Histoire de la chimie

Antoine Lavoisier,père de la chimie moderne.

L'histoire de lachimiedébute avec la découverte dufeuqui est la première source d'énergie utilisée par l'homme pour améliorer son quotidien: éclairage, chauffage, cuisson des aliments, etc. La maîtrise du feu a permis de réaliser les premières transformations contrôlées de la matière, notamment la fabrication duverreet de lacéramiquemais également d'alliagesmétalliques. L'histoire de la chimie est également marquée par les nombreuses tentatives pour développer une théorie cohérente de la matière parmi lesquels on peut citer les théories atomique deDémocriteet des éléments d'Aristotependant la période antique ou le développement de l'alchimieauMoyen Âge.

La chimie ne se distinguera de cette dernière que vers leXVII^esiècle, notamment par les travaux deRobert Boylequi applique laméthode scientifiqueà ses expériences. La publication de son célèbreSceptical Chymisten 1661 est d'ailleurs parfois considéré dans le monde anglo-saxon comme le point de départ de la chimie moderne. Plus tard, les travaux deLavoisiersur les lois de la conservation de la masse contribueront à placer définitivement la chimie au rang de science. Actuellement l'interdisciplinarité dans le monde scientifique fait qu'il est parfois difficile de différencier l'histoire de la chimie de celle de laphysiqueou des sciences de la vie telle que labiochimie.

Préhistoire

Les fondements de la chimie doivent être mis en rapport avec la découverte par l'homme du feu à l'époquepaléolithique,400 000 ans avant notre ère, et qui s'achève à la fin de la dernièrepériode glaciaire,8 000 ans avant notre ère. Outre le fait qu'il permit à l'homme de se chauffer et de cuire ses aliments, le feu peut aussi être considéré comme la première source d'énergie utilisée par l'homme. Cette énergie lui permit tout d'abord de transformer ses aliments (cuisson des aliments) mais également de réaliser de nouveaux matériaux comme des poteries par cuisson de l'argile.Lecharbon de boisest également utilisé commepigmentdans les peintures préhistoriques dans lesgrottesou les abris sous roche. Il sera par la suite également utilisé comme combustible. Lachauxet leplâtresont expérimentés très tôt.

Peu à peu, l'attention des hommes semble avoir été attirée par certaines roches ou pierres colorées: l'ocre rouge (oxyde de ferextrait des argiles àhématite), l'ocre jaune (oxyde de fer extrait des argiles àgoethiteetlimonite), pierres bleues ou vertes (carbonates de cuivre,azuriteoumalachite), pierres violettes à base d'oxyde demanganèse(manganite,pyrolusite).

Les recherches archéologiquesmontrent que des peuples duMoyen-Orientsont à l'origine des premières utilisations dubitumeremontant auPaléolithique Moyenil y a environ 40 000 ans à 70 000 ans.

Il fut utilisé en tant que matière première pour ses nombreuses propriétés, notamment pour la conception de bâtiments.

Antiquité

L'Antiquitévoit les débuts de la métallurgie (paléométallurgie), c'est-à-dire l'extraction par l'homme des métaux à partir des minerais présents dans la nature, généralement sous forme de sels. Ces métaux seront ensuite retravaillés et utilisés soit sous forme pure soit en tant qu'alliage.L'utilisation dubitumese généralise également.

• Or:utilisé à l'état natif depuis les débuts de l'Antiquité. Métal inaltérable et de très faible réactivité chimique il n'a, durant cette période, fait l'objet d'aucune transformation chimique. Considéré alors comme un métal parfait, il revêt une valeur monétaire et artistique importante
• L'argent:présent à l'état natif sous forme d'alliage avec l'or (électrum). Il peut également être extrait de lagalène
• Lecuivre:il a pu être trouvé à l'état natif mais également sous forme impure dans la malachite. Son commerce pendant l'Antiquité sera une importante source de richesse
• Lebronze:premier alliage fabriqué par l'homme. C'est l'airain (aes) des Anciens. Les premiers alliages de cuivre découverts proviennent de Turquie (Catal Huyuk). Ce sont des alliages cuivre-arsenic. Le bronze apparaît aux alentours de l'an -6000 (Âge du bronze) et sera rapidement utilisé dans la fabrication d'armes. L'étain qui va se substituer à l'arsenic entre pour 10 % environ dans la composition des bronzes romains.
• Lefer:Il est possible qu'il ait été découvert il y a environ 3 800 ans enAnatoliepar lesHittites,mais il pourrait également être originaire d'Inde où des objets de fer très anciens ont également été trouvés. Ses premières utilisations, également pour des applications militaires, datent de 2500av. J.-C.Son usage est plus tardif car sa fabrication requiert des fours permettant d'obtenir des températures plus élevées. Le fer n'existe pas à l'état natif (mis à part le fer provenant de météorites qui est d'ailleurs allié au nickel). Pour l'obtenir il est nécessaire de réduire les oxydes de fer à l'aide de charbon de bois. L'homme s'aperçut alors que l'ajout d'une certaine quantité de carbone rendait le fer plus tranchant et plus résistant. Ce fut l'apparition du premieracier.
• Lelaiton:alliage constitué de cuivre et dezincapparaît vers 1000 av. J.-C.; on en a trouvé notamment dans des pièces romaines.
• Lebitumeet l'asphaltenaturels servaient demasticpour étanchéité (imperméabilité) pour la confection de coupes et de statuettes et pour cimenter lesbriques.Desgoudrons,poixetbraissont obtenus par distillation pour étancher les vases et les navires.

Égypte ancienne

Les Égyptiens auraient inventé leverreil y a environ 3 800 ans à partir dusabledu désert et dunatronchauffés au four jusqu'àfusionauxquels on ajoute souvent de lachaux.À partir de -1800 environ, ils savent aussi extraire leferde ses minerais. Les Égyptiens connaissent lafermentationqui leur permet de produire de labière.Ils fabriquent des colorants (indigo,cinabre), utilisés notamment pour lesfards(malachite). Lespapyrus d’Ebers(1600av. J.-C.) et deBrugsch(fin duXIV^esiècleav. J.-C.) nous montrent de plus les connaissances en médecine et en pharmacie desÉgyptiens.

Chine

• Fabrication de laporcelaine.

Inde

Les Indiens sont parmi les premiers peuples à avoir fabriqué du fer^{[réf. nécessaire]}.Ils ont développé un art très poussé de cette métallurgie au fil des siècles. Au Moyen Âge, le métal des lames des meilleures épées étaient appelé damasquiné en occident, car on l'approvisionnait depuis Damas. Ces lames étaient pourtant faites d'un acier Indien: lewootz.Lepilier de fer de Delhiconstitue un autre témoignage de la haute qualité des fabrications Indiennes de fer. Le déclin de la métallurgie Indienne s'amorce vers leXIV^esiècle.

