John
Dalton
par
Sandy Lessard et Lucie Veilleux
La science physique
moderne a été fondée sur le développement de la théorie
atomique du chimiste et physicien britannique John Dalton. Par contre, les idées
de Démocrite énoncées 2000 ans auparavant, prônant
que l'atome était la plus petite particule indivisible de la matière,
ont inspiré Dalton dans ses recherches scientifiques.
Qui est John Dalton?
John Dalton est né
le 6 septembre 1766 à Eaglesfield, dans le Cumberland. Premièrement,
il fut instruit par son père et ensuite, il alla à l'école
de sa ville natale dans laquelle il commença à enseigner dès
l'âge de 12 ans. En 1793, il s'installa à Manchester où il
vécut le reste de ses jours comme enseignant. En 1787, il commença
une série d'observations météorologiques qu'il continua durant
environ 57 ans. Il accumula quelque deux cent mille observations et mesures du
temps dans sa région. Son intérêt pour la météorologie
le conduisit à poursuivre des études à propos de différents
phénomènes ainsi que d'instruments utilisés pour les mesurer.
En 1803, Dalton supposa pour la première fois que la matière est
composée d'atomes de différentes masses et qu'ils se combinent en
respectant des proportions massiques simples. En 1808, Dalton publia son œuvre
qui s'intitule Un nouveau système de philosophie chimique. Dans
ce livre, il énonce la liste des masses atomiques de certains éléments
connus par rapport à la masse de l'hydrogène. Cette liste n'était
pas tout à fait correcte, mais elle formait la base de la table périodique
des éléments. En étudiant les propriétés physiques
de l'air atmosphérique et d'autres gaz, Dalton a élaboré
sa théorie atomique. Au cours de ses nombreuses recherches, il découvrit
ensuite la loi des pressions partielles des gaz mélangés. Cette
théorie suppose que la pression totale exercée par un mélange
gazeux est égale à l'addition des pressions individuelles exercées
par chacun des gaz si ce gaz occupait seul le volume entier. Après ses
nombreuses découvertes, il gagna plusieurs prix prestigieux dont la médaille
d'Or de la Royal Society en 1826. Il devint l'un des huit associés étrangers
de l'Académie française des sciences en 1830. Dalton mourut le 27
juillet 1844 à l'âge de 78 ans.
Joseph Louis Proust
Joseph Louis Proust est un chimiste français né en 1954. Celui-ci
est l'un des fondateurs de l'analyse chimique. C'est à partir des découvertes
de Proust que Dalton forma sa théorie atomique de la matière.
John Dalton
La théorie atomique de la matière supposait que tous les atomes
d'un élément donné étaient identiques et que les atomes
d'un élément particulier n'étaient pas les mêmes que
ceux d'un autre élément. Ceci était la théorie de
Démocrite. Dalton, lui, alla encore plus loin en disant que les atomes
étaient différents par leur masse et que l'on pouvait mesurer cette
masse. Les chiffres que Dalton accorda aux «poids atomiques» n'étaient
pas tout à fait précis.
Jöns Jakob Berzelius
Dès 1828, c'est grâce aux analyses effectuées sur divers composés
par le chimiste suédois Jöns Jakob Berzelius que les premiers poids
atomiques assez précis furent connus. Berzelius prit pour unité
de base la masse de l'atome d'oxygène auquel il accorda le chiffre 16.
En se basant sur cette échelle, le poids atomique du soufre est de 32.
Donc, l'atome du soufre est deux fois plus massif que l'atome d'oxygène.
Dans la nature, l'atome le plus massif que l'on puisse trouver en quantité
raisonnable est l'atome d'uranium. Son poids atomique est de 238, l'uranium est
donc 15 fois plus massif que l'atome d'oxygène. Des atomes dont le poids
atomique est inférieur à celui de l'oxygène existent aussi.
Par exemple, le poids atomique de l'azote est de 14, celui du carbone est de 12.
