissent suivant des notions de sympathie et d'antipathie. Cette
philosophie repose sur la théorie des quatre éléments de Platon
complétée par l'introduction de la quintessence (la 5e Essence ou le
cinquième élément).
• Soufre, mercure et sel: le soufre et le mercure sont issus de
l'alchimie arabe et le sel de Paracelse. Au soufre se rattache tout ce
qui est chaud, dur et masculin; au mercure tout ce qui est froid,
féminin; quant au sel il assure le cohésion du soufre et du mercure
lors de leur union.
Moyen Âge :
Civilisation arabe :
• La civilisation arabo-musulmane compte des alchimistes brillants dont
Jabir Ibn Hayyan et Abu Bakr Mohammad Ibn Zakariya al-Razi. En
cherchant de l'or, ils travaillent sur d'autres matières comme par
exemple l'acide nitrique et perfectionnent la distillation.
Occident :
Bases de l'alchimie :
Albertus Magnus, fresque 1332, Trévise.
• L'alchimie arrive en Europe avec les traductions des textes arabes.
De nombreux termes (comme alcali par exemple) seront d'ailleurs repris
directement de la langue arabe. Par ailleurs, en raison de la grande
peste qui sévit alors, l'alchimie prétend améliorer la santé par des
potions ou remèdes à base de substances chimiques connues. En 1317, le
pape Jean XXII à Avignon, réagit contre les fraudes dans les monnaies
et les faux métaux contenant de l'or.
• Il existait au début du Moyen Âge une relation importante entre
l'alchimie et l'astrologie. À cette époque, sept métaux étaient connus
(Au, Ag, Cu, Fe, Sn, Pb, Hg) et l'astrologie comptait sept planètes (en
incluant le Soleil et la Lune). La liaison s'établissant ainsi :
• Soleil - l'or (Au)
• Mercure - le mercure (Hg)
• Vénus - le cuivre (Cu)
• la Lune - l'argent (Ag)
• Mars - le fer (Fe)
• Jupiter - l'étain (Sn)
• Saturne - le plomb (Pb)
Certaines expressions du langage datent de cette époque. Par exemple,
le saturnisme désigne une intoxication au plomb. Il convient également
de signaler, au XXe siècle le clin d'œil par des scientifiques lors de
la découverte d'éléments radioactifs qui furent nommés uranium,
neptunium et plutonium en rapport avec le nom des trois planètes
uranus, neptune et pluton alors inconnues au Moyen-Âge. Robert
Grossetête et Roger Bacon, qui prône l'expérimentation comme méthode de
travail pour les chimistes, sont représentatifs de cette
époque.Albertus Magnus (Albert le Grand), moine dominicain, était un
chimiste et alchimiste apprécié. C'est lui qui isola pour la première
fois l'arsenic.
Les recettes :
Beaucoup d'expériences de transmutation débouchèrent sur des recettes
métallurgiques et sur la préparation de nouveaux composés :
• le vitriol: H2SO4 (acide sulfurique)
• l'eau forte: HNO3 (acide nitrique)
• l'esprit de sel: HCl (acide chlorhydrique)
• le vitriol de lune: Ag2SO4 (sulfate d'argent)
• les cristaux de Vénus: Cu(NO3)2 (nitrate de cuivre)
• la poudre noire. (mélange déflagrant de salpêtre (du latin salpetrae
signifiant "sel de pierre"), de soufre, de charbon de bois)
• l'esprit de vin à plusieurs degrés d'alcool. (éthanol)
• l'eau régale capable de dissoudre l'or. (mélange d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique 1:3)
Aucun progrès théorique dans ces recettes ésotériques qui sont souvent
des recopies d'ouvrages antérieurs, mais un développement notable de
l'instrumentation et des manipulations.
Chine et Orient :
• Invention de la poudre à canon par les chinois au Xe siècle de notre
ère. qui sera remplacée à partir de 1847 par la nitroglycérine par
Ascanio Sobrero.
Renaissance et XVIe siècle :
La Renaissance est une réaction intellectuelle contre l'état de fait et
le pouvoir ecclésiastique (Galilée, la Réforme avec Calvin et Luther,
Concile de Trente, guerres de religion…). En effet, jusqu'à cette
période, la recherche d'une explication autre que divine aux phénomènes
naturels est interdite jusqu'à l'héliocentrisme de Nicolas Copernic
(1473 - 1543). Cette période est celle de l'humanisme, mais les anciens
auxquels on se réfère, commencent à être tenus une certaine distance.
La chimie va se détacher progressivement de l'alchimie, Andreas
Libavius, par exemple, est un alchimiste représentatif de cette époque.
Paracelse :
Paracelse, par sa pratique de la médecine et ses recherches sur les
médicaments (iatrochimie), est considéré comme le précurseur de la
chimie moderne tout en se référant à la théorie des quatre éléments et
au vitalisme. Il met en évidence, pour des raisons thérapeutiques, le
soufre et le mercure. D'autres métaux comme l'arsenic, l'antimoine et
le bismuth seront mentionnés dans les ouvrages de médecine de la
Renaissance. Une polémique naîtra sur la toxicité ou non des remèdes
contenant de l'antimoine. Avec Vésale, on distinguera la pharmacie
chimyque (laboratoire) de la pharmacie ordinaire (herbes médicinales).