Grèce antique

• LesMinoens(duXXVII^eauXII^esièclesav. J.-C.) grillaient lapyrite(FeS₂) pour l'utiliser comme minerai de fer.
• Certains historiens des sciencesconsidèrentThalès de Miletcomme le fondateur de lachimie,car il fait de l'eau le principe explicatif de l'Univers.Pour son disciple,Anaximène de Milet,l'élément primordial est l'air qui devient feu par dilatation, puis vent. Un peu plus tard,Xénophane de Colophonpropose la terre comme racine de toute chose. PourHéraclite,le feu est à l'origine des choses.
• PourEmpédocle(V^esiècleav. J.-C.), il existequatre élémentsde base: l'eau, l'air, le feu et la terre qui s'attirent ou se repoussent.Platonreprend plus tard cette théorie en associant ces quatre éléments à des formes géométriques reliées à des nombres de triangles. Ainsi le feu est associé autétraèdre(4 triangles équilatéraux) qui a les arêtes les plus pointues (d'où le fait qu'il pique), la Terre aucube(24 triangles rectangles isocèles signe de stabilité), l'Air à unoctaèdre(8 triangles équilatéraux) et l'Eau à unicosaèdre(20 triangles équilatéraux).Aristote,élève de Platon, reprendra le modèle des quatre éléments en leur associant 4 qualités: l’humide, le sec, le chaud et le froid. Chacun des éléments est alors décrit comme l’association de 2 qualités (par exemple: le feu est une combinaison des qualités sec et chaud). Les écrits d'Aristote seront traduits en arabe et, plus tard, traduits en latin parThomas d'AquinetRoger Bacon.Le médecinGalienintroduira auII^esièclelesquatre humeurs(sang, phlegme, bile jaune et bile noire) comme une combinaison des qualités d’Aristote: la médecine de Galien restera une référence pendant l’Antiquité et tout le Moyen Âge.
• Le philosopheAnaxagorevoit le monde en perpétuel changement, sans création ni destruction de matière mais avec des réarrangements des particules élémentaires^{[réf.souhaitée]}.
• Leucippeet son discipleDémocritepensent que la matière est composée d'entités élémentaires, lesatomes.Ceux-ci sont insécables, limités en diversité et forment la matière « comme les lettres forment les mots ». Cette théorieatomique,divulguée parÉpicureetLucrèce,servira de base à l'alchimie. Les atomescrochusassurent la cohésion de la matière tandis que les atomesrondsexpliquent lafluiditédes liquides.
• Vers 40apr. J.-C.,un médecin grec,Dioscoride,mentionne lesoufredans ses écrits ainsi qu'une poudre blanche obtenue parcalcinationde certaines pierres servant à produire l'orichalque.

Rome

Vers 30av. J.-C.,Vitruve,dans son ouvrage traitant des matériaux et techniques de constructionArchitectura,cite plusieurs matériaux dont lachaux,leciment romain,l'ocre,l'orpiment,lapourpre,lagarance,lepastel…Pline l'Ancien,dans sonHistoire naturelle,récapitule les substances chimiques connues à son époque dont le soufre, lenaphte,legypse.D'autres substances, connues bien avant les Romains, sont mentionnées dans des documents comme lespapyrus alchimiques de Leyde et de Stockholm,leslapidaires(données sur les pierres précieuses) et des ouvrages deZosime de Panopolis.

En plus des substances citées antérieurement, on trouve^{[réf.souhaitée]}:

• lecristal de rocheouquartzutilisé par les Romains pour la fabrication deloupes;
• lapierre de magnésiesusceptible d'exercer une action sur le fer;
• l'alun;
• lesel de Cappadoce;
• lafleur de cuivre(chalcanthon) ouvitriol;
• levif-argent(mercure) ou argent liquide qui forme facilement desamalgamesavec les métaux;
• lenitreousalpêtrede couleur blanche, soluble dans l'eau;
• lalithargeou l'orpimentemployé dans les alliages pour remplacer l'or, trop onéreux.

Parmi les techniques connues, on peut citer lebain-marieet ladistillationqui fournit diversesprits(produits légers) et deshuiles(produits lourds, moinsvolatils). L'esprit de naphte et l'huile de naphte étaient, à titre d'exemple, obtenus par distillation du naphte.

Naissance de l'alchimie

• L'alchimienaît en Égypte dans la région d'Alexandrie.Les premiers textes alchimiques sont écrits en grec et apparaissent dans les premiers siècles de notre ère.Les alchimistes cherchent à fabriquer à partir de métaux divers lemétalparfait qu'est l'or.L'objectif est la fabrication de lapierre philosophalequi transmute les métaux en or et permet la préparation de lapanacéeou remède universel. L'alchimie est aussi une recherche spirituelle et demande une initiation à ses secrets. Les corps sont classés en solides, liquides et vapeurs et selon leur couleur. Ils interagissent suivant des notions de sympathie et d'antipathie. Cette philosophie repose sur la théorie des quatre éléments de Platon complétée par l'introduction de laquintessence(la5^eEssence ou le cinquièmeélément).
• Soufre, mercure et sel: lesoufreet lemercuresont issus de l'alchimie arabe et le sel deParacelse.Au soufre se rattache tout ce qui est chaud, dur et masculin; au mercure tout ce qui est froid, féminin; quant au sel il assure le cohésion du soufre et du mercure lors de leur union.

Moyen Âge

Civilisation arabe

• Certains historiens^[Lesquels?]croient que le mot « chimie » est dérivé du mot arabeAl kemiouAl kem« الكم », (littéralement lakemia« الكيمياء », la « chimie »).Al kemsignifie aujourd'hui en arabe la quantité, attestant que la chimie passe par une précoce approche quantitative de la matière, couvrant indistinctement le champ des premiers procédés chimiques comme celui du dosage en pharmacopée.Le mot « chimie » vient du mot persanKimia^{[réf. nécessaire]}.
• La civilisation perse compte des alchimistes brillants dontJabir Ibn HayyanetAbu Bakr Mohammad Ibn Zakariya al-Razi.En cherchant de l'or, ils travaillent sur d'autres matières comme l'acide nitriqueet perfectionnent ladistillation.

L'Occident

Bases de l'alchimie

Albertus Magnus, fresque de 1332, Trévise.

L'alchimiearrive en Europe avec les traductions des textes arabes.De nombreux termes (commealambic,alcaliouélixir) seront d'ailleurs repris directement de la langue arabe. Par ailleurs, en raison de lagrande pestequi sévit alors, l'alchimie prétend améliorer la santé par despotionsouremèdesà base de substances chimiques connues. En 1317, le papeJean XXII,à Avignon, réagit contre les fraudes dans les monnaies et les faux métaux contenant de l'or.

Le Moyen-Âge fût l'âge d'or de l'alchimie souvent associée à l'astrologie.À cette époque,sept métauxétaient connus (Au, Ag, Cu, Fe, Sn, Pb, Hg) et l'astrologie comptait sept astres particuliers (incluantSoleil&Lune).

La liaison s'établissait ainsi:

• Soleil - l'or(Au)
• Mercure - lemercure(Hg)
• Vénus - lecuivre(Cu)
• la Lune - l'argent(Ag)
• Mars - lefer(Fe)
• Jupiter - l'étain(Sn)
• Saturne - leplomb(Pb)

Certaines expressions du langage perpétuent cette association. Par exemple, lesaturnismedésigne une intoxication au plomb. Il convient également de signaler, auXIX^esiècle, le clin d'œil par des scientifiques lors de la découverte d'éléments radioactifs qui furent nommésuranium,neptuniumetplutoniumen rapport avec le nom des trois planètesUranus,NeptuneetPlutonalors inconnues au Moyen-Âge.Robert GrossetêteetRoger Bacon,qui prônent l'expérimentation comme méthode de travail pour les chimistes, sont représentatifs de cette époque.Albertus Magnus(Albert le Grand), moinedominicain,était un chimiste et alchimiste apprécié. C'est lui qui isola pour la première fois l'arsenic.

