Histoire de la chimie

Origine de la chimie

Lorsque nous disons "chimie", nous parlons de l'étude moderne et scientifique de la matière et de la façon dont elle se transforme. Pourtant, le fait que "chimie" ressemble beaucoup à "alchimie" n'est pas une coïncidence. Les premiers alchimistes étaient souvent appelés "chimistes" et, avec le temps, leur travail, en particulier les parties les plus légitimes, a fini par être appelé "chimie". À bien des égards, il est logique que le mot désignant l'étude moderne de la matière provienne de l'ancienne pratique de l'alchimie, puisque les premiers alchimistes ont inventé un grand nombre de techniques et d'outils qui sont importants pour la chimie moderne.

Alchimie - histoire de la chimie

Même si le mot "chimie" vient d'Égypte, il semble que des personnes du monde entier expérimentaient des produits chimiques dès le 5e siècle avant Jésus-Christ. Les premiers alchimistes chinois voulaient surtout trouver "l'élixir de vie", une potion capable de guérir toutes les maladies et d'empêcher les gens de mourir. Ironie du sort, beaucoup de ces premiers élixirs étaient fabriqués en mélangeant des sels de mercure et d'arsenic, qui sont tous deux très toxiques. Plusieurs empereurs chinois seraient morts après avoir bu des "élixirs de vie". Même si les premiers chimistes chinois n'ont jamais trouvé de potion magique capable de guérir toutes les maladies, ils ont découvert de nombreux nouveaux produits chimiques et réactions chimiques, dont certains sont encore utilisés aujourd'hui dans les feux d'artifice et la poudre à canon.

Les alchimistes indiens, comme leurs homologues chinois, s'intéressaient à certaines façons dont les différents produits chimiques pouvaient contribuer à la santé. Les alchimistes indiens s'intéressaient aux métaux et à la métallurgie ainsi qu'à la médecine. Les premiers écrits indiens montrent comment obtenir des métaux comme l'argent, l'or et l'étain à partir de minerais creusés dans le sol et comment les nettoyer. De plus, les alchimistes du sous-continent indien ont été les premiers à comprendre qu'ils pouvaient fabriquer des matériaux aux propriétés nouvelles et utiles en mélangeant des métaux fondus à d'autres produits chimiques. L'acier Wootz, également appelé acier de Damas, a été découvert au Sri Lanka vers l'an 300 de notre ère. Il a été fabriqué en mélangeant juste les bonnes quantités de fer fondu, de verre et de charbon de bois. Cependant, il est devenu célèbre parce qu'il pouvait être utilisé pour fabriquer des épées qui étaient connues pour être tranchantes et solides au combat.

À l'époque où l'acier Wootz était fabriqué au Sri Lanka, les alchimistes d'Égypte et de Grèce commençaient également à essayer de nouvelles choses. Dans cette partie du monde, l'alchimie consistait surtout à travailler avec des couleurs et des teintures et, bien sûr, à transformer des métaux communs en or et en argent. Mais des philosophes grecs comme Platon et Aristote ont également émis l'idée importante que les lois naturelles pouvaient expliquer tout ce qui se passe dans l'univers.

Lachimie moderne est basée sur l'étude de ces lois universelles, que tu découvriras dans la section suivante. Les lois scientifiques modernes sont, bien sûr, un peu différentes de ce que Platon ou Aristote avaient en tête. En général, les lois scientifiques sont trouvées par l'expérimentation et l'observation minutieuses, alors que les Grecs de l'Antiquité pensaient que leurs "lois naturelles" pouvaient être trouvées par la philosophie.

L'alchimie était également très intéressante pour les Européens au Moyen Âge. Malheureusement, de nombreux alchimistes européens ont puisé leurs idées chez les alchimistes arabes, plus magiques. Par conséquent, l'alchimie européenne a rapidement été associée à la sorcellerie, à la magie et à la recherche de la "pierre philosophale". La méthode scientifique n'a pas été utilisée par les chimistes européens avant la fin du 17ème siècle. Robert Boyle (1627-1691) a été le premier Européen à le faire. Il a utilisé des expériences quantitatives pour comprendre comment la pression d'un gaz affecte l'espace qu'il occupe. Son utilisation de la méthode scientifique a ouvert la voie à d'autres scientifiques européens et a contribué à la construction de la science moderne de la chimie.