De nombreux instruments de manipulation: spatules, appareils de
distillation, alambics, cornues...ont été inventés dans les
laboratoires des alchimistes.
les ingénieurs :
Les nouvelles idées sont véhiculées par des traductions d'ouvrages
issus du grec ou de l'arabe, l'imprimerie contribuant à la diffusion du
savoir. De nombreux minéraux, végétaux et animaux sont ramenés des
voyages par les grands navigateurs Vasco de Gama, Christophe Colomb,
Magellan, Jacques Cartier, Francis Drake. Cette révolution scientifique
en Occident conduit à développer l'esprit d'expérimentation allié aux
techniques de calcul (l'algèbre de Raphaël Bombelli paraît en 1572)
dans les laboratoires et les premières usines. Les besoins militaires
(artillerie, canon, poudre noire…) vont favoriser de façon importante
le développement des mines et la production de métaux et d'alliages.
C'est donc la quantification par le biais des instruments de mesure qui
caractérise le plus la Renaissance: mesures de pression, de température
(invention du baromètre par Evangelista Torricelli (1643),
thermomètre)… C'est le temps des ingénieurs. Bernard Palissy (1499 -
1589) se spécialise vers 1463 dans la production d'émaux et de faïence.
En 1540, Vannoccio Biringuccio, qui publie De la pirotechnia libri, est
le précurseur de la pyrotechnie.
Agricola :
Georgius Agricola
Georg Bauer dit Agricola (1494 - 1555) fonde la chimie métallurgique et
définit plus précisément métaux et alliages : il étudie plus
particulièrement la galène, la blende et mentionne le zinc et le
bismuth. Son principal ouvrage posthume, (De Re Metallica), qui paraît
en 1556, est un traité de métallurgie comportant des précisions sur la
production de vitriol vert dont l'huile est particulièrement corrosive.
Le charbon de bois, employé jusqu'ici pour le chauffage des minerais
sera progressivement remplacé par le charbon de terre (houille). En
1546, il publie De natura fossilium, premier traité de minéralogie (le
terme minéralogie sera mentionné par Bernardo Cesi en 1636) .
XVIIe siècle :
Les métiers de ce siècle (teinturiers, apothicaires, mineurs,
métallurgistes, distillateurs, ingénieurs militaires…) sont
représentatifs de l'esprit scientifique de l'époque. Il n'y a pas de
percée théorique en chimie (contrairement à la physique : Descartes,
Newton, Leibniz), malgré le grand nombre d'ouvrages scientifiques (voir
par exemple Johannes Hartmann), d'expériences et de découvertes qui se
succèdent. L'alchimie en déclin laisse place à la théorie du
phlogistique et à la chimie pneumatique.
Atomisme et phlogistique :
Pierre Gassendi (1592 - 1655) reprend en 1624 les théories atomiques de
l'Antiquité et précise la notion d'atome et en 1620, Francis Bacon, qui
publie Novum Organum, prend parti pour l'atomisme. Georg Ernst Stahl
(1659 - 1734) nomme phlogistique (du grec phlogiston, la terre
inflammable). En 1630, Jean Rey (1583 – 1645), médecin, constate avant
l'heure, qu'un métal chauffé à l'air forme une chaux (oxyde) plus
lourde que le métal ce qui pose question dans le cadre de cette
théorie. Vers 1680, Johann Joachim Becher (1635 - 1682), écrit que les
corps combustibles et les métaux sont composés de terres vitrifiables,
inflammables (qui se dégagent par combustion) et mercurielles. Newton,
qui est alchimiste en plus d'être physicien, pense qu'il existe des
forces entre les particules, comparables aux forces de gravitation. En
recherchant la pierre philosophale, Hennig Brandt obtiendra en 1669 le
phosphore par distillation de l'urine humaine.
Les gaz :
Jan Baptist van Helmont (1577 - 1644) différencie les gaz et
caractérise le gaz sylvestre (CO2). C'est à l'issue d'expériences, et
non d'intuitions, qu'il énonce ses résultats. Il obtient, par exemple,
le gaz sulfureum par combustion du soufre et constate qu'il forme avec
l'eau l'oléum sulphuris. Par ailleurs, on sait à l'époque que le gaz
sylvestre peut être obtenu par diverses méthodes: action du vinaigre
sur le calcaire, combustion du charbon, fermentation du raisin… En ce
qui concerne le vinaigre, Johann Rudolf Glauber découvre que le
vinaigre de vin et le vinaigre de bois sont de même nature. Il fonde,
en 1850, à Amsterdam une usine chimique de savon et de verre. Après la
mise au point du verre de cristal au plomb en 1676, l'art de la
verrerie est étudié par Johannes Kunchel en 1689 et Jean Haudicquer de
Blancourt en 1697. En 1662, Robert Boyle (1627 - 1691) établit la loi
des gaz à température constante et publie The Sceptical Chymist et en
1676, Edme Mariotte fait paraître en 1679 son essai sur l'air et
complète la loi des gaz de Boyle.
Un traité de chymie :
En 1675, Nicolas Lémery publie le premier grand traité de chimie. La
nature est divisée en minéraux, végétaux et animaux. La théorie des
sept métaux et l'absence de symboles fait apparaître la chymie plus
comme un art que comme une science. Il introduit la notion de mixte
(mélange) et de corps dont les éléments ne peuvent être chimiquement
séparés. Il définit les acides (huile de vitriol, eau régale, eau
forte), les vitriols, les alcalis (bases) et les sels.