Les recettes

Beaucoup d'expériences detransmutationdébouchèrent sur desrecettesmétallurgiques et sur la préparation de nouveaux composés:

• levitriol:H₂SO₄(acide sulfurique)
• l'eau forte:HNO₃(acide nitrique)
• l'esprit de sel:HCl (acide chlorhydrique)
• le vitriol de lune: Ag₂SO₄(sulfate d'argent)
• les cristaux de Vénus: Cu(NO₃)₂(nitrate de cuivre)
• lapoudre noire(mélange déflagrant de salpêtre (du latinsal petraesignifiant « sel de pierre »), de soufre, de charbon de bois)
• l'esprit de vinà plusieurs degrés d'alcool (éthanol)
• l'eau régalecapable de dissoudre l'or (mélange d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique 1:3)

Aucun progrès théorique dans cesrecettesésotériquesqui sont souvent des recopies d'ouvrages antérieurs, mais un développement notable de l'instrumentation et des manipulations.

Chine et Orient

Lapoudre noire(ou poudre à canon), composée d'un mélange decharbon de bois,de salpêtre (nitrate de potassium) et desoufre,est inventée par les Chinois vers lesVI^eetVII^esièclesde notre ère sous ladynastie Tang.

Des écrits des alchimistes chinois datant du milieu duIX^esiècle (v. 855)décrivent précisément la composition de la poudre noire permettant ainsi sa diffusion à d'autres civilisations, en particulier celles du monde médiéval arabo-musulman durant l'âge d'or islamique.

Commeexplosif,elle sera remplacée à partir de 1847 par lanitroglycérined'Ascanio Sobrero.

Renaissance etXVI^esiècle

LaRenaissanceest une réaction intellectuelle contre l'état de fait et le pouvoir ecclésiastique (Galilée,laRéformeavecCalvinetLuther,Concile de Trente,guerres de religion…). En effet, jusqu'à cette période, la recherche d'une explication autre que divine aux phénomènes naturels est interdite jusqu'à l'héliocentrismedeNicolas Copernic(1473-1543). Cette période est celle de l'humanisme,mais les anciens auxquels on se réfère commencent à être tenus à une certaine distance. La chimie va se détacher progressivement de l'alchimie.Andreas Libavius,par exemple, est un alchimiste représentatif de cette époque.

Paracelse

Paracelse,par sa pratique de lamédecineet ses recherches sur lesmédicaments(iatrochimie), est considéré comme un précurseur de la chimie moderne quoiqu'il se réfère à la théorie des quatre éléments et auvitalisme.Il rappelle les vertus thérapeutiques dusoufreet dumercure.D'autres métaux comme l'arsenic,l'antimoineet lebismuthseront mentionnés dans les ouvrages de médecine de la Renaissance. Une polémique naîtra sur la toxicité ou non des remèdes contenant de l'antimoine. AvecVésale,on distinguera lapharmaciechimyque(laboratoire) de la pharmacieordinaire(herbes médicinales). De nombreux instruments de manipulation:spatules,appareils dedistillation,alambics,cornues…ont été inventés dans les laboratoires des alchimistes.

Les ingénieurs

Les nouvelles idées sont véhiculées par des traductions d'ouvrages issus du grec ou de l'arabe, l'imprimeriecontribuant à la diffusion du savoir. De nombreux minéraux, végétaux et animaux sont ramenés des voyages par les grands navigateursVasco de Gama,Christophe Colomb,Magellan,Jacques Cartier,Francis Drake.Cette révolution scientifique en Occident conduit à développer l'esprit d'expérimentation allié aux techniques de calcul (l'algèbre deRaphaël Bombelliparaît en 1572) dans les laboratoires et les premières usines. Les besoins militaires (artillerie,canon,poudre noire…) vont favoriser de façon importante le développement desmineset la production de métaux et d'alliages^{[réf.souhaitée]}.C'est donc la quantification par le biais des instruments de mesure qui caractérise le plus la Renaissance: mesures depression,detempérature(invention dubaromètreparEvangelista Torricelli(1643),thermomètre)… C'est le temps des ingénieurs.Bernard Palissy(1499-1589) se spécialise vers 1463 dans la production d'émauxet defaïence.En 1540,Vannoccio Biringuccio,qui publieDe la pirotechnia libri,est le précurseur de lapyrotechnie.

Agricola

Georgius Agricola

Georg Bauer (1494-1555), ditAgricola,fonde la chimie métallurgique et définit plus précisément métaux et alliages: il étudie plus particulièrement lagalène,lablendeet mentionne lezincet le bismuth. Son principal ouvrage posthume,De Re Metallica,qui paraît en 1556, est un traité de métallurgie comportant des précisions sur la production devitriolvert dontl'huileest particulièrement corrosive. Lecharbon de bois,employé jusqu'ici pour le chauffage des minerais sera progressivement remplacé par lecharbon de terre(houille). En 1546, il publieDe natura fossilium,premier traité deminéralogie(le termeminéralogiesera mentionné par Bernardo Cesi en 1636).

XVII^esiècle

Les métiers de ce siècle (teinturiers,apothicaires,mineurs,métallurgistes,distillateurs,ingénieursmilitaires…) sont représentatifs de l'esprit scientifique de l'époque. Il n'y a pas de percée théorique en chimie (contrairement à la physique:Descartes,Newton,Leibniz), malgré le grand nombre d'ouvrages scientifiques (voir par exemple Johannes Hartmann), d'expériences et de découvertes qui se succèdent.L'alchimie en déclin laisse place à la théorie duphlogistiqueet à la chimie pneumatique.

Atomisme et phlogistique

Pierre Gassendi(1592-1655) reprend en 1624 les théories atomiques de l'Antiquité et précise la notion d'atome et en 1620,Francis Bacon,qui publieNovum Organum,prend parti pour l'atomisme.Georg Ernst Stahl(1659-1734) crée la phlogistique (du grecphlogiston,la terre inflammable). Selon cette théorie, toute matière combustible contient duphlogiston(du feu), qui s'échappe lorsqu'elle brûle. En 1630,Jean Rey(1583-1645), médecin, constate avant l'heure qu'un métal chauffé à l'air forme une chaux (oxyde) plus lourde que le métal, ce qui pose question dans le cadre de la phlogistique. Vers 1680,Johann Joachim Becher(1635-1682) écrit que les corps combustibles et les métaux sont composés de terres vitrifiables, inflammables (qui se dégagent par combustion) et mercurielles.Newton,qui est alchimiste en plus d'être physicien, pense qu'il existe des forces entre lesparticules,comparables aux forces degravitation.En recherchant lapierre philosophale,Hennig Brandtobtiendra en 1669 lephosphorepardistillationde l'urinehumaine.

Les gaz

Jan Baptist van Helmont(1577-1644) différencie les gaz et caractérise legaz sylvestre(CO₂). C'est à l'issue d'expériences, et non d'intuitions, qu'il énonce ses résultats. Il obtient, par exemple, legaz sulfureumparcombustiondu soufre et constate qu'il forme avec l'eaul'oléum sulphuris.Par ailleurs, on sait à l'époque que legaz sylvestrepeut être obtenu par diverses méthodes: action duvinaigresur lecalcaire,combustion du charbon,fermentationdu raisin… En ce qui concerne le vinaigre,Johann Rudolf Glauberdécouvre que le vinaigre de vin et le vinaigre de bois sont de même nature. Il fonde, en 1650 à Amsterdam, une usine chimique desavonet de verre. Après la mise au point du verre decristalau plomb en 1676, l'art de la verrerie est étudié par Johannes Kunchel en 1689 et Jean Haudicquer de Blancourt en 1697. En 1662,Robert Boyle(1627-1691) établit laloi des gazà température constante et publieThe Sceptical ChymistetEdme Mariottefait paraître en 1679 sonessai sur l'airet complète la loi des gaz de Boyle.

