John Dalton
Théorie atomique
par Jean-Philippe Richard
Biographie
John Dalton est né à Eaglesfied (Cumberland) en 1766. Il est le fils d'un humble tisserand. Il eut la chance de recevoir une excellente formation en mathématiques et en sciences physiques grâce à l'aide d'un ami de la famille. Dalton est une personne qui a le sens de l'enseignement dès la naissance. À l'âge de quinze ans, il était déjà enseignant dans une école privée dont un de ses proches parents était directeur. Bien sûr, il exerça cette activité avec passion tout au long de sa vie. En 1793, il entra à la "Warrington Academy" de Manchester où il installa un laboratoire de recherche d'une bonne qualité. Ses travaux ont tôt fait de susciter l'attention du monde scientifique de l'époque. Comme tous étaient intéressés, la "Royal Society" lui ouvrit ses portes en 1822. Au cours de l'année 1833, les universités d'Oxford et d'Edimbourg lui décernèrent simultanément le titre de docteur. Maître à l'école de Manchester, fondateur de la théorie atomique, il permit l'introduction d'une nouvelle manière de considérer les choses. Cette façon de voir sera décisive pour le développement ultérieur de toute la chimie. En plus, il découvrit qu'il n'avait pas la même vision que le reste de la population : le défaut de la vision colorée est né (pour le rouge et le vert). Cette défaillance porta dès lors le nom de "daltonisme".
Au début ses travaux scientifiques ne portaient pas sur la chimie. Son point de départ fut la météorologie, ce qui le dirigea à l'étude de l'air et des gaz en général. Ensuite, il s'intéressa à la chimie. Il travailla sur les constituants de l'air et il découvrit, à peu près en même temps que Gay-Lussac, la loi sur la dilatation uniforme des gaz. Ces deux chercheurs trouvèrent la même valeur pour le coefficient de dilatation p = 1/266 = 27 x 10-4. Quelques années plus tard, deux autres chercheurs corrigèrent cette valeur et trouvèrent p = 1/273 = 36,5 x 10-4. Le 21 octobre 1803, Dalton fit une conférence sur les lois qu'il avait découvertes. En plus il développa brièvement sa théorie atomique devant ... sept auditeurs. Il proposa un premier tableau portant sur six éléments (H, N, C, O, P, S) et treize combinaisons.
Découverte
John Dalton est le créateur incontesté de la théorie atomique. Son intérêt pour la météorologie l'amena à l'étude de l'air et des gaz en général. Puis, il s'intéressa à la chimie. Dalton se posa la question suivante : pourquoi les constituants de l'air (azote, oxygène, CO2, vapeur d'eau) ne se séparent-ils pas par ordre de densité (du gaz carbonique le plus lourd qui se maintiendrait au niveau du sol jusqu'à la vapeur d'eau, la plus légère qui se situerait aux grandes altitudes) et pourquoi ce mélange de gaz reste-t-il constamment homogène ? Tout au long de ses analyses détaillées faites dans toute l'Angleterre (campagnes, villes, villages, vallées, montagnes), il remarqua que la teneur en oxygène de l'air était invariable. Il découvrit que dans les mélanges gazeux, chaque constituant se comportait comme s'il était seul dans l'espace considéré. Il fit une conférence devant la "Literary and Philosophical Society" à Manchester. Durant cette conférence, il exposa ses découvertes sur les lois et pour une bonne compréhension de ses travaux, il développa brièvement sa théorie atomique devant un auditoire attentif composé de sept personnes. Il ne s'agit plus dès lors des "atomes" comme l'entendait Démocrite, ou des "particules" de Boyle, mais d'une théorie précise, qualitative et aussi quantitative, qui allait montrer sa fécondité. Dalton admettait que les gaz sont formés de petites particules qui sont toujours en mouvement. Il propose que les particules ou les atomes d'un corps simple sont semblables entres elles, mais elles sont différentes lorsqu'on passe d'un corps à un autre. En somme, une réaction chimique doit pouvoir être identifiée comme étant un agencement nouveau des atomes dans la substance et ces derniers ne subissent aucune altération.
L'éminent chimiste anglais pousse ses recherches encore plus loin et dès 1803 (le 6 septembre 1803 d'après son journal de laboratoire), il symbolise les corps simples et les corps composés par des symboles auxquels il donne un poids "x" de matière (1 à l'atome d'hydrogène, 7 à l'atome d'oxygène, 5 à l'atome d'azote, et ainsi de suite). Nous savons aujourd'hui quelle répercussion cette merveilleuse idée a eu. Tous les symboles chimiques que nous connaissons aujourd'hui ont été présenté dans le célèbre ouvrage que Dalton rédigea : A New System of Chemical Philosophy, publié à Manchester en 1808. À partir du tableau, on peut faire deux constatations :
En premier lieu, quand deux éléments ne donnent naissance qu'à un seul composé, Dalton retient l'explication la plus simple, autrement dit la combinaison binaire : on peut donner en exemple le cas de l'eau (qui, dans notre symbolisme actuel, s'écrirait HO).
D'autre part, lorsque deux éléments sont susceptibles de former deux composés, on adopte une fois de plus la solution la plus simple. En l'occurrence, cette solution est que l'un des composés sera binaire, et l'autre ternaire. (Exemple: l'oxyde de carbone s'écrirait CO et le gaz carbonique serait symbolisé par CO2, de la même façon qu'aujourd'hui.)
Il est important de noter que, à son origine, la théorie atomique reposait bel et bien sur une conception a priori et présentait un certain tour mathématique. Ces deux raisons sont suffisantes pour la rendre douteuse aux yeux de certains chimistes. La nouvelle venue de la "théorie atomique" déclencha de violentes controverses avant de rencontrer un universel accueil. C'est ainsi que l'on nomma John Dalton le père de la théorie atomique.
Impact sur la société
La théorie de Dalton fut un développement énorme lorsque l'on pense à la théorie de Démocrite. Cette théorie permit d'expliquer plusieurs résultats obtenus antérieurement. Dalton proposait ainsi une explication à la loi des proportions définies de Proust. Sans le savoir Dalton orienta les travaux et les recherches de plusieurs chercheurs. En mettant la théorie à l'épreuve, Amedeo Avogadro montra que des volumes de gaz égaux, peu importe la nature, renferment des nombres de particules égaux. Deux siècles après la publication de la théorie atomique énoncée par Dalton, elle est encore acceptée et véridique. Il y a eu des conséquences à la théorie; en voici une : si deux éléments peuvent se combiner pour donner plusieurs corps composés, un nombre entier d'atomes de l'un de ces éléments doit s'unir avec un nombre entier d'atomes de l'autre élément. À partir de cet instant, la loi des proportions multiples, ou loi de Dalton, s'applique. Le chimiste anglais arriva à cette conclusion à la suite de ses expériences sur le méthane et sur l'éthylène. Cependant cette loi avait déjà été établie pour quelques cas particuliers. Pourtant cette loi est à la base même des formules modernes de chimie, et sa signification profonde doit être bien comprise.
BIBLIOGRAPHIE
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Les cahiers de Sciences & Vie, Hors série, no 16, Août 1993.
Recherche : Jean-Philippe Richard, École secondaire Le Ber, Sherbrooke, QC
Page mise à jour : 23 avril 1998
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