XVIIIe siècle :
Ce siècle connaîtra la multiplication des laboratoires et des
publications scientifiques. Les manufactures et usines vont prendre
leur essor et une multitude de nouvelles substances vont apparaître. De
nouveaux thèmes d'études, comme la combustion, la calcination
(transformation du calcaire en chaux) et la réduction des minerais
(cassitérite en étain, galène en plomb), la respiration des végétaux...
seront approfondis. la chimie va devenir une science comme en
témoignent les ouvrages de Pierre Joseph Macquer éléments de chymie
théorique (1749), Dictionnaire de Chymie (1766) et d'Antoine Baumé,
Maître apothicaire de Paris, Chymie expérimentale et raisonnée 3 tomes
(1773), avant d'attendre Lavoisier et son traité élémentaire de chimie
(1789) et la loi de conservation de la masse. L'alchimie est toujours
aussi populaire et revêt même un caractère spectaculaire et mercantile
(Giacomo Casanova).
Retour sur le phlogistique :
Georg Ernst Stahl, qui effectue un certains nombres de travaux sur la
combustion, publie Zymotechnia fundamentalis en 1697, suivi de
Fundamenta Chymiae dogmatica et experimentalis en 1723. Il constate
que, lorsqu'on chauffe un métal, celui-ci donne de la chaux, qui
elle-même chauffée en présence de charbon, redonne le métal initial. Il
en déduit que le principe combustible présent dans le métal s'échappe
de celui-ci lors de sa calcination et est libéré avec la flamme. De
même, le charbon de bois réduit le minerai car il contient, lui aussi,
le même principe combustible, le phlogiston ou phlogistique qui doit
être considéré comme un élément parmi les autres. La cendre de bois,
par exemple, est du bois déphlogistiqué par combustion. Cette théorie
est officiellement diffusée par Rouelle en 1742
La chimie pneumatique ou chimie des gaz :
À la suite de diverses expériences sur les animaux, on se pose la
question de savoir si la digestion est une opération mécanique de
broyage ou une transformation chimique comme le pensent les chimistes.
Stephen Hales montre en 1727 que l'air est nécessaire à la croissance
des plantes par l'intermédiaire des feuilles. Il invente, pour son
expérience, la cuve à eau qui sera à la base de bien des
expérimentations. C'est avec ce procédé que Joseph Black observe la
calcination de la chaux. En 1757, il mettra en évidence l'air fixe (
c'est le gaz sylvestre de Van Helmont ou anhydride carbonique) en
montrant que l'action d'un acide sur le calcaire donne un gaz qui
trouble l'eau de chaux. (Un chimiste, Joseph Jacquin, remarquera que le
poids de chaux obtenu après calcination est inférieur au poids de
calcaire avant chauffage…). Black note aussi que le calcaire, attaqué
par un autre acide, donne lieu à un dégagement de « gaz des métaux ».
Une des limites de l’utilisation de la cuve à eau était la difficulté
de mettre en évidence certains gaz plus ou moins solubles dans l’eau.
Priestley, en 1792, utilise le mercure à la place de l’eau dans ses
expériences sur l’air. Il obtient, en 1774, par calcination à l'aide
d'une lentille du rouge de mercure (HgO), un gaz, qu’il nomme air
déphlogistiqué, qui sera appelé plus tard oxygène, qui permet la
respiration et entretient la combustion.
Découverte d’autres gaz :
En 1765, Cavendish isole l'air inflammable (hydrogène). Trois sortes
d’air sont connus à l’époque d’Henry Cavendish : l’air normal ou
atmosphérique, l’air des métaux (ou air inflammable car il entretient
la combustion) et l’air fixe (qui, au contraire, arrête la combustion).
En mesurant la densité de ces trois gaz vers 1765, Cavendish établit
que l’air fixe est plus lourd que l’air atmosphérique et l’air
inflammable, que Cavendish assimile au phlogistique beaucoup plus
léger. Pour réaliser cette expérience, il se sert d’un
eudiomètre.Daniel Rutherford découvre, en 1772, un autre gaz qu’il
nomme air phlogistiqué ou air nuisible (azote). En résumé , le
phlogistique est reconnu comme l’air inflammable,l’air déphlogistiqué
trouble l’eau de chaux alors que l’air phlogistiqué ne la trouble pas.
En 1772, Priesley isole l'air nitreux (oxyde azotique,l'air d'acide
marin (gaz chlorhydrique) et l'air nitreux peroxyde d'azote et l'air
vitriolique (anhydride sulfureux).
Tout ceci va rester confus et la théorie du phlogistique va subsister
jusqu’à Lavoisier. Scheele découvre en 1773, l'acide marin
déphlogistiqué (ou esprit de sel) en faisant agir l'acide muriatique
sur la pyrolusite. Ce produit, étudié par Berthollet sera
ultérieurement utilisé en 1785 pour le blanchiment du linge et la
production d'eau de javel. En faisant agir de nouveau l'acide
muriatique sur un mélange intime de soufre et de limaille de fer qu'il
enflamme, Scheele obtient un gaz encore inconnu caractérisé par une
forte odeur d'œufs pourris qu'il nomme air de soufre. En 1777, Pierre
Bayen (1725 - 1798) contestera, avant Lavoisier, la théorie du
phlogistique.
Les acides et les bases :
Le concept d’acide prend progressivement forme au cours du XVIIIe
siècle. On distingue les acides en provenance du non vivant. Ce sont :
l’acide acétique ou vinaigre, l’acide sulfurique ou huile de vitriol,
l’eau-forte (ou acide nitrique) obtenu à partir de salpêtre, l’acide
muriatique ou esprit de sel et les acides phosphorique et benzoïque (à
partir du benjoin).