Un traité de chimie

Nicolas Lémery

En 1675,Nicolas Lémerypublie le premier grand traité de chimie. La nature est divisée en minéraux, végétaux et animaux. La théorie des sept métaux et l'absence de symboles fait apparaître lachymieplus comme un art que comme une science. Il introduit la notion demixte(mélange) et decorpsdont les éléments ne peuvent être chimiquement séparés. Il définit les acides (huile de vitriol, eau régale, eau forte), les vitriols, les alcalis (bases) et les sels.

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XVIII^esiècle

En Europe, leXVIII^esiècle s'inscrit dans la continuité du précédent en poursuivant l'essor considérable des sciences et des savoirs, qu’on a longtemps qualifié de « révolution scientifique » et dont le récit fut ébauché parFontenelle(1657-1757). Cette odyssée triomphante inclut des figures (le «savant») au cœur d'unparadigmenovateur associant des institutions (lesacadémies), des pratiques rigoureuses (l’expérience) et des lieux désignés (lelaboratoire).

Lesmanufactureset usines vont prendre leur essor et une multitude de nouvelles substances vont apparaître. De nouveaux thèmes d'études, comme lacombustion,lacalcination(transformation du calcaire en chaux) et laréductiondes minerais (cassitériteen étain, galène en plomb), la respiration des végétaux, entre autres, seront approfondis.

La chimie va devenir une sciencecomme en témoignent les ouvrages dePierre Joseph Macqueréléments de chymie théorique(1749),Dictionnaire de Chymie(1766) et d'Antoine Baumé,Maître apothicaire de Paris,Chymie expérimentale et raisonnée3 tomes (1773), avant d'attendreLavoisieret sonTraité élémentaire de chimie(1789) et la loi deconservation de la masse.L'alchimie est toujours aussi populaire et revêt même un caractère spectaculaire et mercantile^{[réf.souhaitée]}(Giacomo Casanova).

Retour sur lephlogistique

Georg Ernst Stahl,qui effectue un certain nombre de travaux sur la combustion, publieZymotechnia fundamentalisen 1697, suivi deFundamenta Chymiae dogmatica et experimentalisen 1723. Il constate que, lorsqu'on chauffe un métal, celui-ci donne de la chaux, qui elle-même chauffée en présence de charbon, redonne le métal initial. Il en déduit que le principe combustible présent dans le métal s'échappe de celui-ci lors de sa calcination et est libéré avec laflamme.De même, le charbon de bois réduit le minerai car il contient, lui aussi, le même principe combustible, lephlogistonouphlogistiquequi doit être considéré comme un élément parmi les autres. La cendre de bois, par exemple, est du boisdéphlogistiquépar combustion. Cette théorie est officiellement diffusée parRouelleen 1742.

La chimie pneumatique ou chimie des gaz

À la suite de diverses expériences sur les animaux, on se pose la question de savoir si la digestion est une opération mécanique de broyage ou une transformation chimique comme le pensent les chimistes^{[réf.souhaitée]}.Stephen Halesmontre en 1727 que l'air est nécessaire à la croissance desplantespar l'intermédiaire desfeuilles.Il invente, pour son expérience, lemontage pour le recueil de gaz(souvent simplement appelé « cuve à eau ») qui sera à la base de bien des expérimentations. C'est avec ce procédé queJoseph Blackobserve la calcination de la chaux. En 1757, il mettra en évidencel'air fixe(c'est legaz sylvestrede Van Helmont ouanhydride carbonique) en montrant que l'action d'un acide sur le calcaire donne un gaz qui trouble l'eau de chaux.Le chimiste néerlandaisJoseph von Jacquin,remarquera que le poids de chaux obtenu après calcination est inférieur au poids de calcaire avant chauffage… Black note aussi que le calcaire, attaqué par un autre acide, donne lieu à un dégagement de « gaz des métaux ».

Une des limites de l’utilisation de la cuve à eau était la difficulté de mettre en évidence certains gaz plus ou moins solubles dans l’eau.Priestley,en 1772, utilise lemercureà la place de l’eau dans ses expériences sur l’air. Il obtient, en 1774, par calcination à l'aide d'unelentilledurouge de mercure(HgO), un gaz, qu’il nommeair déphlogistiqué,qui sera appelé plus tarddioxygène,qui permet la respiration et entretient la combustion.

Découverte d’autres gaz

En 1765,Henry Cavendishisolel'air inflammable(hydrogène). Trois sortes d’air sont connus à l’époque de Cavendish: l’air normal ou atmosphérique,l’air des métaux(ouair inflammablecar il entretient la combustion) etl’air fixe(qui, au contraire, arrête la combustion). En mesurant la densité de ces trois gaz vers 1765, Cavendish établit quel’air fixeest plus lourd que l’air atmosphérique etl’air inflammable,que Cavendish assimile auphlogistiquebeaucoup plus léger. Pour réaliser cette expérience, il se sert d’uneudiomètre.Daniel Rutherforddécouvre, en 1772, un autre gaz qu’il nommeair phlogistiquéouair nuisible(azote). En résumé, lephlogistiqueest reconnu commel’air inflammable,l’air déphlogistiquétrouble l’eau de chaux alors quel’air phlogistiquéne la trouble pas. En 1772,Joseph Priestleyisolel'air nitreux(oxyde azotique),l'air d'acide marin(gaz chlorhydrique) etl'air nitriqueperoxyde d'azoteetl'air vitriolique(anhydride sulfurique).

Tout ceci va rester confus et la théorie du phlogistique va subsister jusqu’à Lavoisier.Scheeledécouvre en 1773l'acide marin déphlogistiqué(ou esprit de sel) en faisant agir l'acide muriatiquesur lapyrolusite(dioxyde de manganèse). Ce produit, étudié parBerthollet,sera ultérieurement utilisé en 1785 pour leblanchimentdu linge et la production d'eau de Javel.En faisant agir de nouveau l'acide muriatique sur un mélange intime de soufre et de limaille de fer qu'il enflamme, Scheele obtient un gaz encore inconnu caractérisé par une forte odeur d'œufs pourris qu'il nommeair de soufre.En 1777,Pierre Bayen(1725 - 1798) contestera, avant Lavoisier, la théorie du phlogistique.

Les acides et les bases

Le concept d’acide prend progressivement forme au cours duXVIII^esiècle. On distingue les acides en provenance du non vivant. Ce sont: l’acide acétique ouvinaigre,l’acide sulfuriqueou huile de vitriol, l’eau-forte (ouacide nitrique) obtenue à partir de salpêtre, l’acide muriatiqueou esprit de sel (acide chlorhydrique) et les acidesphosphoriqueetbenzoïque(à partir dubenjoin).

Certains acides commencent à être extraits du vivant; ils sont, pour la plupart, issus des travaux de Scheele à partir de 1760. Citons, dans l’ordre chronologique, l’acide tartriqueà partir dutartre(1769), l’acide uriqueà partir descalculs urinaires(1776), l’acide lactiqueà partir dulait(1780), l’acide citriqueà partir ducitron(1784), l’acide maliqueà partir despommes(1785), l’acide galliqueà partir des noix degalle(1786), l'acide oxaliqueà partir dusucreet de l’eau forte (1784). Il en est de même de l’acide fluorhydriqueà partir d’huile de vitriol et defluorineet de l’acide prussiqueobtenu par l’action de l’acide sulfurique sur un colorant, lebleu de Prusse.

En ce qui concerne les bases, nous savons que Lavoisier utilisait lapotasse(ou alcali végétal) et lasoude(alcali marin) qui avaient déjà été distinguées parDuhamel du Monceau.Ce dernier, avec son collaborateurJean Grosse,obtiennent la «liqueur de Frobenius» par action de l’huile de vitriol (acide sulfurique) sur l’esprit de vin (alcool éthylique). Jean Grosse met au point la technique dedistillationde l’alcool en milieu sulfurique et précise les conditions d’obtention d’un produit pratiquement pur.L'ammoniac(alcali volatil) et lenatronétaient également connus.

