Chimie et chimistes

Joseph Black
l'identification du CO2
et la découverte de la chaleur latente

par Sinisa Lovric

Dans ce texte, je vous décris la vie de Joseph Black, le grand chimiste et physicien britannique à qui l'on doit beaucoup dans le domaine scientifique. J'aborde plusieurs aspects dans cette biographie: sa vie, ses découvertes et pour finir, je vous parle de leurs impacts.

Joseph Black est né le 16 avril 1728 à Bordeaux, dans une famille de quinze enfants. Son père, John Black, était vendeur de vins comme sa mère, Margaret. Lorsqu'il eut douze ans, Joseph fut envoyé à l'école pour apprendre le latin et le grec. À seize ans, il réussit à s'inscrire à l'Université de Glasgow pour étudier les arts. Son père John n'aima pas trop la décision de son fils, alors après quatre ans d'études, Joseph décida de changer de programme et choisit la médecine. En 1757, il fut nommé professeur de médecine et d'anatomie à l'Université de Glasgow. Joseph était un professeur très populaire et attirait beaucoup d'étudiants d'Europe; il donnait environ cinq conférences par semaine. Il se déplacera à Édimbourg en 1752 pour continuer ses études en médecine, mais reviendra à Glasgow en 1756 pour enseigner l'anatomie. Plusieurs de ses étudiants le suivront, car ils l'admiraient beaucoup. Joseph, n'ayant pas toujours été en bonne santé, souffrait d'affections pulmonaires, ce qui l'a motivé à devenir végétarien. Mais il manqua de vitamine D et se décida à déménager à la campagne où il pouvait consommer davantage de lait qui en contient beaucoup. Ça ne sera pourtant pas suffisant, et il mourra, seul, comme il a vécu, le 6 décembre 1799 à Édimbourg.


Joseph Black a découvert plusieurs gaz, mais on s'attardera à ses plus importants travaux, c'est-à-dire ceux menés sur la chaleur latente et l'identification du CO2. En 1761, Black découvre le phénomène de la chaleur latente, chaleur émise ou absorbée pendant qu'une substance fond ou se solidifie sans variation de la température. Par exemple, si la glace est chauffée et que la température atteint 0 °C, celle-ci restera constante jusqu'à ce que toute la glace soit fondue. On sait bien que la glace doit absorber de la chaleur pour fondre; c'est cette chaleur nécessaire qui est appelée la chaleur latente. Trois ans après, il mesura la chaleur latente de la vapeur. Joseph Black posait alors les bases de la calorimétrie en utilisant les notions de quantité de chaleur, de capacité calorifique, de chaleur spécifique et de chaleur latente. Il a ainsi découvert que des substances différentes présentaient des capacités calorifiques diverses. La capacité calorifique "c" est la quantité de chaleur nécessaire à l'augmentation de la température de 1 °C. On peut dire aussi que c'est une mesure de l'énergie thermique qu'il faut ajouter ou retrancher au système pour modifier sa température. Son élève et assistant James Watt mettra en pratique ces découvertes pour améliorer la première machine à vapeur.


Joseph a donc fait plusieurs découvertes et l'une d'entre elles fut l'identification du gaz carbonique, le CO2, et c'est en décomposant de la craie et du calcaire qu'il l'obtint. Black lui a donné un nom spécifique: air fixe. Le dioxyde de carbone est 1,5 fois plus dense que l'air. On peut l'obtenir de plusieurs façons: par combustion ou oxydation, par la décomposition de carbonates, entre autres. Le gaz carbonique est utilisé par les plantes vertes et dans le sang, le dioxyde de carbone stimule la respiration, c'est pourquoi on le mélange à l'air pour la respiration artificielle, ainsi qu'aux gaz utilisés en anesthésie.

Le dioxyde de carbone est surtout utilisé comme réfrigérant parce qu'il peut passer directement à l'état gazeux. On en fabrique de la neige carbonique et on en remplit des extincteurs parce qu'à l'usage, elle reste dans le même état, ce qui est un avantage: elle ne brûle pas et n'alimente pas les combustions habituelles, c'est pour cette raison qu'elle est utilisée pour éteindre les feux. Dans l'industrie, on utilise des sels, qu'on appelle sels eutectiques (ou paraffine), pour stocker la chaleur et limiter la surchauffe des matériaux quand la température varie faiblement; ces sels fondent en absorbant
beaucoup de chaleur latente, qu'ils redonnent ensuite au moment de la solidification.


Enfin, Joseph Black venait d'une famille ordinaire, mais il aimait explorer les phénomènes inexplicables. Il a ainsi réussi à faire plusieurs grandes découvertes, dont la chaleur latente et le gaz carbonique, lequel, malheureusement de nos jours, est une source majeure de pollution, favorisant les réactions en chaîne responsables de l'effet de serre… Avait-il prévu d'aussi tristes conséquences?


Bibliographie

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ALARY, J. (1998, Octobre). «Joseph Black». Encyclopédie du Canada [CD-ROM], vol. 1. CD Sciences - Banque de textes scientifiques, Version 3,82, Outremont, CEDROM-SNi, Août 2000.
 
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Recherche : Sinisa Lovric, Centre Le Goéland, Sherbrooke (Québec), CANADA.
Validation du contenu : Marc Richard
Révision linguistique : Béatrice Migneault

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