Certains acides commencent à être extraits du vivant ; il sont, pour la
plupart, issus des travaux de Scheele à partir de 1760. Citons, dans
l’ordre chronologique, l’acide tartrique à partir du tartre (1769),
l’acide urique à partir des calculs urinaires (1776), l’acide lactique
à partir du lait (1780), l’acide citrique à partir du citron (1784),
l’acide malique à partir des pommes (1785), l’acide gallique à partir
des noix de galle(1786), l’acide oxalique à partir du sucre et de l’eau
forte (1784). Il en est de même de l’acide fluorhydrique à partir
d’huile de vitriol et de fluorine et de l’acide prussique obtenu par
l’action de l’acide sulfurique sur un colorant, le bleu de Prusse.
En ce qui concerne les bases, nous savons que Lavoisier utilisait la
potasse (ou alcali végétal) et la soude (alcali marin) . L’ammoniaque
(alcali volatil) et le natron étaient également connus.
Métallurgie et chimie industrielle :
De nouveaux métaux sont découverts : le cobalt par George Brandt en
1735. En 1751, Alex Frederik Cronsted découvre le nickel. Le manganèse
est extrait de la pyrolusite en 1780 (Johann G.Gahn) et le molybdène
est découvert en 1782. (Jacques Hjelm). La découverte du tungstène
surviendra l’année suivante. En 1791,William Gregor découvre le titane
et Jean gadolin l’yttrium. En 1797, Nicolas Vauquelin caractérise le
chrome et le tellure est découvert en 1798 par Martin H.Klaproth.
Dans le domaine de la métallurgie, le charbon de bois est remplacé
progressivement par le coke que l’on chauffe pour obtenir de l’acier à
partir de la fonte. C’est à cette époque que Benjamin Hunstmann invente
l’acier au creuset. En 1743, une fonderie de zinc est créée à Bristol.
Les travaux de Lavoisier permettront une meilleure connaissance des
métaux et des minerais qui se présentent sous la forme d’oxydes
(cassitérite, hématite…) que l’on chauffe en présence de charbon comme
dans les hauts-fourneaux. Le charbon joue à la fois le rôle d’oxydant
et de réducteur. Pour les sulfures, comme la blende, on effectue un
grillage dans un courant d’air, de telle sorte que l’oxygène oxyde le
métal alors que l’anhydride sulfureux se dégage.
Le début de la chimie industrielle est caractérisé par le procédé de
fabrication d’acide sulfurique (huile de vitriol) des chambres de plomb
mis au point par John Roebuck.
Antoine Lavoisier:
Portrait de Monsieur Lavoisier et son épouse, par Jacques-Louis David
C’est en 1765, que Antoine Lavoisier publie ses travaux sur le gypse.
Ses études sur la combustion le mènent à la conclusion que l’air
déphlogistiqué est de l’oxygène. Lors de la combustion, un combustible
nécessite de l’oxygène alors que le résultat de la calcination est une
chaux (oxyde) moins de l’oxygène. Cette nouvelle théorie du
phlogistique est publiée en 1777 et approfondie en 1785. Lors de la
combustion du phosphore dans l’air, Lavoisier constate la formation
d’un gaz résiduel qu’il nomme mofette atmosphérique et qui correspond à
l’air phlogistiqué caractérisé par Rutherford en 1772. Il établit que
l’air atmosphérique est composé de 20% d’oxygène et de 80% de mofette.
Il précise également , dans son expérience sur la décomposition de
l’eau (dont la synthèse eudiométrique sera effectuée par Cavendish),
que celle-ci est un mélange d’air inflammable (hydrogène) et d’oxygène.
Au vu de ces résultats, il sera définitivement admis, en 1785, que ni
l’air ni l’eau sont des éléments simples. L'ancienne Chymie disparaît
malgré quelques erreurs comme la lumière et le calorique considérés
comme éléments.
Affinités et nomenclature :
Au début du siècle, on tente de comprendre comment les corps ou
éléments chimiques peuvent s’attirer les uns vers les autres. Un
premier début d’explication est tenté, en 1718, par Geoffroy. Les
éléments connus à l’époque sont classés dans une table des différents
rapports ou affinités dont l’idée sera reprise en 1761 par Christlieb
Gellert, puis, la même année, par Jean-Philippe de Limbourg dans une
nouvelle table des affinités chymiques. Karl Scheele effectuera
également le même type de classement. En 1787, Guyton de Morveau,
Lavoisier, Berthollet et Antoine de Fourcroy publieront une méthode de
nomenclature chimique, ouvrage considéré comme essentiel pour la
clarification et la mise en forme des connaissances en chimie. Un
tableau, résumant les 55 substances connues en six catégories,
mentionnées et commentées, complète cet ouvrage divisé en deux parties
: d’une part les oxydes, acides, bases, sels…et d’autre part les
substances tirées des végétaux et animaux. Un dictionnaire accompagne
l’ouvrage et traite des synonymes. Il faut mentionner toutefois
l’absence de symboles chimiques malgré une tentative de Hassenfratz et
Adet. C'est Berzelius qui introduira un peu plus tard ces symboles
permettant de représenter les composés chimiques. Deux ans plus tard,
Lavoisier publiera Le Traité élémentaire de chimie, un ouvrage capital
où apparaîtront nommément l’hydrogène, l’oxygène et le carbone. En
1792, Richter publie l'Art de la mesure des éléments chimiques et
remarque que les rapports pondéraux d'éléments sont constants dans
certaines familles chimiques et en 1794, Joseph Louis Proust établit la
Loi des proportions définies.