Métallurgie et chimie industrielle

De nouveaux métaux sont découverts: lecobaltparGeorge Brandten 1735. En 1751,Alex Frederik Cronsteddécouvre lenickel.Lemanganèseest extrait de la pyrolusite en 1780 (Johann G. Gahn) et lemolybdèneest découvert en 1782. (Jacques Hjelm). La découverte dutungstènesurviendra l’année suivante. En 1791,William Gregordécouvre letitaneetJohan Gadolinl’yttrium.En 1797,Nicolas Vauquelincaractérise lechromeet letellureest découvert en 1798 parMartin H.Klaproth.

Dans le domaine de la métallurgie, le charbon de bois est remplacé progressivement par lecokeque l’on chauffe pour obtenir de l’acierà partir de lafonte.C’est à cette époque queBenjamin Hunstmanninvente l’acier au creuset. En 1743, unefonderiede zinc est créée àBristol.Les travaux de Lavoisier permettront une meilleure connaissance des métaux et des minerais qui se présentent sous la forme d’oxydes (cassitérite,hématite…) que l’on chauffe en présence de charbon comme dans les hauts-fourneaux. Le charbon joue à la fois le rôle de source de chaleur et deréducteur.Pour lessulfures,comme lablende,on effectue un grillage dans un courant d’air, de telle sorte que l’oxygène oxyde le métal alors que l’anhydride sulfureuxse dégage.

Le début de lachimie industrielleest caractérisé par le procédé de fabrication d’acide sulfurique(huile de vitriol) deschambres de plombmis au point parJohn Roebuck.

Antoine Lavoisier

Portrait de Monsieur Lavoisier et son épouse,parJacques-Louis David

C’est en 1765 queAntoine Lavoisierpublie ses travaux sur legypse.Ses études sur la combustion le mènent à la conclusion que l’air déphlogistiqué est de l’oxygène. Lors de la combustion, un combustible nécessite de l’oxygène alors que le résultat de la calcination est une chaux (oxyde) moins de l’oxygène. Cette nouvelle théorie du phlogistique est publiée en 1776 et approfondie en 1785. Lors de la combustion du phosphore dans l’air, Lavoisier constate la formation d’un gaz résiduel (l'azote) qu’il nommemofette atmosphériqueet qui correspond àl’air phlogistiquécaractérisé par Rutherford en 1772. Il établit que l’air atmosphérique est composé de 20 % d’oxygène et de 80 % demofette.

Il précise également, dans son expérience sur la décomposition de l’eau(dont la synthèse eudiométrique sera effectuée par Cavendish), que celle-ci est un corps simple composé d’air inflammable (hydrogène) et d’oxygène. Au vu de ces résultats, il sera définitivement admis, en 1785, que ni l’air ni l’eau ne sont des éléments chimiques.

AvecGuyton-Morveau,il définit de manière visionnaire une notion d'élément chimique, qui ne diffère essentiellement de la nôtre qu'en ce qu'elle inclut lalumièreet le calorique. L'ancienneChymiedisparaît.

Lavoisier est également le premier à insister de manière aussi nette sur la conservation de la masse lors d'uneréaction chimique.

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Affinités et nomenclature

Au début du siècle, on tente de comprendre comment les corps ou éléments chimiques peuvent « s’unir » les uns aux autres. Un premier début d’explication est tenté, en 1718, parGeoffroy.Les substances connues à l’époque sont classées dans uneTable des différents rapports ou affinitésdont l’idée sera reprise par une vingtaine de chimistes entre 1730 et 1790. Ainsi en 1761,Christlieb Gellert,puis, la même année,Jean-Philippe de Limbourg,proposent de nouvellestable des affinités chymiques.

En 1787,Guyton de Morveau,Lavoisier,BertholletetAntoine de Fourcroy,publieront laMéthode de nomenclature chimique,ouvrage considéré comme essentiel pour la clarification et la mise en forme des connaissances en chimie. Un tableau, résumant les 55 substances connues en six catégories, mentionnées et commentées, complète cet ouvrage divisé en deux parties: d’une part les oxydes, acides, bases, sels…et d’autre part les substances tirées des végétaux et animaux. Un dictionnaire accompagne l’ouvrage et traite des synonymes. Il faut mentionner toutefois l’absence de symboles chimiques malgré une tentative deHassenfratzetAdet.C'estBerzeliusqui introduira un peu plus tard ces symboles permettant de représenter lescomposés chimiques.

Deux ans plus tard, Lavoisier publiera leTraité élémentaire de chimie,un ouvrage capital où apparaîtront nommément l’hydrogène, l’oxygène et le carbone. En 1792,Richterpubliel'Art de la mesure des éléments chimiqueset remarque que les rapports pondéraux d'éléments sont constants dans certaines familles chimiques et, en 1794,Joseph Louis Proustétablit laloi des proportions définies.

XIX^esiècle

C'est au cours de ce siècle que la chimie prend véritablement son essor :théorie atomiquedeDalton,lois sur les gaz, hypothèse d'Avogadro,calcul despoids atomiques,naissance de lachimie organique,théorie de lavalence,chimie structurale et classement des éléments parMendeleïevetclassification périodique des éléments.À la fin du siècle, physique et chimie contribueront à la découverte de laradioactivité.

L’électrolyse et la découverte de nouveaux éléments

C’est en 1800 qu’Alessandro Voltainvente lapile électrique.Lecériumest découvert parWilhelm Hisingeren 1803. En 1804, l’iridiumet l’osmiumsont découverts parSmithson Tennantet, dans la même année,William Wollastonisole lepalladiumet lerhodium.Les lois de l’électrolyse,approfondies parWilliam NicholsonetAnthony Carlisle,vont mettre en évidence la dissociation d’une solution aqueuse acide ou basique sous l’action de l’électricité. On obtient deux gaz: deux volumes d’hydrogène et un volume d’oxygène. Ces résultats donnent l’idée àHumphrey Davyde soumettre à l’électrolyse, non plus des solutions, mais des corps fondus comme la potasse. Il constate la formation d’un métal:potassiumousodiumautour d’un des fils. Avec la même méthode il isolera, en 1808,les métaux terreux:lemagnésium,lecalcium,lestrontiumet lebaryum.En 1810, il montre que l’acide marin déphlogistiqué,ouoxyde muriatique,est uncorps simple:lechlore.L’acide muriatique est l’acide chlorhydrique.En 1834,Michael Faradayénonce les lois quantitatives de l’électrolyse.Svante August Arrheniuspropose, en 1883, une théorie de l’électrolyse pour interpréter laloi de Faraday,basée sur l’existence de charges atomiques élémentairesions.

