Les atomes

Préhistoire et Antiquité L’histoire de la chimie commence dès la Préhistoire. Sans le savoir, depuis l’Antiquité, les hommes font des transformations chimiques en réalisant du feu, en découvrant les recettes de la fabrication des poteries, ou en élaborant des métaux et des alliages.

Préhistoire et Antiquité L'utilisation du feu Le feu a été une découverte fondamentale pour l'Homme pour ses rôles multiples (source de chaleur, de lumière, arme défensive, cuisson, …). On a découvert des traces de foyer vers - 400 000 ans (époque paléolithique).

Préhistoire et Antiquité La poterie Un des premiers matériaux utilisés a été l'argile dont la cuisson permet la confection de divers objet : c'est la naissance de la poterie il y a plus de 10 000 ans.

Préhistoire et Antiquité La métallurgie C'est l'art de transformer un minerai en métal. Le métal est généralement présent, dans la nature, sous forme de sel. On en extrait des métaux et ensuite des alliages.

Préhistoire et Antiquité Les métaux ou alliages de cette période : Le cuivre (Cu). Il a existé à l'état natif. Sous forme non pur, on le trouve principalement dans la malachite (CuCO3, Cu(OH)3) extraite, entre autres endroits, des mines du roi Salomon. Son commerce a été longtemps une source de richesse.

Préhistoire et Antiquité -Le bronze (alliage 90% Cu et 10% Sn). L'étain était très abondant. Il fut très utilisé vers 3000 av. J.C. (l'âge du bronze), surtout dans la confection d'armes.

Préhistoire et Antiquité -Le fer (Fe). Son utilisation en métallurgie a été plus tardive car plus difficile. Elle ne commence réellement que vers 2500 av. J.C. (l'âge du fer). Son utilisation a d'abord été militaire. La dureté des armes en fer était plus grande que celle en bronze.

Préhistoire et Antiquité -Très vite l'homme s'est aperçu que mélanger certaines quantités de carbone à ce fer le rendait plus tranchant, plus résistant. Ce fut le premier acier. Il est également apparut l’intérêt de la trempe (refroidissement rapide d'une structure chaude qui a pour effet de la figer).

Préhistoire et Antiquité Les principaux métaux ou alliages de cette période furent : -Le laiton (Alliage Cu et Zn). Utilisé dès 1000 av. J.C., il est utilisé dans des pièces romaines.

Préhistoire et Antiquité Les métaux ou alliages de cette période : -L'argent (Ag), un des métaux précieux. On le trouve à l'état métallique ou sous forme d'alliage avec l'or.

Préhistoire et Antiquité -La galène (PbS avec Ag2S). On pouvait purifier l'argent contenu dans ce composé, grâce à un procédé de métallurgie très ancien (décrit dans la Bible), la coupellation.

Préhistoire et Antiquité L'or est un autre métal précieux connu longtemps avant le cuivre (5000 av. J.C.) et que l'on peut trouver à l'état natif. Ce métal étant inaltérable dans les conditions naturelles, il n'a fait l'objet d'aucune manipulation chimique durant l'antiquité. Sa très faible réactivité faisait de lui un métal " parfait ", d'où son importance monétaire et artistique.

Préhistoire et Antiquité La chimie de la vie quotidienne Exemples: - La teinturerie - Le tannage - La fermentation

Préhistoire et Antiquité La teinturerie : C'est une activité très ancienne. Elle fait appel à des colorants, qui ont trois origines : végétale animale minérale

Préhistoire et Antiquité Les teintures végétales : Les extraits de la garance fournissaient le rouge. Les extraits de la gaude donnaient la couleur jaune. Les extraits du pastel et de l'indigo donnaient le bleu.

Préhistoire et Antiquité Exemple de teinture animale : - la cochenille : insecte dont le corps desséché contient 50% d’un colorant rouge naturel, le carmin.

Préhistoire et Antiquité Exemples de teintures minérales utilisées dans les produits de beauté ou pour la décoration. - La céruse (PbCO3) donnait une belle coloration blanche mais toxique (Pb). - Le cinabre (Hg2S) utilisé comme rouge à lèvres mais toxique lui aussi ! - La malachite fardait les yeux en vert. - Le minium (Pb3O4) servait de peinture et de protection du bois des bateaux pour les Grecs.

Préhistoire et Antiquité Le tannage des peaux : le tannage végétal avec des écorces riches en tanins (chêne, bouleau, etc…) - le tannage aux graisses animales

Préhistoire et Antiquité La fermentation : Élaboration de la bière (plus rarement du vin) en Egypte et à Summer.