XIXe siècle :
C'est au cours de ce siècle, que la chimie prend véritablement son
essor : théorie atomique de Dalton, lois sur les gaz, hypothèse
d'Avogadro, calcul des poids atomiques, naissance de la chimie
organique, théorie de la valence, chimie structurale et classement des
éléments par Mendeleïev et classification périodique des éléments. A la
fin du siècle, physique et chimie contribuerontà la découverte de la
radioactivité.
l’électrolyse et la découverte de nouveaux éléments :
C’est en 1800 qu’Alessandro Volta invente la pile électrique. Le cérium
est découvert par Wilhelm Hisinger en 1803. En 1804, l’iridium et
l’osmium sont découverts par Smithson Tennant et la même année, William
Wollaston isole le palladium et le rhodium. Les lois de l’électrolyse,
approfondies par William Nicholson et Anthony Carlisle, vont mettre en
évidence la dissociation d’une solution aqueuse acide ou basique sous
l’action de l’électricité. On obtient deux gaz : un volume d’hydrogène
et deux volumes d’oxygène. Ces résultats donnent l’idée à Humphrey Davy
de soumettre à l’électrolyse, non plus des solutions, mais des corps
fondus comme la potasse. Il constate la formation d’un métal :
potassium ou sodium autour d’un des fils. Avec la même méthode il
isolera, en 1808, les métaux terreux : le magnésium, le calcium, le
strontium et le baryum. En 1810, il montre que l’acide marin
déphlogistiqué, ou oxyde muriatique, est un corps simple : le chlore.
L’acide muriatique est l’acide chlorhydrique. En 1834, Michael Faraday
énonce les lois quantitatives de l’électrolyse. Svante August Arrhenius
propose, en 1883, une théorie de l’électrolyse pour interpréter la loi
de Faraday, basée sur l’existence de charges atomiques élémentaires
ions.
les débuts de la chimie organique :
Berzelius la définit en 1808, comme la chimie des êtres vivants,
définition imprégnée de vitalisme. Au départ, c’est la chimie des
dérivés du carbone connus et des substances contenues dans le gaz
d’éclairage. William Murdoch avait mis au point l’éclairage au gaz de
houille en 1792 et 1799. L’éclairage au gaz de bois (thermolampe) avait
été breveté par Philippe Lebon . Le développement urbain de ces
nouvelles techniques avait conduit à la conception d’usines à gaz, de
moyens de stockage et de tuyaux d’acheminement pour la distribution. Le
goudron est un sous produit du gaz d’éclairage qui empêche la
putréfaction du bois et qui est utilisé pour le calfatage des coques de
bateau en bois. Il se présente sous forme d’un liquide visqueux, noir à
forte odeur caractéristique. A l’époque, il existe d’autres substances
organiques : teinture, savon,tannage… En 1802, Fourcroy et Vauquelin
établissent que l’acide formique est un mélange d’acide malique et
d’acide acétique (dont Berzelius établira la formule en 1814). En 1805,
Friedrich Sertürmer isole la morphine, puis en 1817 Joseph Pelletier
l’émétique. Ces découvertes de produits alcaloïdes seront suivies
l’année suivante par la brucine, le strychnine, la colchinine,
substances découvertes par Joseph Caventou et Pelletier qui isoleront,
en 1820, la quinine et la caféine. En 1823, Jean Antoine Chaptal fera
paraître son ouvrage Chimie appliquée à l’agriculture. Faraday découvre
le carbureted hydrogen (C6H6) dans le gaz d’éclairage en 1825. En 1826,
Otto Undervorben isole la crystallin de l’indigo par distillation et
Gay-Lussac extrait l’acide racémique du tartre.
L’année 1828 est importante : Pelletier et Cavendou isolent la nicotine
et Friedrich Wohler réalise la synthèse de l’urée. Il démontre la
possibilité d’obtenir des substances organiques (urée) à partir des
substances minérales (cyanate d’argent et chlorure d’ammonium). La
saliciline est extraite de l’écorce de saule par Pierre Joseph Leroux
en 1829 (le lancement commercial de l’aspirine par Bayer aura lieu en
1899. En 1833, Dumas établit la formule du camphre.
Chevreul et les corps gras :
Chevreul s’intéresse vers 1810 aux matières grasses utilisées dans
l’industrie : savonneries, alimentation, éclairage, textile (ensimage).
En 1813, il montre que l’action d’un alcali sur la graisse de porc
forme un savon et libère de la glycérine. Il montre , la même année, en
faisant agir de l’acide sulfurique dilué sur le savon, que celui-ci est
formé de deux acides : l’un solide (margarine), l’autre liquide
(graisse fluide). La graisse de porc est donc constituée de glycérine,
margarine et graisse fluide. En 1814, il extrait du beurre l’acide
butyrique et des calculs biliaires, la choléstérine. Les acides
stéarique et oléique sont des sels qui sont dissociés par les alcalis
en glycérine et acide et qui se recombinent au métal de l’alcali. Les
sels d’acides gras sont obtenus à partir de la potasse et donnent des
savons mous, alors que ceux obtenus à partir de la soude donnent des
savons durs. En 1817, Chevreul étudie l’acide delphique. Les acides
caprique et caproïques seront caractérisés l’année suivante. En faisant
bouillir des os d’animaux, Braconnot obtient en 1820, par l’action de
l’acide sulfurique dilué sur le gélatine un ‘sucre de gélatine’. Dans
son ouvrage, paru en 1823, Recherches chimiques sur les corps gras
d’origine animale Michel Chevreul effectue un classement des corps gras
rencontrés dans ses travaux. Les glycérides comme la stéarine
(glycérine et acide stéarique) résulteront des combinaisons de
glycérine et d’acides gras. La rupture du lien entre glycérine et
acides gras par l’action de la soude (hydroxyde de sodium) sera appelée
saponification. Il est à noter que tous les corps gras ne sont pas
saponifiables. À la suite de tous ces travaux, dès 1825, les bougies en
stéarine remplaceront les chandelles en suif d’animal.