Les débuts de la chimie organique

Berzeliusla définit, en 1808, comme la chimie desêtres vivants,définition imprégnée devitalisme.Au départ, c’est la chimie des dérivés du carbone connus et des substances contenues dans legaz d'éclairage.William Murdochavait mis au point l’éclairage augaz de houilleen 1792 et 1799. L’éclairage augaz de bois(thermolampe) avait été breveté parPhilippe Lebon.Le développement urbain de ces nouvelles techniques avait conduit à la conception d’usines à gaz,de moyens de stockage et de tuyaux d’acheminement pour la distribution. Legoudronest un sous produit dugaz d'éclairagequi empêche la putréfaction du bois et qui est utilisé pour lecalfatagedes coques de bateau en bois. Il se présente sous forme d’un liquide visqueux, noir à forte odeur caractéristique. À l’époque, il existe d’autres substances organiques:teinture,savon,tannage…En 1802,FourcroyetVauquelinétablissent que l’acide formiqueest un mélange d’acide maliqueet d’acide acétique(dont Berzelius établira la formule en 1814). En 1805, Friedrich Sertürmer isole lamorphine,puis en 1817Joseph Pelletierl’émétique.Ces découvertes de produitsalcaloïdesseront suivies l’année suivante par labrucine,lestrychnine,la colchinine, substances découvertes parJoseph CaventouetPelletierqui isoleront, en 1820, laquinineet lacaféine.En 1823,Jean-Antoine Chaptalfera paraître son ouvrageChimie appliquée à l’agriculture.Faraday découvre lecarbureted hydrogen(C₆H₆) dans legaz d'éclairageen 1825. En 1826, Otto Undervorben isole lacrystallinde l’indigopar distillation etGay-Lussacextrait l’acideracémiquedutartre.

L’année 1828 est importante: Pelletier et Cavendou isolent lanicotineetFriedrich Wöhlerréalise la synthèse de l’urée.Il démontre la possibilité d’obtenir des substances organiques (urée) à partir des substances minérales (cyanate d’argent et chlorure d’ammonium). La saliciline est extraite de l’écorce desauleparPierre-Joseph Lerouxen 1829 (le lancement commercial de l’aspirineparBayeraura lieu en 1899). En 1833,Jean-Baptiste Dumasétablit la formule ducamphre.

Chevreul et les corps gras

Chevreuls’intéresse vers 1810 auxmatières grassesutilisées dans l’industrie: savonneries, alimentation, éclairage, textile (ensimage). En 1813, il montre que l’action d’un alcali sur lagraissede porc forme unsavonet libère de laglycérine.Il montre, la même année, en faisant agir de l’acide sulfurique dilué sur le savon, que celui-ci est formé de deux acides: l’un solide (margarine), l’autre liquide (graisse fluide). La graisse de porc est donc constituée de glycérine, margarine etgraisse fluide.En 1814, il extrait du beurre l’acide butyriqueet des calculs biliaires, lacholéstérine.Les acidesstéariqueetoléiquesont des sels qui sont dissociés par les alcalis en glycérine et acide et qui se recombinent au métal de l’alcali. Les sels d’acides grassont obtenus à partir de la potasse et donnent des savons mous, alors que ceux obtenus à partir de la soude donnent des savons durs. En 1817, Chevreul étudie l’acide delphique. Les acides caprique et caproïques seront caractérisés l’année suivante. En faisant bouillir des os d’animaux,Braconnotobtient en 1820, par l’action de l’acide sulfurique dilué sur la gélatine, un « sucre de gélatine ». Dans son ouvrage paru en 1823,Recherches chimiques sur les corps gras d’origine animale,Michel Chevreuleffectue un classement descorps grasrencontrés dans ses travaux. Lesglycéridescomme lastéarine(glycérine etacide stéarique) résulteront des combinaisons de glycérine et d’acides gras. La rupture du lien entre glycérine et acides gras par l’action de la soude (hydroxyde de sodium) sera appeléesaponification.Tous les corps gras ne sont pas saponifiables. À la suite de tous ces travaux, dès 1825, lesbougiesenstéarineremplaceront leschandellesen suif d’animal.

Chimie quantitative

John Dalton

Peser des quantités de produits implique l’utilisation de labalance.Les travaux deRichtersur lastœchiométrieen 1792 et laloi des proportions définies(1802) reposent sur des pesées entachées d’incertitudes de précision: dans uncorps composé,la teneur en divers éléments est constante.John Dalton,en 1804, effectue l’analyse quantitative dugaz des maraiset dugaz oléfiantqui sont tous deux descomposés binairesà base d’hydrogène et de carbone. Il énonce laloi des proportions multiples:lorsque des composés différents sont formés des mêmes éléments, les proportions de ceux-ci sont dans un rapport simple. Cette loi sera complétée en 1805 par la loi de Gay-Lussac sur les gaz.

La théorie atomique, exposée par Dalton en 1803 dansA new system of chemical philosophy,suppose que les atomes pos sắc dent une masse bien déterminée appeléemasse atomiqueque Dalton calcule pour certains composés. Elle explique particulièrement bien les lois ci-dessus et la loi de conservation de la masse. Elle aura ses partisans et ses adversaires (Berthollet). Un système de symboles viendra compléter cet exposé: le symbole représente un atome, un élément doté d’une masse. Lamoléculeest représentée par l’association des symboles d’atomes consécutifs. Lepoids atomiquesera différent d’un chimiste à l’autre (7,8,10 par exemple pour l’oxygène). C’est en 1811 qu’Amedeo Avogadropublie sa théorie duNombre d'Avogadro:un litre de gaz soit 1/22,4 mole contient toujours le même nombre N de particules (atomes pour un corps simple, molécules pour un corps composé). C’estJoseph Loschmidtqui, en 1865, tentera le premier une évaluation de N proche de 4 × 10²³.En 1873,Johannes Van der Waalstrouvera N = 6,2 × 10²³.En 1814, Berzelius utilisera les symboles de Dalton et établira deséquivalencesentre atomes. Il utilisera des lettres comme symboles: P (phosphore), S (sulphur)… et mettra lenombre d’équivalentsd’une molécule en notationexposant.Les formules étaient écrites de la façon suivante: CaCO₃:CaO, CO₂/ CuSO₄:CuO, SO₃.Dans ce système dualiste, la première partie est basique: CaO, CuO sont des oxydes de métaux, le seconde partie est acide: CO₂,SO₃sont des oxydes de non métaux.

Lors du premiercongrès internationalde la chimie qui se déroulera àKarlsruheen 1860,Cannizzaroexposera les concepts d’atomes et molécules admis par la plupart des chimistes.Marcellin Berthelot,cependant, s’opposera au réalisme atomique.

Vers la synthèse en chimie organique

Scheele établit la formule de l’acide tartrique(C₄H₆O₆) en 1830. Celle de l’acide racémique découverte par Gay-Lussac est la même. Ces deux acides, que l’on trouve dans le tartre, ont despoints de fusiondifférents. Berzelius nomme ces corps desisomères.

En 1832,Justus von Liebigétablit que l’acide lactiquea la même formule chimique C₃H₆O₃,qu'il provienne du lait ou de la viande.

En 1833,Jean-Baptiste Dumasprécise la formule du camphre (C₁₀H₁₆O) etChristopher Zeisecelle dumercaptanC₂H₆S.

La même année,Eilhard Mitscherlichobtient lebenzèneen chauffant l’acide benzoïquequi peut être obtenu à partir de la houille.

En 1834, Jean-Baptiste Dumas, en faisant agir l’acide acétique sur le chlore, met en évidence la substitution partielle de l’hydrogène par le chlore en acide chloracétique. Il établit la formule duchloroforme,obtenu par Liebig etCarl Runge.

En 1835,Justus von Liebiget Dumas caractérisent les groupeséthyleetméthyle.

En 1836, Berzelius définit lacatalyse.

L’aniline,obtenue en 1841 parCarl Fritzschepar distillation de l’indigo,permet l'élaboration de lamauvéineen 1856.

En 1842,John Leighproduit lenitrobenzènequi redonne l’aniline par l'action du sulfure d’ammonium.

En 1843,Charles Frédéric Gerhardtobtient lebornéolà partir ducamphre.

