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Guy Collin, 2001-05-08 LA CHIMIE PHYSIQUE Chapitre 1 La chimie : sa genèse.

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1 Guy Collin, LA CHIMIE PHYSIQUE Chapitre 1 La chimie : sa genèse

2 Préambule La compréhension de notre environnement physique, chimique ou biologique, repose sur le concept de la théorie atomique de la matière.. Comment cette théorie a-telle pris naissance ? Comment a-telle évolué ? Quelles en sont les limites ?

3 LAntiquité n Les chinois connaissaient la poudre à canon et fabriquaient des céramiques. n Les égyptiens savaient extraire un certain nombre de métaux dont lor et largent. n Le sol était déjà source de minium, de vert de gris, docre de fer,… n Les phytomédecines étaient à la mode tout comme les huiles parfumées. n La macération de fleurs déposées dans de lhuile chaude de même que le procédé denfleurage étaient également connus.

4 LAntiquité n Les premiers essais de théorisation de la matière sont le fait dune série de philosophe grecs. u Pourquoi et comment tout ce qui existe sest-il produit ? Quelles sont les origines et la finalité de la matière ? n Pour THALÈS ( avant J.-C.) : rien ne vient de rien, tout vient et retourne à leau.

5 Les quatre éléments de LEUCIPPE (495 avant J.-C.) ÉlémentSymboleÉlémentSymbole EauTerre AirFeu

6 DÉMOCRITE ( avant J.-C.) n Si tout corps est divisible à linfini, de deux choses lune : ou il ne restera rien ou il restera quelque chose. n Dans la première éventualité, la matière na quune existence virtuelle ; n Dans la seconde, on doit se poser la question : que reste-t- il ? La réponse la plus logique réside dans lexistence déléments réels, indivisibles appelés atomes. Le concept de latome est né !

7 LAntiquité … et les Romains n PLATON ( avant J.C.) puis ARISTOTE ( avant J.C.) ne retinrent pas cette approche atomistique. n Ce dernier ajouta léther, sorte de quintessence de la matière. n Les romains avaient un esprit beaucoup plus pratique que philosophique. La réflexion philosophique va alors céder le pas à lobservation. n Il sensuit une longue période de stagnation pour lévolution de la chimie…

8 Lalchimie n Lalchimie, la chimie du Moyen-âge, fut assimilée par les arabes vers le milieu du VIIe siècle. n Ce nest quaprès le XIe siècle quelle sest développée au sein de lOccident chrétien. n La préoccupation majeure des alchimistes était de découvrir la pierre philosophale. n Cette pierre philosophale devait permettre la fabrication de lor et devait aussi procurer jeunesse, santé, longue vie …

9 Le passage vers la chimie (XVIe siècle) n PARACELSE ( ), médecin suisse fut le créateur de la théorie selon laquelle tous les phénomènes physiologiques et pathologiques sont dus à des réactions chimiques : cest liatrochimie. n Il prétendait disposer de la recette de création dun être humain. n Le sel, le soufre et le mercure viennent sajouter aux éléments dARISTOTE.

10 Les 3 principes de Paracelse PrincipeDescriptionSymbole mercure Principe du lourd, du liquide et du volatil selPrincipe de la solubilité et de la résistance au feu soufrePrincipe de la combustion et de la chaleur

11 Les percées du XVIe siècle n Les premières études systématiques des minerais et la minéralogie sont le fait dun allemand : AGRICOLA ( ). n LIBAVIUS ( ) classe les métaux en deux groupes : les vrais métaux (or, argent, fer,…) et les demi-métaux (antimoine, arsenic,…). n Bernard PALISSY ( ) verrier de profession, découvre le secret de la fabrication des émaux. n Francis BACON ( ) expose les principes dune méthode inductive et expérimentale…

12 Le XVIIe : le siècle de la Raison n J. B. Van HELMONT ( ) distingue les gaz ininflammables comme le « gaz sylvestre », le gaz carbonique, des gaz inflammables comme le gaz des marais, le méthane, n On doit à R. BOYLE ( ) plusieurs nouveaux réactifs : le nitrate dargent, lammoniac, un indicateur coloré, le sirop de violette, pour distinguer les acides des bases, la séparation du méthanol de lacide acétique sans oublier la loi de compressibilité des gaz que découvrit indépendamment le moine français MARIOTTE ( ). n Jean REY ( ) est sans doute le premier à avoir imaginé et proposé le principe de conservation de la matière. n J. R. GLAUBER ( ) peut être considéré comme le fondateur de lindustrie chimique.

13 Le XVIIIe siècle n Ce siècle est dominé par la théorie du phlogistique n Élaborée par E. STAHL ( ) cette la théorie essai de rendre compte des observations obtenues lors de la calcination des métaux, de la combustion et de la respiration. n Le phlogistique, selon cette théorie, était contenu dans tout composé combustible et transformable sous laction de la chaleur. n le phlogistique se dégagerait au cours dune réaction doxydation : un métal, en brûlant, devrait donc perdre du poids. n CAVENDIH, PRIESTLEY, … continueront de faire référence à la théorie du phlogistique, seule théorie disponible en ce début du XVIIIe siècle.

