| Statistiques
et histoire de la chimie : |
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Vous savez probablement
que «hydrogène» veut dire «qui engendre de l'eau»
et qu'on l'a découvert au 18e siècle. Mais savez-vous
quels sont les éléments qui ont été découverts
en premier? Pourquoi tant de découvertes dans les années 1800?
Et qu'est-ce que le «Unununium»?
Promis, je vous en parle bientôt.
1. Comment faire?
Pour mener à
bien cette enquête, il faut vous munir des aides suivantes: dictionnaires
de l'histoire des sciences, livres de chimie, sites Internet branchés
sur le sujet, etc. (une liste est donnée en fin d'article), calepin,
photocopieuse, ordinateur avec traitement de texte, tableur-grapheur, intégrateur
et dérivateur (voir plus loin), jeux (quand on en a marre...).
Une fois la liste des dates de découvertes et le nom des éléments
listés (la liste est longue, on y ajoute bien sûr les circonstances
des découvertes, le nom du savant associé, etc.), on remplit des
tableaux et trace des graphiques qui sont censés illustrer de manière
synthétique les infos collectées.
Alors, quels sont les résultats de cette enquête?
2. De l'usage de la statistique: les résultats
Les dates de découverte des éléments
En 1700, on connaissait seulement 13 éléments (au sens moderne de ce terme), à savoir: C, S, Fe, Cu, Ag, Sn, Sb, Au, Hg, Pb, As, Zn, et P. Pourquoi ceux-ci? Ce sont essentiellement des corps faciles à obtenir ou même existant à l'état natif. Ainsi de l'or, de l'argent et du cuivre. Le cas du fer est curieux car le minerai (oxyde surtout) n'est pas très facile à réduire, il faut disposer de hautes températures. Les Hittites sont connus pour avoir mis la pâtée à leurs ennemis qui ne disposaient pas encore d'armes en fer mais seulement en bronze, beaucoup moins résistant.
Depuis 1770 environ, les découvertes se sont succédées à un rythme apparemment régulier. Si l'on porte le numéro atomique Z (nombre de protons du noyau, qui détermine la place de l'élément dans la classification, vous n'avez quand même pas tout oublié!) en fonction de la date retenue pour la découverte (figure 1), on constate que le nuage de points est très «homogène» jusqu'aux années 1940. Autrement dit, la place des éléments dans la classification de Mendeleïev ne préjuge aucunement de la précocité de sa découverte. Il est plus difficile de trouver l'élément Z=2 que l'élément Z=82.
Les informations intéressantes sont obtenues en traçant d'autres graphiques, l'imagination est au pouvoir. J'ai ainsi tenté de représenter en fonction des dates de découvertes, le groupe auquel appartient l'élément (Li, groupe 1, Ca, groupe 2'), l'électronégativité, le point de fusion, etc. Seuls deux autres graphiques me sont restés.
figure 1 : dates de découverte des éléments
figure 2 : nombre d'éléments connus
La
figure 2 confirme la première: Cette fois, on compte tous les éléments
découverts à une date donnée. C'est une courbe «intégrée»
obtenue par sommation depuis la nuit des temps. Progression régulière,
on peut dire qu'en gros on découvre un élément nouveau
tous les deux ou trois ans. Surprenant non?
En y regardant de plus près, on voit quand même plusieurs marches
d'escalier dans cette courbe. Celle des années 1800 ' 1820
est flagrante.
La figure 3, obtenue par dérivation sauvage de la précédente (j'ai groupé l'ensemble des éléments découverts sur une période de 10 ans), montre alors plusieurs périodes de fièvre: décennie 1800 (années 1800 à 1809), 1870, 1940. Que s'est-il passé durant ces périodes?
figure 3 : nombre d'éléments découverts par décennie
3. Et la chimie dans tout ça?
Les deux premières
figures s'expliquent aisément aujourd'hui: obtenir un corps
simple à partir d'un corps composé, voire d'un mélange,
dépend de la stabilité de ces corps composés, donc de propriétés
comme l'électronégativité ou le potentiel d'oxydoréduction,
et non le numéro atomique directement. La relative régularité
dans les dates de découvertes montre que les éléments découverts
en premier étaient bien sûr les plus faciles à identifier.
La difficulté croissante a évité, sauf à certaines
périodes, l'emballement du rythme des découvertes.
La troisième (courbe «dérivée») demande qu'on
se penche sur les événements liés aux périodes fastes.
On découvre alors quelques étapes majeures du développement
de la chimie:
Le 18e siècle : la matière et sa conservation
Sir Robert Boyle, avant 1700, a montré par un très gros travail, que les gaz «existent», qu'on peut les peser. C'est le début de la fin pour le phlogistique et la théorie des quatre éléments (Terre, Air, Feu, Eau). Dommage que ce savant soit anglais, on pourrait lui rendre en France, l'hommage immense qu'il mérite! Songez qu'il découvre la constance du produit pV dix-huit ans avant notre abbé Mariotte national. C'est encore lui qui donne la première définition moderne du terme «élément». Après lui bonjour Hydrogène, Chlore, Oxygène, Azote 'excusez du peu!
Antoine Laurent de Lavoisier, avant la Révolution (elle ne lui a pas réussi), systématise l'utilisation de la balance, déjà préconisée par d'autres (dont Boyle). C'est la chimie quantitative qui démarre et elle va permettre de nombreuses découvertes. Si l'on ajoute à cela le gros effort de nomenclature fait avec Guyton de Morveau (Dijonnais, mais oui!), on peut dire que Lavoisier est universellement reconnu comme le créateur de la chimie moderne.
Au fait, il n'a découvert aucun élément.