Lesséries homologues,lesgroupes fonctionnelsseront définis entre 1842 et 1850 parAuguste Laurent,lachiralitéen 1848 (Louis Pasteur).

En 1855,Charles Adolphe Wurtzmettra au point sa célèbre synthèse (réaction de Wurtz) pour la préparation deshydrocarbures.

La synthèse de l’acide formique sera réalisée parMarcellin Bertheloten 1856, celle de l’acide salicyliqueparHermann Kolbeen 1859 (à partir du phénate de sodium obtenu par l’action du phénol sur la soude).

En 1864, la synthèse deRudolph Fittiget Tollens aboutit autoluène.

En 1894,Henri Moissanobtient de l’acétylèneà partir du carbure de calcium.

En 1884, le comteHilaire de Chardonnetinvente lasoieartificielle et construisit en1891une usine affectée à la production deViscose.

Structure des composés organiques

La notion dechaîne carbonéeest introduite parKékuléen 1857 pour définir les enchaînements d’atomes de carbone dans une molécule.

La représentation de lien interatomique par un tiret date de 1858, elle est due àArchibald Couper.Cette représentation, contrairement à laformule brute,conduit auxformules développéeset permet de préciser la disposition des atomes dans les molécules et la compréhension des mécanismes réactionnels.

En 1860, Kékulé différencie les corps gras aliphatiques et les composés aromatiques tels les acides salicylique et benzoïque.

La notion deliaison multipleproposée entre 1861 et 1863 parJosef Loschmidt,permet d’expliquer les structures de l'éthylène(CH₂=CH₂) et de l'acétylène() puis le mécanisme de l’hydrogénation.L’hydrogénation catalytique sera développée en 1897 parPaul SabatieretSenderens.

En 1864,August Wilhelm von Hofmannsuggère une nomenclature pouralcanesetalcènes.

C’est en 1865, que Kékulé propose la formule cyclique du benzène. Latétravalence du carboneest un des principes fondamentaux de la chimie organique. Cette formule sera revue en 1872 par l’introduction de liaisons transitoires dans le cycle benzénique.

L’isomérie géométrique, définie en 1863, est étudiée parJoseph Achille Le Belau cours de travaux sur l’acide lactique. Il propose une représentation spatiale des formules des formeslévogyreetdextrogyre.Jacobus Henricus van 't Hoffcomplètera ces travaux par la notion decarbone tétraédrique.

En 1888,Adolf von Baeyerexplique l’isomérie des acidesmaliqueetfumarique(qui pos sắc dent des points de fusion différents), par l’isomérie cis-trans.

Lastéréochimie,terme de (Victor Meyer), constitue la façon de représenter ces différentsisomères.

Découverte de nouveaux éléments

D. Mendeleïev dans son cabinet

La chimie minérale progresse très rapidement après que la notion d'élément chimiquea été mieux comprise:

• dès 1808, Gay-Lussac etLouis Jacques Thénarddécouvrent lebore;
• en 1810, Berzelius isole lesiliciumde lasilicequi forme lequartz,constituant essentiel du sable, et que l’on trouve également dans l’argile et dans de nombreuses roches;
• en 1813,Bernard Courtoiscaractérise l’iode qui sera extraite duvarechparAntoine-Jérôme Balarden 1826;
• en 1817, le chimiste suédoisArfwedsondécouvre lelithium(le premier élément de la famille desalcalins) en analysant un minerai.Il fut isolé plus tard, parélectrolyse,par le célèbre chimiste anglais sirDavy;
• en 1828, le glucinium (renommé ultérieurementbéryllium) est découvert parFriedrich Wöhleret lethoriumpar Berzelius.Carl Gustav Mosanderisole lelanthaneen 1839 et l’erbiumet leterbiumen 1843;
• en 1841, le chimiste françaisEugène-Melchior Péligotnomme l'uranium,promis au fabuleux destin de la découverte de la radio-activité;
• en 1845, leruthéniumest découvert parKarl Klaus.

Une nouvelle technique, l'analyse spectrale,verra le jour en 1859. Mise au point parRobert BunsenetGustav Kirchhoff,elle leur permet de caractériser lecésiumet lerubidiumen 1860. Lethalliumsera identifié parWilliam Crookesen 1861, en utilisant la même méthode.

Les tentatives de classement des éléments chimiques en fonction de leurs propriétés ont été assez nombreuses. On citera par exemple celle deJohann Wolfgang Döbereinereffectuée en 1829. Mais c’est en 1869 que le chimiste Russe DmitriïMendeleïevpropose saclassificationdes 62 éléments connus. Pour Mendeleïev, la classification périodique correspond à une véritable loi naturelle, et il n'hésite pas à modifier les valeurs de certains poids atomiques pour en justifier l'évidence. Sa conviction est telle qu'il prédit la découverte d'éléments manquants qu'il qualifie d'eka-éléments. La découverte de ces éléments au fil de la seconde moitié du siècle assoit peu à peu la confiance que mettent les chimistes dans cette classification qui sera d'ailleurs revue, notamment à la suite de l'émergence de la notion de numéro atomique et de la mise en évidence des nombres quantiques s, p, d caractéristiques des orbitales atomiques.

La découverte d’éléments continue au fil du siècle:

• en 1875,Lecoq de Boisbaudrandécouvre legallium,puis l’holmiumet l’ytterbiumen 1878;
• en 1879, d’autresterres raresseront répertoriées: lescandium,lesamarium,lethulium,puis legadoliniumen 1880;
• en 1886, Lecoq de Boisbaudran isole ledysprosiumetHenri Moissanlefluor.La même année,Clemens Winklerdécouvre legermanium;
• à la fin du siècle,Ramsaydécouvrira l’argon(1894) et l’hélium(1895) et enfin la découverte des autresgaz rares(néon,kryptonetxénon).

Colorants synthétiques et caoutchouc

La synthèse chimique va surtout se développer dans les domaines desmédicamentset descolorants^{[réf.souhaitée]}.En 1807,Jean-Antoine Chaptalpubliel’Art de la teinture du coton rouge.En 1838, Alexandre Wosrerenski obtient laquinoneà partir de laquinine.Dès 1842, l’acide picriqueest utilisé dans l’industrie comme colorant synthétique^{[réf.souhaitée]}.En 1849, l’essence de térébenthineest à la base du nettoyage à sec^{[réf.souhaitée]}.Lapyridineest obtenue par distillation du goudron de houille parThomas Anderson.

William Henry Perkinréussit à obtenir dupourpre d’anilineoumauvéineen traitant l’aniline par lebichromate de potassium.Lerouge d’anilineoufuschinesera synthétisé un peu plus tard parAugust Wilhelm von Hofmannà partir d'anilineet detétrachlorure de carboneen 1858.Cependant,François-Emmanuel Verguina également découvert, par hasard, la substance indépendamment d'Hofmann un an plus tard(l'année de publication des travaux d'Hofmann) et a l'idée de breveter ce nouveau colorant.

La sociétéBayersera créée en Allemagne en 1863, puis laBASFen 1865. En 1867, la formule dunaphtalèneextrait du goudron de houille est établie. La synthèse de l’alizarine(1868) sera industrialisée par BASF en 1870 parCarl GraebeetCarl Liebermann.En 1871,Heinrich Caroréalise la synthèse de l'éosine.Celle de lavanillineest réussie en 1875 par Friedrich Tiemann.La théorie descolorantsavec les groupementschromophoresetauxochromessera l’œuvre, en 1876, deOtto Nikolaus Witt.En 1875, Ramsay réalise la synthèse de lapyridine.Enfin,Adolf von Baeyermet au point la synthèse de l’indigo en 1879 que BASF commercialise en 1897.