14 La fin de la théorie du phlogistique n. M. LOMONOSSOV ( ) récrivit le principe de conservation de la matière déjà énoncé par REY : « tous les changements se font de telle sorte que ce quon enlève à un corps, on lajoute à lautre ». n C.-W. SCHEELE ( ), brillant par son sens de lobservation, associera le phlogistique au calorique. n J. BLACK ( ) et H. CAVENDISH ( ) vont créer les premiers rudiments de la future thermodynamique chimique. n LAVOISIER aura le mérite dintroduire lusage systématique de mesures quantitatives dans ses travaux de laboratoire en plus davoir un esprit de généralisation sans équivalent..

15 Lavoisier ( ) LAVOISIER pouvait affirmer que leau nétait pas lélément simple admis depuis lAntiquité mais bien une composition doxygène et dhydrogène. Cette approche qualifiée de théorie « antiphlogistique » par les tenants de la théorie du phlogistique rencontra un grand nombre de détracteurs tout particulièrement en Allemagne. LAVOISIER allait cependant faire de nombreux adeptes dans la presque totalité des pays européens et ailleurs.

16 Le XIXe siècle : lexplosion de la chimie J. L. PROUST ( ) énonçait en tout début de ce siècle (en fait en 1801) la loi des proportions définies. La loi des proportions multiples énoncée par DALTON en 1804 vient étendre la loi des proportions définies aux éléments qui se combinent de diverses manières. J. B. RICHTER ( ) expose entre 1792 et 1793 sa théorie de poids de combinaison invariable. A. AVOGADRO ( ) réinterprète les lois des rapports volumétriques. L. J. GAY-LUSSAC ( ) formule lhypothèse selon laquelle des volumes égaux de gaz différents contiennent le même nombre de molécules.

17 Le XIXe siècle : lexplosion de la chimie Plusieurs sous-disciplines de la chimie vont se développer: La thermochimie profite largement des travaux de J. R. von MAYER ( ) et de J. P. JOULE ( ) énonçant (1842) et confirmant (1843) le premier principe de la thermodynamique. Michael FARADAY ( ) qui, en plus de la théorie, introduit le vocabulaire et surtout décrit les lois de lélectrolyse. J. J. BERZÉLIUS ( ) a marqué singulièrement le développement de la cinétique chimique. L. BOLTZMANN ( ) est le créateur de la théorie cinétique des gaz.

18 Le XIXe siècle : lexplosion de la chimie Plusieurs sous-disciplines de la chimie vont se développer (suite et fin): D. I. MENDÉLEIEV ( ) et son célèbre tableau périodique. H. BESSEMER ( ) met au point son procédé de fabrication de lacier. Énoncé de la loi daction de masse (1867) fait par deux norvégiens : C. M. GULBERG ( ) et P. WAAGE ( ). N. L. SADI CARNOT ( ) décrit son célèbre cycle...

19 Le concept de la mole AVOGADRO avait formulé lhypothèse que deux volumes égaux deux composés gazeux différents contiennent le même nombre de molécules. On a ainsi proposé la notation ambiguë de l « atome-gramme » et de « molécule-gramme » pour bien indiquer quil sagit du nombre dentités chimiques dans une masse donnée. On adopte maintenant la notion beaucoup plus claire quest la mole, un nombre invariable (indépendant de tout paramètre). Ce nombre appelé le nombre dAvogadro et est égal à 6, Par définition, cest le nombre datomes de carbone présents dans 12,000 g de carbone-12.

20 Le symbolisme de DALTON ÉlémentSymboleComposéSymbole hydrogène OH O azoteNO oxygèneOCO O carbone N2ON2O soufreNO 2

21 Léquation chimique BERZÉLIUS propose dutiliser une ou deux lettres pour représenter les éléments. Be pour béryllium, H pour hydrogène,etc. La combinaison des lois des proportions définies, des compositions multiples et du nombre dAvogadro trouve son application dans lécriture représentant une réaction chimique. On écrit à gauche du signe égal (cas de léquation) ou de la flèche orientée vers la droite (cas de la réaction) les composés réagissant et à droite des mêmes signes les composés chimiques formés. 2 H 2 (gaz) + O 2 (gaz) 2 H 2 O (liquide).

22 Conclusion n LAntiquité avait déjà imaginé la nature insécable de latome. n Le monde romain nen a pas retenu lidée. n Le Moyen-âge a surtout essayé de donner corps à la pierre philosophale tout en évacuant lobservation expérimentale et le sens critique. n Au XVIIe siècle énonce la théorie du phlogistique, une théorie fausse qui a le mérite de provoquer les scientifiques invités à se compromettre. n LAVOISIER mettra un terme à cette théorie : la chimie moderne a le terrain libre pour sépanouir.


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