Chimie quantitative:
Peser des quantités de produits implique l’utilisation de la balance.
Les travaux de Richter sur la stoechiométrie en 1792 et la loi des
proportions définies (1802) reposent sur des pesées entachées
d’incertitudes de précision :dans un corps composé, la teneur en divers
éléments est constante.. John Dalton, en 1804, effectue l’analyse
quantitative du gaz des marais et du gaz oléfiant qui sont tous deux
des composés binaires à base d’hydrogène et de carbone. Il énonce la
loi des proportions multiples : lorsque des composés différents sont
formés des mêmes éléments, les proportions de ceux-ci sont dans un
rapport simple. Cette loi sera complétée en 1805 par la loi de
Gay-Lussac sur les gaz.
John Dalton
La théorie atomique, exposée par Dalton en 1803 dans A new system of
chemical philosophy, suppose que les atomes possèdent une masse bien
déterminée appelée masse atomique que Dalton calcule pour certains
composés. Elle explique particulièrement bien les lois ci-dessus et la
loi de conservation de la masse. Elle aura ses partisans et ses
adversaires (Berthollet). Un système de symboles viendra compléter cet
exposé : le symbole représente un atome, un élément doté d’une masse.
La molécule est représentée par l’association des symboles d’atomes
consécutifs. Le poids atomique sera différent d’un chimiste à l’autre
(7,8,10 par exemple pour l’oxygène). C’est en 1811 qu’Amedeo Avogadro
publie sa théorie du Nombre d'Avogadro : un litre de gaz contient
toujours le même nombre N de particules (atomes pour un corps simple,
molécules pour un corps composé). C’est Joseph Loschmidt qui, en 1865,
tentera le premier une évaluation de N proche de 4.1022. En 1873,
Johannes Van der Waals trouvera N = 6,2.1022. En 1814, Berzelius
utilisera les symboles de Dalton et établira des équivalences entre
atomes. Il utilisera des lettres comme symboles : P (phosphore), S
(sulphur)… et mettra le nombre d’équivalents d’une molécule en notation
exposant. Les formules étaient écrites de la façon suivante : CaCO3 :
CaO, CO2 / CuSO4 : CuO, SO3. Dans ce système dualiste, la première
partie est basique : CaO, CuO sont des oxydes de métaux, le seconde
partie est acide : CO2, SO3 sont des oxydes de non métaux. Lors du
premier congrès international de la chimie qui se déroulera à Karlsruhe
en 1860, Cannizzaro exposera les concepts d’atomes et molécules admis
par la plupart des chimistes. Berthelot, cependant, s’opposera au
réalisme atomique.
Vers la synthèse en chimie organique:
Scheele établit la formule de l’acide tartrique (C2H3O3) en 1830. Celle
de l’acide racémique découverte par Gay-Lussac est la même. Ces deux
acides, que l’on trouve dans le tartre, ont des points de fusion
différents. Berzelius nomme ces corps des isomères. En 1832, Justus von
Liebig établit que l’acide lactique en provenance du lait ou de la
viande a la même formule CH2O .En 1833, Jean-Baptiste Dumas précise la
formule du camphre (C10H16O) et Christopher Zeise celle du mercaptan
C2H6S. La même année, Eilhard Mitscherlich obtient le benzène en
chauffant l’acide benzoïque qui peut être obtenu à partir de la
houille. En 1834, Jean-Baptiste Dumas, en faisant agir l’acide acétique
sur le chlore, met en évidence la substitution partielle de l’hydrogène
par le chlore en acide chloracétique. Il établit la formule du
chloroforme, obtenu par Liebig et Carl Runge. En 1835, Justus von
Liebig et Dumas caractérisent les groupes éthyle et méthyle. En 1836,
Berzelius définit la catalyse. L’aniline est préparée par Carl
Fristsche par distillation de l’indigo. En 1842, John Leigh produit le
nitrobenzène qui redonne l’aniline par l'action du sulfure d’ammonium.
En 1843, Charles Frédéric Gerhardt obtient le bornéol à partir du
camphre.
Les séries homologues, les groupes fonctionnels seront définies entre
1842 et 1850 par Auguste Laurent, la chiralité en 1848 (Louis Pasteur).
En 1855, Charles Adolphe Würtz mettra au point sa célèbre synthèse,
(Réactions de Wurtz et de Wurtz-Fittig) pour la préparation des
hydrocarbures. La synthèse de l’acide formique sera réalisée par
Marcellin Berthelot en 1856. Celle de l’acide salicylique, par Hermann
Kolbe en 1859 à partir du phénate de sodium obtenu par l’action du
phénol sur la soude. En 1864, la synthèse de Rudolf Fittig et Tollens
aboutit au toluène. En 1894, Henri Moissan obtient de l’acétylène à
partir du carbure de calcium.