En ce qui concerne lecaoutchouc,l’invention dupneumatiqueen 1888 parDunlopdébouchera sur une fabrication industrielle parMichelinen 1889 puisGoodyear.

Métallurgie

Un nouveau métal, l’aluminiumest découvert par Wöhler en 1827. Les mécanismes et réactions survenant dans un haut-fourneau pour produire de l’acier sont de mieux en mieux compris: carburation,affinage.En 1826,Henry Bessemerinvente un nouveau convertisseur qui sera complété en 1878 par un nouveau procédé de production (acier Thomas). C’est à cette époque que lesaciers spéciauxaumanganèsesont mis au point par Robert Hadfield^{[réf.souhaitée]}.En 1863^{[réf.souhaitée]},l’étude de latrempeconduit à lamétallographieet à la caractérisation decémentiteet deferrite.La structure de lamartensitedes aciers trempés parFloris Osmondsera étudiée en 1890.

En 1860, l’invention dupyromètreàthermocoupleparHenri Le Chatelierpermettra la mesure de températures élevées. Il faudra attendre 1886 pour quePaul Héroultproduise l’aluminium par électrolyse.

Rayons cathodiques, rayons X et radioactivité

La nature des rayonnements cathodiques dans un tube deHittorfest approfondie parWilliam Crookesen 1886. Ce sont des rayons de nature corpusculaire appelésélectrons,dès 1891, parGeorge Stoneyet reconnus expérimentalement comme tels parJean Perrinen 1895. Cesrayons cathodiquessont constitués de particules négatives électrisées pouvant se mouvoir dans le vide et subissant l’action des champs électriques et magnétiques.Joseph John Thomsonparvient, par des mesures de déviations de trajectoire, à déterminer le rapport entre lacharge électriqueede l’électron (e= 1,602 × 10⁻¹⁹C) et sa massem(m= 9,109 × 10⁻³¹kg) qui représente environ 1/2000 de celle de l’atome d’hydrogène.Ces découvertes et mesures, plutôt du domaine de la physique, conduiront aumodèle atomique de Thomsonet effaceront les doutes sur l’existence des atomes formulés au premier Congrès des chimistes de 1860^{[réf. nécessaire]}.

Vers les années 1890, la science a démontré que des rayons cathodiques frappant le verre d’une ampoule provoquent unefluorescencedu verre.Wilhelm Röntgenconstate, en 1895, en plus de la fluorescence observée, la présence d’un nouveau rayonnement invisible, énergétique et pénétrant, capable d’impressionner une plaque photographique entourée de papier noir. Ces mystérieuxrayons Xseront utilisés en radiographie car ils traversent la matière, en étant partiellement absorbés en fonction de la densité de celle-ci et de l'énergie du rayonnement, ce qui permet d'avoir une information sur l'intérieur des objets qu'ils traversent.

En 1896, cherchant à approfondir les observations de Röntgen, notamment aux fins de vérifier si les phénomènes de phosphorescence et de fluorescence de l’uranium sont de même nature que les rayons X, Henri Becquerel constate qu’un rayonnement, qu’il nomme « rayons uraniques », émane spontanément et continûment de plusieurs sels d’uranium, qu’ils soient ou non phosphorescents.

Cette activité particulière des atomes d’uranium, émission continue d’énergie, est appelée «radioactivité» parPierre CurieetMarie Curieen 1898, après mesure de l’ionisationproduite par les rayons uraniques au moyen d’unélectroscope.C’est à l’aide de cet instrument qu’ils découvriront qu’un échantillon depechblendepos sắc de une radioactivité élevée due, non pas à l’uranium seul, mais aupoloniumet auradium,deux éléments nouveaux contenus dans le minerai. En 1899,Ernest Rutherfordmontrera que les « rayons uraniques » se composent de deux rayonnements distincts:rayons Alphaetrayons bêta.Il découvre aussi la radioactivité duthorium.La même année,André Debierne,trouve l’actinium,un nouvel élément radioactif. En 1923, l’émanation du radium, elle-même radioactive, sera appeléeradon.Un rayonnement, plus pénétrant que les rayons X, est émis par le radium et observé parPaul Villarden 1900 qui le nomme «rayon gamma». LeXIX^esiècle s’achève donc sur le début de la chimie des rayonnements:Alpha,bêta,gamma,Xet sur la découverte de nouveaux éléments radioactifs^[Lesquels?]qui feront l’objet de recherches approfondies.

En 1824, leciment Portlandcomplétera le ciment hydraulique deJohn Smeatonmis au point en 1715 à base de chaux.

XX^esiècle

À partir de 1880 le développement de l'industrie permet d'améliorer les réacteurs chimiques: plus hauts niveaux de pression et de température disponibles, meilleur contrôle, utilisation de catalyseurs.

En collaboration avec les laboratoires les nouvelles industries chimiques et pétrochimiques vont développer des procédés de synthèse à grande échelle de substances jusqu'alors rares et chères, voire inconnus: c'est la seconde révolution industrielle.

• 1892: Procédé chlore-alcali permettant la synthèse de dichlore, base des composés chlorés, à partir de chlorure de sodium.
• 1900: Procédé Ostwald permettant la synthèse d'oxydes d'azote, dont le nitrate, à partir d'ammoniac.
• 1909: Procédé Haber-Bosch permettant la synthèse d'ammoniac à partir de diazote atmosphérique, avec le procédé Ostwald ils ont transformé l'industrie des engrais et des explosifs qui était auparavant basé sur l'extraction du nitrate minéral.
• 1890-1950: Développement des craquages de coupes particulières de pétrole menant à l'amélioration de la production de carburants ainsi qu'à la synthèse de molécules organiques peu courantes servant pour la chimie organique et la chimie des polymères: alcènes, cétones, alcools aliphatiques, cycles aromatiques.

Chaque élément finira par posséder son procédé industriel servant à transformer sa forme naturelle en dérivés réactifs, souvent il s'agit de l'élément à un autre état d'oxydation ou associé à un autre élément.

En parallèle la recherche en physique de la matière, proche cousine de la chimie, et de la biochimie continue.

• 1913:Bohrpublie sonmodèle de la structure de l'atome.
• 1926:Schrödingerpublie sonmodèle de la structure de l'atome,modèle utilisé aujourd'hui.
• 1953:Découverte de la structure de l'ADNparWatsonetCrick.

Articles connexes

• Chronologie de la chimie
• Histoire de la découverte des éléments chimiques
• Histoire de l'électrochimie

Sources

• JeanBaudet,Penser la matière: une histoire des chimistes et de la chimie,Paris,Vuibert,2004,389p.(ISBN978-2-7117-5340-6,BNF39202908)

Bibliographie

• Marcellin Berthelot-Introduction à la chimie des Anciens(1889), éd. Steinheil, Paris[(fr)lire en ligne].
• Fred Aftalion-Histoire de la chimie(1988), éditeur Masson, Paris.
• Dominique Lecourt(dir.),Dictionnaire d’histoire et philosophie des sciences(1999),4^eréed. «Quadrige»/PUF, 2006.
• Jean C. Baudet,Penser la matière. Une histoire des chimistes et de la chimie(2004),Vuibert,Paris.
• Rémi Franckowiak, « La chimie duXVII^esiècle: une question de principes »,Methodos8 (2008), Chimie et mécanisme à l'âge classique,[(fr)lire en ligne].
• Jean C. Baudet,A la recherche des éléments de la matière(2009),Vuibert,Paris.
• Bernadette Bensaude-VincentetIsabelle Stengers,Histoire de la chimie(2001), La Découverte, Paris.