Connaître la masse relative ne nous est pas particulièrement utile,
même si l'on sait que, par exemple, l'atome de soufre est deux fois plus
massif que celui d'oxygène. Cela ne nous informe pas sur la masse en grammes
ou sur la taille de ces atomes.
Amadeo Avogadro
En 1811, le physicien Italien Amadeo Avogadro entrevit la solution du problème.
Il laissa entendre que des volumes semblables de gaz différents contenaient
exactement le même nombre de particules de matière. Au début,
cette hypothèse fut rejetée parce qu'elle n'était pas comprise.
Les chimistes ne parvenaient pas à comprendre que les particules composant
un gaz n'étaient pas nécessairement des atomes individuels. Il pouvait
s'agir de groupements plus ou moins permanents de deux ou trois atomes. Ces groupements
se sont fait nommer «molécules».
Stanislao Cannizzaro
C'est en 1860 que l'Italien Stanislao Cannizzaro explique avec clarté l'hypothèse
d'Avogadro. Le poids atomique de l'oxygène étant de 16, les chimistes
commencèrent à dire que le «poids moléculaire»
de l'oxygène était de 32 puisque chaque molécule d'oxygène
contenait deux atomes d'oxygène. Et ça s'applique pour les autres
molécules. On ignore peut-être la masse d'une molécule d'oxygène,
mais on sait qu'un certain nombre (nommé N) de molécules d'oxygène
pèse 32 grammes. Un nombre identique de molécules d'eau pèserait
18 grammes étant donné que la masse relative d'une molécule
d'oxygène est de 18 contre 32. Finalement, le même nombre de molécules
de n'importe quelle sorte aurait une masse de «x» grammes, si «x»
était le poids moléculaire de celle-ci. Puisque cette constatation
découlait directement de l'hypothèse d'Avogadro, le nombre N fut
nommé «nombre d'Avogadro». Pour connaître la valeur de
la masse d'une molécule individuelle, il faut se demander: «qu'elle
est la valeur du nombre d'Avogadro?» Avec cette information, nous pourrions
trouver la masse des atomes individuels constituant cette molécule. Selon
les chimistes de cette époque, ce chiffre était très élevé.
Théorie atomique
Des philosophes de la Grèce ancienne ont introduit la notion d'atome. D'après
eux, l'Univers était composé de particules légères
et indivisibles. Pendant plusieurs siècles, les connaissances à
propos de la taille et de la nature des atomes ont très peu progressé.
Lorsque la science expérimentale est arrivée, la théorie
atomique a commencé à se développer. Les chimistes ont commencé
à analyser les gaz, les liquides et les solides pour identifier leurs éléments.
On trouva par exemple que le sel est composé de deux éléments:
le sodium et le chlore. À l'arrivée de Dalton, il étudia
la manière dont les éléments se combinent pour former les
composés chimiques. Plusieurs autres anciens scientifiques avaient présumé
auparavant que les atomes étaient les plus petits éléments
constituant la matière. Mais c'est John Dalton qui fournit une base scientifique
à ces hypothèses et qui s'est nommé «père de
la théorie atomique moderne». Il démontra de quelle façon
les atomes se combinent entre eux dans des proportions bien définies. Plus
tard, on établit que les atomes forment des groupements nommés molécules.
Ayant réuni les idées de plusieurs scientifiques l'ayant précédé,
Dalton a réussi à faire avancer considérablement la science
avec sa théorie atomique. Il a inspiré la génération
de scientifiques venus après lui permettant ainsi de nombreuses nouvelles
découvertes.
Bibliographie
ASIMOV, Isaac.
La conquête du savoir, Paris, Éditions Mazarine, 1982, 448
p.
«Dalton,
John». Encyclopédie Microsoft Encarta 98 [CD-ROM]. Microsoft
Corporation, 1997.
«Proust,
Joseph Louis». Encyclopédie Microsoft Encarta 98 [CD-ROM].
Microsoft Corporation, 1997.