Structure des composés organiques :
La notion de chaîne carbonée est introduite par Kékulé en 1857 pour
définir les enchaînements d’atomes de carbone dans une molécule. La
représentation de lien interatomique par un tiret est due à Archibald
Couper. Cette représentation, contrairement à la formule brute, conduit
aux formules développées et permet de préciser la disposition des
atomes dans les molécules et la compréhension des mécanismes
réactionnels. En 1860 , Kékulé différencie les corps gras aliphatiques
et les composés aromatiques tels les acides salicylique et benzoïques.
La notion de liaison multiple, due ) à Joseph Loschmidt (1863), permet
d’expliquer l’hydrogénation. L’hydrogénation catalytique sera
développée en 1897 par Paul Sabatier et Senderens. En 1864, August
Wilhelm von Hofmann suggère une nomenclature pour alcanes et alcènes.
C’est en 1865, que Kékulé propose la formule cyclique du benzène. La
tétravalence du carbone est un des principes fondamentaux de la chimie
organique. Cette formule sera revue en 1872 par l’introduction de
liaisons transitoires dans le cycle benzénique. L’isomérie géométrique,
définie en 1863, est étudiée par Joseph Achille Le Bel au cours de
travaux sur l’acide lactique. Il propose une représentation spatiale
des formules des formes lévogyre et dextrogyre. Jacobus Henricus van 't
Hoff complètera ces travaux par la notion de carbone tétraédrique. En
1888, Adolf von Bayer explique l’isomérie des acides malique et
fumarique (qui possèdent des points de fusion différents), par
l’isomérie cis-trans. La stéréochimie, terme de (Victor Meyer),
constitue la façon de représenter ces différents isomères.
Découverte de nouveaux éléments :
La chimie non organique progresse et, dès 1810, Berzelius isole le
silicium de la silice qui forme le quartz, sable que l’on trouve dans
l’argile et dans de nombreuses roches. En 1824, le ciment Portland
complètera le ciment hydraulique de John Smeaton mis au point en 1715 à
base de chaux. En 1808, Gay-Lussac et Louis Jacques Thénard découvrent
le bore. En 1813, Bernard Courtois caractérise l’iode qui sera extraite
du varech par Antoine-Jérôme Balard en 1826. En 1817, Friedrich Stromey
découvre le lithium. En 1828, le glucinium est découvert par Wöhler et
le thorium par Berzelius. Carl Gustav Mosander isole le lanthane en
1839 et l’erbium et le terbium en 1843. Enfin, en 1845, le ruthénium
est découvert par Karl Karlovich Klaus.
Une nouvelle technique, l'analyse spectrale, verra le jour en 1859,
mise au point par Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff qui caractériseront
le césium et le rubidium en 1860. Le thallium sera identifié par
William Hookes en 1861, en utilisant la même méthode. C’est en 1869 que
Mendeleïev classe les 62 éléments connus dans un tableau, tentative
effectuée en 1829 par Johann Wolfgang Döbereiner. La découverte
d’autres éléments continue : en 1875, Lecoq de Boisbaudran découvre le
gallium, puis l’holmium et l’ytterbium en 1878. En 1879, d’autres
terres rares seront répertoriées : le scandium , le samarium, le
thullium, puis le gaddilium en 1880. En 1886, Lecoq de Boisbaudran
isole le dysprosium et Henri Moissan le fluor. La même année, Clemens
Winkler découvre le germanium. A la fin du siècle, Ramsay découvrira
l’argon (1894) et l’hélium (1895) et enfin la découverte des autres gaz
rares (néon, krypton et xénon).
Colorants synthétiques ET caoutchouc:
La synthèse chimique va surtout se développer dans les domaines des
médicaments et des colorants. En 1807, Jean-Antoine Chaptal publie
l’Art de la teinture du coton rouge. En 1838, Alexandre Wosrerenski
obtient la quinone à partir de la quinine. Dès 1842, l’acide picrique
est utilisé dans l’industrie comme colorant synthétique. En 1849,
l’essence de térébenthine est à la base du ‘nettoyage à sec. La
pyridine est obtenue par distillation du goudron de houille par (Thomas
Anderson). William Henry Perkin réussit à obtenir du pourpre d’aniline
ou mauvéine en traitant l’aniline par le bichromate de potassium. Le
rouge d’aniline ou fuschine sera fabriqué un peu plus tard. La société
Bayer sera créée en Allemagne en 1863, puis la BASF en 1865. En 1867,
la formule du naphtalène extrait du goudron de houille est établie. La
synthèse de l’alizarine (1868) sera industrialisée par BASF en 1870 par
Carl Graebe est réussie en 1875 par Friedrich Tiemann. La théorie des
colorants avec les groupements chromophores et auxochromes sera
l’œuvre, en 1876, de Otto Nikolaus Witt. En 1875, Ramsay réalise la
synthèse de la pyridine. Enfin, Adolf von Bayer met au point la
synthèse de l’indigo en 1879 que BASF commercialise en 1897.
En ce qui concerne le caoutchouc, l’invention du pneumatique en 1888
(Dunlop) débouchera vers une fabrication industrielle par Michelin en
1889 puis Goodyear.
Métallurgie :
Un nouveau métal, l’aluminium est découvert par Wöhler en 1827. Les
mécanismes et réactions survenant dans un haut-fourneau pour produire
de l’acier sont de mieux en mieux comprises : carburation, affinage. En
1826, Henry Bessemer invente un nouveau convertisseur qui sera complété
en 1878 par un nouveau procédé de production (acier Thomas). C’est à
cette époque que les aciers spéciaux au manganèse sont mis au point par
Robert Hadfield. En 1863, l’étude de la trempe conduit à la
métallographie et à la caractérisation de cémentite et de ferrite. La
structure de la martensite des aciers trempés par Floris Osmond sera
étudiée en 1890.