Préhistoire et Antiquité Autres produits minéraux utilisés de l’Antiquité : - Le gypse qui donne le plâtre en chauffant. - Le natron (Na2CO3) source de soude et agent desséchant des momies. - La "potasse" (K2CO3) engrais, coloration de verres (100 après JC). - Le salpêtre (KNO3): explosifs. - Le soufre : désinfectant et purificateur rituel (Bible et l'Odyssée).

Philosophes grecs Ces philosophes furent les premiers à s'intéresser à la connaissance pure, sans intérêt technique (par exemple : Thalès au VIIe siècle av. J.C.). Leurs réflexions (sans expérimentation) débouchent sur deux théories : - La théorie des 4 éléments. - La théorie atomique

Philosophes grecs La théorie des 4 éléments : On les voit apparaître pour la première fois chez Homère au IXe av. J.C., au nombre de trois : L'Eau La Terre Le Feu Tout corps matériel est une combinaison de ces différents éléments.

Philosophes grecs La théorie des 4 éléments. Empédocle (Ve av. J.C.), affirme qu’il existe quatre éléments : la terre l’eau l’air le feu

C'est la base de l'alchimie. Philosophes grecs Les 4 éléments. Platon (428 - 348 av. J.C.), à partir de spéculations mathématiques, imagine qu’on peut les associer pour les transformer. Par exemple, 2 feu ® 1 air 1 eau ® 2 air + 1 feu C'est la base de l'alchimie.

Philosophes grecs Aristote (384 - 322 av. J.C.) donne à chaque élément d'un couple de qualité

Philosophes grecs La théorie atomique Son fondateur est Démocrite (460 - 370 av. J.C.). Selon lui, la matière serait discontinue et formée de corpuscules élémentaires : les atomes (signification : insécables)

Philosophes grecs La théorie atomique - la cohésion d'un solide est due à l'entrelacement d'atomes crochus. - les liquides sont formés d’atomes lisses et ronds qui glissent facilement. Certains sont plus gros que d'autres (ex : l'huile passe plus difficilement que l'eau dans un filtre car l'huile a des atomes plus gros !).

Philosophes de l’Inde A la même époque que celle de Démocrite, il existait aussi en Inde une philosophie (système Vaiseshika) qui enseignait déjà que la matière était formée d'atomes indestructibles.

Philosophes grecs Ces deux théories grecques sont des théories totalement philosophiques (sans expérimentation rigoureuse). C'est la théorie des éléments (utilisée par les alchimistes), qui va l'emporter jusqu‘au XVIIIème siècle

L’Alchimie est d'abord une philosophie à base expérimentale, trouvant son origine à Alexandrie, centre intellectuel de la civilisation gréco-romaine. La bibliothèque de cette ville (brûlée au VIe s. par des envahisseurs arabes) contenait toute la sagesse de l'Antiquité ainsi que l'alchimie arabe et juive.

Certains alchimistes travaillent avec la théorie des 4 éléments : Alchimie Certains alchimistes travaillent avec la théorie des 4 éléments : le feu (chaud et sec) - l'air (chaud et humide) - l'eau (froid et humide) - la terre (froid et sec) Les transformations subies par la matière sont dues au passage d'un élément à un autre. Par exemple : la pluie est le passage de l'air à l'eau. Un morceau de bois qui brûle correspond au passage de la terre au feu. La fumée correspond au passage du feu à l'air, etc…

Un alchimiste dans son atelier … Alchimie Un alchimiste dans son atelier …

Transmutation des métaux Alchimie Transmutation des métaux De même, ces alchimistes cherchaient à transformer les métaux en or au contact de la pierre philosophale.

Alchimie VITRIOL : Visita Interriorum Terrae Rectificandoque Invenies Occultum Lapidem « Visite l’intérieur de la Terre et en rectifiant tu trouveras la pierre cachée des sages ».

Alchimie Les métaux sont considérés comme des êtres vivants. Comme les plantes, les métaux poussent dans le sein de la terre nourricière et, passant par des étapes de maturation successives, deviennent plomb, fer, cuivre, puis or.

Alchimie Les 7 métaux sont associés aux 7 planètes : Or Soleil Argent Lune Mercure Mercure Plomb Saturne Etain Jupiter Fer Mars Cuivre Vénus

Alchimie Les alchimistes considèrent que les matériaux vils sont malades, et qu’ils peuvent être régénérés par l’administration d’un élixir.

Alchimie D’autres alchimistes conçoivent le monde comme un vaste système animé : ils cherchent les relations entre la vie des métaux et l'âme universelle. Principalement philosophique et mystique, leur recherche a pour but l'élaboration de la pierre philosophale.

Les remontrances de Nature à l’alchimiste errant Tableau de 1516

Alchimie Jusqu’au XVIIIe les alchimistes travaillent en cherchant à effectuer ces transmutations …impossibles !