Environ 100 ans après les premières expériences de Robert Boyle, Antoine Lavoisier (1743-1794), un scientifique français, a utilisé la méthode scientifique en pesant soigneusement les réactifs et les produits avant et après les réactions chimiques. Les expériences de Lavoisier l'ont amené à penser que la masse ne peut pas être créée ou détruite parce que la quantité totale de matière n'a jamais changé. C'est ce que dit la loi de la conservation de la masse. En raison de ses importantes contributions à l'étude de la matière, Lavoisier est souvent appelé "le père de la chimie moderne".

Fig. 1 : Dessin d'Antoine Lavoisier. Image tirée de : Wikimedia Commons.

Après que les travaux de Lavoisier ont été bien accueillis, les expériences qui impliquaient des mesures et des observations minutieuses sont devenues plus populaires. Cela a permis d'améliorer rapidement notre compréhension des produits chimiques et de leur évolution. En fait, à la fin du 19e siècle, les chimistes en savaient tellement plus que presque plus personne ne cherchait la "pierre philosophale".

Les débuts de la chimie moderne

L'histoire de la chimie est amusante et difficile à comprendre. Les premiers chimistes étaient souvent très intéressés par la réalisation d'un certain objectif ou la fabrication d'un certain produit. La fabrication de parfums et de savons ne nécessitait pas beaucoup de théorie. Tout ce dont tu avais besoin, c'était d'une bonne recette et d'une attention particulière aux détails. Il n'y avait pas de façon standard d'appeler les choses (ni de tableau périodique sur lequel tout le monde pouvait s'entendre). Mais la science s'est développée et a changé au fil du temps.

Lorsque Robert Boyle (1637-1691) a commencé à faire des recherches en chimie, il a fait de grands progrès pour en faire une science solide. Il a trouvé les idées de base sur le comportement des gaz, ce qui a permis de les décrire mathématiquement. Boyle a également été l'un des premiers à penser que de petites particules pouvaient s'assembler pour former des molécules. John Dalton a construit la théorie atomique sur ces idées datant d'il y a longtemps.

Fig. 2 : Dessin de Robert Boyle. Image tirée de : Wikimedia Commons.

Dans les années 1700, le domaine de la chimie a commencé à se développer et à changer rapidement. Joseph Priestley (1733-1804) a trouvé de l'oxygène, du monoxyde de carbone et de l'oxyde nitreux et a écrit à leur sujet. Plus tard, on a découvert que l'oxyde nitreux, également connu sous le nom de "gaz hilarant", fonctionnait comme un analgésique. En 1844, lors de l'arrachage d'une dent, ce gaz a été utilisé pour la première fois de cette manière. À cette époque, C.W. Scheele (1742-1786) a découvert le chlore et Antoine Lavoisier (1743-1794) a découvert l'azote. De nombreux scientifiques considèrent Lavoisier comme le "père et fondateur de la chimie".

Dans les années 1800, les chimistes n'ont cessé de trouver de nouveaux composés. La science a également commencé à se fonder davantage sur des théories. John Dalton, qui a vécu de 1766 à 1844, a eu l'idée des atomes en 1807. Grâce à cette idée, les scientifiques ont pu penser à la chimie d'une manière beaucoup plus organisée. Amadeo Avogadro (1776-1856) a contribué à rendre la chimie plus quantitative en déterminant le nombre de particules contenues dans une quantité donnée de gaz. Essayer de comprendre le fonctionnement des réactions chimiques a demandé beaucoup de travail. Grâce à ces efforts, de nouvelles choses ont été créées. Après l'invention de la pile par Alessandro Volta (1745-1827), Humphry Davy (1778-1829) et Michael Faraday ont apporté d'importantes contributions à la théorie et à la pratique de l'électrochimie (1791-1867). D'autres parties du domaine ont également progressé rapidement.

Il faudrait un gros livre pour expliquer comment la chimie a évolué au cours des 100 dernières années et jusqu'à aujourd'hui. La chimie du fonctionnement des êtres vivants est un domaine qui s'est beaucoup développé. La recherche sur la façon dont les plantes utilisent la lumière pour produire de la nourriture, la découverte et l'étude des enzymes en tant que catalyseurs biochimiques et l'étude des structures des biomolécules comme l'insuline et l'ADN ont toutes conduit à une énorme quantité de nouvelles informations dans le domaine de la biochimie.