En 1860, l’invention du pyromètre à thermocouple par Henri Le Chatelier
permettra la mesure de températures élevées. Il faudra attendre 1886
pour que Paul Héroult produise l’aluminium par
électrolyse.
Rayons cathodiques, rayons X et radioactivité:
La nature des rayonnements cathodiques dans un tube de Hittorf est
approfondie par William Crookes en 1886. Ce sont des rayons de nature
corpusculaire appelés électrons, dès 1891, par George Stoney et
reconnus expérimentalement comme tels par Jean Perrin en 1895. Ces
rayons cathodiques sont constitués de particules négatives électrisées
pouvant se mouvoir dans le vide et subissant l’action des champs
électriques et magnétiques.Joseph John Thomson parvient , par des
mesures de déviations de trajectoire, à déterminer le rapport entre la
charge électrique e de l’électron (1,602.10-19 C). et sa masse m
(9,109.10-31 kg) qui représente environ 1/2000 ième de celle de l’atome
d’hydrogène. Ces découvertes et mesures, plutôt du domaine de la
physique, conduiront au modèle d’atome de Thomson et effaceront les
doutes sur l’existence des atomes formulés au premier Congrès des
chimistes de 1860. Vers les années 1890, on remarque que des rayons
cathodiques frappant le verre d’une ampoule provoquent un fluorescence
du verre. Wilhelm Röntgen constate, en 1895, en plus de la fluorescence
observée, la présence d’un nouveau rayonnement invisible , énergétique
et pénétrant, capable d’impressionner une plaque photographique
entourée de papier noir. Ces mystérieux rayons X seront utilisés en
radiographie car ils traversent la sulfate double d’uranium et de
potassium émettent un rayonnement semblable aux rayons X : les atomes
d’uranium, quel que soit le composé dans lequel il se trouvent,
émettent des ‘rayons uraniques’, phénomène différent de la fluorescence
provoquée par les rayons X. Cette activité particulière des atomes
d’uranium, émission continue d’énergie, est appelée ‘radioactivité’ par
Pierre Curie et Marie Curie en 1898, après mesure de l’ionisation
produite par les rayons uraniques au moyen d’un électroscope. C’est à
l’aide de cet instrument qu’ils découvriront qu’un échantillon de
pechblende possède une radioactivité élevée due, non pas à l’uranium
seul, mais au polonium et au radium, deux éléments nouveaux contenus
dans le minerai. En 1899, Ernest Rutherford montrera que les ‘rayons
uraniques’ se composent de deux rayonnements distincts : rayons alpha
et rayons bêta. Il découvre aussi la radioactivité du thorium. La même
année, André Debierne, trouve l’actinium, un nouvel élément radioactif.
En 1923, l’émanation du radium, elle même radioactive, sera appelée
radon. Un rayonnement, plus pénétrant que les rayons X, est émis par le
radium et observé par Paul Villard en 1900 qui le nomme ‘rayon gamma’.
Le XIXe siècle s’achève donc sur le début de la chimie des rayonnements
: alpha, bêta, gamma, X et sur la découvertes de nouveaux éléments
radioactifs qui feront l’objet de recherches approfondies.
Prix Nobel de chimie Gagnants 2008-1999
2008 OSAMU SHIMOMURA, MARTIN CHALFIE et ROGER Y TSIEN pour la
découverte et le développement de la protéine fluorescente verte, la
GFP.
2007 Le prix est de: GERHARD ERTL pour ses études de procédés chimiques sur les surfaces solides.
2006 Le prix est de: Roger D. Kornberg pour ses études sur les bases moléculaires de la transcription eucaryotes.
2005 Le prix est décerné conjointement à: Yves Chauvin, Robert H.
Grubbs et Richard R. Schrock pour le développement de la méthode de la
métathèse en synthèse organique.
2004 Le prix est décerné conjointement à: AARON CIECHANOVER, AVRAM
HERSHKO, et Irwin Rose pour la découverte de l'ubiquitine-mediated
protein degradation
2003 Le prix est décerné
our des découvertes concernant des canaux dans les membranes cellulaires avec la moitié du prix pour: Peter Agre, de la découverte des canaux à eau
et l'autre moitié du prix pour: Roderick MacKinnon pour des études structurelles et mécanistiques de canaux ioniques.
2002 Le prix est décerné
pour le développement de méthodes d'identification et des analyses de structure de macromolécules biologiques
avec la moitié conjointement à: JOHN B. Fenn, Koichi Tanaka et, pour
leur développement de désorption-ionisation par impact des méthodes
douces pour l'analyse par spectrométrie de masse des macromolécules
biologiques et l'autre moitié à: Kurt Wüthrich pour son développement
de la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire pour déterminer
la structure tridimensionnelle de macromolécules biologiques en
solution.
2001 Le prix est décerné conjointement avec la moitié de:
WILLIAM S. KNOWLES, et Ryoji Noyori, pour leurs travaux sur les réactions d'hydrogénation catalysées chirally
et l'autre moitié à: K. Barry Sharpless pour ses travaux sur la catalyse des réactions d'oxydation chirally.
2000 Le prix est décerné conjointement avec la moitié de:
Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid et Hideki Shirakawa pour la découverte et le développement de polymères conducteurs.
1999 Ahmed Zewail pour ses études de la transition de réactions chimiques en utilisant la spectroscopie femtoseconde