Alchimie René Descartes (1596 - 1650), écrit : " Je crois que les chimistes ne font que dire des mots hors de l'usage commun pour faire semblant de savoir ce qu'ils ignorent. Selon mon opinion, leur sel, leur soufre et leur mercure ne diffèrent pas plus entre eux que les quatre éléments des philosophes, … car je pense que tous les corps sont fait d'une même matière, qu'il n'y a rien qui fasse de la diversité entre eux. "

Alchimie Malgré cela, l’alchimie permit de développer : - les techniques de métallurgie : fusion, alliage, - les techniques de purification : distillation, filtration, cristallisation, bain-marie, - la fabrication des premiers médicaments.

Exemple d’écrit alchimique Dictionnaire de l’Alchimie 1612

Exemple d’écrit alchimique Nouvelles lumière Chimiques 1614

Les débuts de la chimie A la Renaissance, la chimie se développe grâce à une expérimentation plus précise. Paracelse (1493 - 1541), médecin suisse itinérant, se rend compte de l'importance de la pureté des médicaments. « Quiconque a le désir de pénétrer la nature doit en fouler le livre vivant de ses propres pieds.»

Les débuts de la chimie Georg Bauer dit Agricola (1494 - 1555) est le fondateur de la chimie métallurgique et de la minéralogie.

Les débuts de la chimie Bernard Palissy (1499 - 1589), artiste (émaux,...) et expérimentateur (il brûla ses meubles et planchers pour alimenter ses fours : il mit ainsi au point la préparation de la faïence).

Les débuts de la chimie Francis Bacon (1561 - 1626) philosophe anglais propose de soumettre la nature à l’expérience par une investigation au ras du sol et exprime sa sympathie pour l'atomisme.

Les débuts de la chimie Jan Baptist Van Helmont (1577 - 1644) découvre l'état gazeux, individualise les différents gaz (avant, il n'en existait qu'un seul type : l'Air). Il met en évidence le gaz sylvestre (du bois) : le gaz carbonique et pressent l’existence de l‘Oxygène.

Les débuts de la chimie L’abbé Mariotte (1620 – 1684) est l'un des pionniers de la physique expérimentale. Il trouva expérimentalement la loi liant le volume et la pression d’un gaz.

Les débuts de la chimie Robert Boyle (1627 - 1691) découvre (tout comme l'Abbé Mariotte) comment se comportent les gaz. Il rejette la théorie d'Aristote et propose une classification en corps simples, ou composés et en acides, sels ou alcalis.

Les débuts de la chimie Cavendish (1731-1810) chimiste et physicien anglais, découvre le gaz hydrogène et la composition de l’eau (hydrogène + oxygène).

Les débuts de la chimie Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), chimiste suédois, est connu pour sa découverte d'un grand nombre d'éléments, de composés et de réactions chimiques.

Les débuts de la chimie Joseph Priestley (1733-1804), pasteur anglais. Il identifie dix nouveaux gaz. Il doit ses réussites à son talent d’expérimentateur et à l’utilisation de la cuve à mercure qui permet de recueillir les gaz solubles dans l’eau.

Les débuts de la chimie Antoine Lavoisier (1743-1794) effectue l’analyse de l’air, identifie l’oxygène et l’azote et reconstitue l’air à partir de ces deux éléments. En 1787, il élabore une nouvelle nomenclature chimique.

Les débuts de la chimie En 1800, Alessandro Volta, physicien italien, invente la pile électrique. Grâce à cette pile, l’eau est décomposée en deux gaz : l’hydrogène et l’oxygène.

Les débuts de la chimie Joseph Dalton, chimiste anglais, démontre en 1808 que les gaz se combinent dans des proportions simples. Selon lui, ces résultats s'expliquent si l'on suppose que la matière est constituée des atomes indivisibles imaginés par les Grecs. Il propose une nouvelle notation des atomes.

Les débuts de la chimie Gay-Lussac observa en 1809 qu'une réaction chimique entre des gaz se fait toujours dans un rapport simple de volume si la pression et la température sont identiques. Ainsi, 2 volumes d'hydrogène réagissent toujours avec 1 volume d'oxygène; 3 volumes d'hydrogène avec 1 volume d'azote... Cette observation suggérait pour la première fois l'existence d'atomes et de molécules.

Les débuts de la chimie En 1811, Amedeo Avogadro, physicien et chimiste italien, montre que le volume d’un gaz est proportionnel au nombre de molécules présentes dans ce gaz. Il est un des premiers à faire la distinction entre atomes et molécules.

Les débuts de la chimie Avec la distinction entre atomes et molécules, la chimie devient une science et part enfin sur une base solide.