Le tournant du 18e au 19e siècle: l'électrolyse
Luigi Galvani sur son balcon. Des grenouilles fraîchement disséquées, un crochet en cuivre et l'Italien découvre l'électricité. Il ne se doutait pas que ses cuisses de grenouilles qui remuaient à chaque contact avec le balcon de fer allaient permettre, quelques années plus tard à son compatriote Alessandro Volta (en 1800) de fabriquer la première «pile», et encore moins que l'Anglais Humphrey Davy, pas encore Sir, allait immédiatement infliger ce traitement de batracien à tout corps résistant encore aux assauts des analystes de tout poil. C'est ainsi qu'on obtint en quelques années le Sodium, le Magnésium, le Potassium, le Calcium, le Baryum et le Lithium. Dans la foulée, le Bore, le Silicium, l'Aluminium puis le Béryllium (grâce aux vertus réductrices du tout jeune Potassium) passèrent à la casserole.
Joli tir groupé sur les réducteurs les plus «réfractaires»!
Les années 1860 à 1890: la spectroscopie
Gustav
Kirchhoff et Robert Bunsen, bien
après Newton (pensez, son traité d'optique date de 1704),
redécouvrent l'arc-en-ciel et analysent les lumières émises
par les éléments. C'est la découverte de l'analyse
non-destructive: ce n'est plus «détruisez, et vous saurez»
mais «regardez, et vous saurez». C'est la découverte
du Cæsium, du Rubidium, du Thallium, de l'Indium (son nom vient
d'Indigo, et non des Indes) et bien d'autres. Avec en prime l'Hélium,
découvert à 150 millions de kilomètres de distance sur
le Soleil en 1868!
Le 20e siècle: la radioactivité
Marie
Sklodowska et Pierre Curie. L'histoire
a souvent été racontée. Isoler le Polonium
et le Radium était une histoire de chimie traditionnelle, pas de radioactivité.
Néanmoins cela ouvrit la porte à la découverte d'autres
éléments, surtout à partir de la découverte de la
radioactivité artificielle (on reste en famille avec Irène
et Frédéric Joliot-Curie) et de la fusion. On en est actuellement
à l'élément
118, furtif et instable. Les physiciens de l'accélérateur
d'ions lourds de Darmstadt jurent qu'ils l'ont vu, on les
croit.
Les transmutations des Alchimistes se réalisent, ce sont des physiciens
qui font la loi, Lavoisier se retourne dans sa tombe, la matière ne se
conserve plus tout à fait...
Y'a plus de saisons!
4. Grandeur et difficulté de la Chimie
Tout cela ne s'est pas passé sans difficultés, vous vous en doutez bien. Quelques idées?
Savez-vous qu'en 1789 (année du Traité de Chimie de Lavoisier), soude et potasse sont considérés comme des corps simples, de même que la Lumière et le Calorique? Que les acides contiennent soi-disant tous de l'oxygène, à l'instar de l'acide chlorhydrique (esprit de sel)? Qu'on embrouille magnésium et manganèse (et oui, la confusion Mg/ Mn ne date pas d'aujourd'hui)?
Pourriez-vous faire de la chimie sans connaître vraiment les masses molaires atomiques des éléments? Ce problème a occupé tout le XIXe siècle.
Et d'abord, qu'est-ce que l'élément? Les découvertes dont nous avons parlé sont souvent celles des corps simples. C'est avec la spectroscopie qu'on peut véritablement parler de propriété de l'élément, bien que cette propriété touche le nuage électronique. Les chimistes ont toujours douté devant ce qu'ils considéraient, à un moment donné, comme étant un corps simple et non composé: corps simple = «non décomposable», et non «formé d'un seul élément».
Enfin, comment nommer un élément nouveau? Pour les derniers-nés, et avant qu'ils ne reçoivent un nom particulier, l'IUPAC a trouvé une dénomination très poétique: L'élément 111 se nomme... «cent onze» (c'est sa définition, après tout) mais, n'en déplaise à Molière, nous parlerons Charlatan. Il s'appellera donc' «UNUNUNIUM». Merdre alors!
Bibliographie sommaire
ANGENAULT, J. La Chimie, Dictionnaire Encyclopédique, Paris, Dunod.
DAGOGNET, F. Tableaux
et langages de la chimie, Seuil, 1969, 220 pages.
(collection Science ouverte)
DIRECTION MICHEL SERRES. Éléments d'histoire des sciences, Bordas, 1989, 570 pages.
LE THOMAS, P. J.
La métallurgie, Seuil, 1963, 190 pages.
(collection le Rayon de la Science)
MASSAIN, R. Chimie et chimistes, Paris, Magnard, 1979, 390 pages.
PARTINGTON, J. R. A history of Chemistry, London, MacMillan, 1970, 4 volumes (3000 pages).
WOJTKOWIAK, B.
Histoire de la Chimie, Technique & Documentation, Lavoisier, 1984,
245 pages
(collection d'histoire des sciences)
WINTER Mark. (Page consultée le 30 janvier 2003). WebElements, [En ligne]. Adresse URL: http://www.webelements.com
Autres textes du site Carrefour atomique donnant des informations l'histoire des éléments chimiques:
Personnages-éléments par des élèves sous la supervision de leur enseignant(e)
À mon fils par des élèves sous la supervision de leur enseignant(e)
Origine du nom des éléments chimiques par Ghislaine Bourque
Un poète-conteur scientifique réinvente l'Univers par Sam Cannarozzi, Parcieux, France
Étymo-éléments - Vérités rudimentaires par Sam Cannarozzi, Parcieux, France
Comptines du tableau périodique par Sam Cannarozzi, Parcieux, France
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Page mise à jour : le 2 février 2003