Histoire de la chimie inorganique

Depuis l'Antiquité, les gens connaissent et utilisent des composés inorganiques comme le bleu de Prusse (_Fe4[Fe(CN_)6]3), qui est un pigment bleu foncé. Mais personne ne savait de quoi ces substances étaient composées avant la fin des années 1800 et le début des années 1900, lorsque le domaine moderne de la chimie de coordination a commencé à se développer. Alfred Werner, qui a vécu de 1866 à 1919 et a remporté le prix Nobel de chimie en 1913, et Sophus Mads Jrgensen ont effectué de nombreux travaux et se sont disputés à ce sujet, ce qui a conduit à une grande partie de ce que nous connaissons aujourd'hui de la chimie inorganique (1837 -1914). Après que Werner a gagné ces arguments, le domaine de la chimie inorganique est devenu moins populaire jusqu'au milieu du 20e siècle, lorsque la Seconde Guerre mondiale l'a ramené sous les feux de la rampe. Au cours de la période qui a suivi la Seconde Guerre mondiale, de nombreuses découvertes et idées importantes ont été faites. Par exemple, d'importantes théories ont été élaborées sur la façon dont les liaisons se forment dans les composés de coordination.

Lathéorie du champ cristallin (CFT) et la théorie du champ de ligands (LFT) ont toutes deux été élaborées peu après la Seconde Guerre mondiale. Ce sont deux théories importantes qui expliquent les propriétés spectroscopiques, chimiques et structurelles des composés de coordination inorganiques. La CFT est plus facile à comprendre, tandis que la LFT est plus précise. Dans les années 1950, le procédé Haber-Bosch et les catalyseurs organométalliques qui accélèrent d'importantes réactions organiques ont été découverts. Le procédé Haber-Bosch est l'une des réactions industrielles les plus importantes au monde. Il est accéléré par un catalyseur d'oxyde inorganique. Il permet de fabriquer de l'ammoniac directement à partir d'azote (_N2) et d'hydrogène (_H2).

$$N_{2\,(g)} + 3H_{2\,(g)} \rightleft 2NH_{3\,(g)}

Depuis son invention au début du 20e siècle, il a permis de produire une énorme quantité d'engrais, ce qui a considérablement augmenté la quantité de nourriture cultivée dans le monde. C'est pourquoi on pense que ce processus est responsable d'une grande partie de l'azote contenu dans le corps humain moyen. Dans un cadre industriel, la réaction doit se faire à des températures et des pressions élevées. Cependant, l'enzyme nitrogénase présente dans les racines des plantes peut effectuer cette réaction à basse température et à basse pression. Ensuite, les scientifiques ont travaillé dur pour trouver comment améliorer les catalyseurs inorganiques en en apprenant plus sur les cofacteurs métalliques des enzymes. Le lien entre le processus industriel Haber-Bosche et l'enzyme nitrogénase a été l'une des premières façons dont la chimie organométallique et la biochimie ont pu communiquer l'une avec l'autre.

Fig. 3. Les expériences réalisées en laboratoire sont très importantes pour le développement de la chimie, et de la science en général. Image extraite de : Wikimedia Commons.

Histoire de la chimie organique

Lescomposés de carbone constituent la plupart des êtres vivants sur Terre. Le nom de vie "à base de carbone" vient du fait que la plupart des êtres vivants sont constitués de composés de carbone. Nous n'avons jamais vu d'autre type de vie. Les premiers chimistes pensaient que les substances prélevées sur les organismes (plantes et animaux) constituaient un type de matière différent qui ne pouvait pas être fabriqué en laboratoire. Ils appelaient ces substances "composés organiques" parce qu'elles ne pouvaient pas être fabriquées en laboratoire. Le vitalisme était une idée largement répandue selon laquelle les composés organiques étaient fabriqués par une force vitale que l'on ne pouvait trouver que dans les êtres vivants. Friedrich Wohler, un chimiste allemand, a été l'un des premiers à montrer que cette partie du vitalisme était erronée. En 1828, il a rapporté avoir fabriqué de l'urée, que l'on trouve dans de nombreux fluides corporels, à partir de matériaux non vivants. Depuis, on sait que les molécules organiques suivent les mêmes lois naturelles que les molécules inorganiques, et le groupe des composés organiques s'est élargi pour inclure les composés naturels et artificiels qui contiennent du carbone. Certains composés à base de carbone, comme les carbonates et les cyanures, ainsi que les oxydes simples comme le CO et le_CO2, ne sont pas considérés comme organiques. Même si la communauté des chimistes n'est pas parvenue à une définition unique et claire, la plupart s'accordent à dire que les molécules organiques ont pour élément principal le carbone, qui est lié à l'hydrogène et à d'autres atomes de carbone.