Chapitre 3. Des combustions aux atomes.

Approfondissements.

Placer une bougie sur une table, puis l'enflammer. Comment parvenir à l'éteindre sans y toucher, sans souffler dessus ni verser d'eau ?

Facile ... Prenez un bocal et retournez-le sur la bougie. Au bout de quelques instants, elle s'éteint ...

... toute seule !

Gagné !

Cette expérience très simple à le mérite de prouver une chose : pour brûler, la bougie a besoin de quelque chose qui se trouve dans l'air ... et qui disparait lors de la combustion !

L'air contenant majoritairement 2 gaz, il suffit ensuite de tenter d'enflammer une bougie dans du diazote pur : ça ne fonctionne pas. C'est donc le dioxygène de l'air qui permet à la bougie de brûler ! Ce gaz est consommé lors de la réaction.

Si on enflamme de la paille de fer, son aspect change. Ce n'est plus du fer et la masse a augmenté. C'est dû à la masse de dioxygène qui a réagi.

Paille de fer avant combustion ; la masse est de 3 g -> Paille de fer en train de brûler ; la masse augmente ! -> La masse est maintenant de 3,5 g ; la paille de "fer" est noire et friable : ce n'est plus du fer !

Dans le dioxygène pur, la combustion est beaucoup plus vive car il y a plus d'un des réactifs :

Combustion du fer dans le dioxygène pur. On voit des projections d'oxyde de fer fondu !

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La matière, c'est tout ce qui forme le monde, tout ce qui occupe l'espace, tout ce qui est pesant !

Comment est formée la matière ? Cette question a toujours passionné l'homme, et chaque époque, ou presque, a contribué à y répondre. Les Grecs furent les premiers à élaborer des théories sur la matière. C'est à eux que l'on doit le nom d'atome (qui signifie " indivisible "). Il y a 25 siècles, le philosophe Leucippe, puis son disciple Démocrite affirmèrent que la matière était simplement une concentration de particules, si petites qu'elles étaient insécables. Cette théorie ne s'appuyait alors sur aucune donnée réellement scientifique ; elle est pourtant surprenante par son modernisme.

Cette hypothèse fut désapprouvée et combattue par Aristote qui pensait que la nature était uniquement composée de quatre éléments : le feu, l'air, l'eau et la terre. Ces idées constituèrent, par la suite, les bases de l'alchimie.

Il fallut attendre le XVIIe et le XVIIIe siècle, et deux savants, l'un anglais, Boyle, l'autre français, Lavoisier, pour revenir à des idées plus justes sur la constitution de la matière. Ils affirmèrent que la matière était formée à partir d'un certain nombre d'éléments de base qu'ils décrivirent et reconnurent en partie. En particulier, l'eau, dont Lavoisier démontra en 1785 qu'elle peut être décomposée en 2 gaz, dihydrogène et dioxygène, puis recomposée par réaction chimique. L'eau n'est donc plus un des 4 éléments d'Aristote !

Mais où en étaient les connaissances en Chimie à la fin du XVIIIe siècle ? Certes, l'on connaissait déjà bon nombre de corps simples et de corps composés :

- des métaux comme l'or, l'argent, le fer, le cuivre, le zinc, le mercure,

- des non-métaux, comme le carbone, le phosphore ou le soufre,

- des gaz, comme le dioxygène, le diazote ou le dioxyde de carbone.

Image de synthèse, créée par ordinateur grâce à des mesures effectuées par un microscope électronique. Chaque tâche colorée représente un atome d'or !

Surface d'une feuille d'or au microscope électronique : grossissement 15 000 000. Pendant des milliers d'années, les hommes ont dû se contenter seulement de leurs yeux pour observer la matière. Avec les premiers instruments optiques, ils commencèrent à découvrir un monde fascinant, celui de l'infiniment petit. Le microscope électronique leur permit de voir ce qu'ils avaient imaginé.

Mais les bases théoriques ainsi que les méthodes scientifiques faisaient totalement défaut. Lavoisier va apporter les méthodes de mesures de masses et de volumes qui sont évidemment primordiales pour que la Chimie moderne remplace la vieille chimie, parente de l'alchimie. Il faudra un siècle pour qu'elle se mette en place, avec la parution du " Traité élémentaire de Chymie " de Lavoisier en 1789, mais l'essor a été prodigieux. Même si on ne savait pas encore comment les atomes s'organisaient entre eux pour former des molécules.

Un maître d'école anglais, John Dalton, étudiant à ses heures perdues les mathématiques et la physique, allait en 1803, donner un coup de pouce à nos connaissances.

John Dalton. 1766 - 1844

Il peut être considéré comme le créateur de la théorie atomique ! Il énonça un certain nombre de lois quantitatives qu'il avait vérifiées expérimentalement et qui avaient trouvé leur origine dans l'affirmation que la matière est formée d'atomes. Plus précisément, ses idées étaient les suivantes :

- la matière, et en particulier les corps simples, est constituée d'atomes indivisibles,

- les atomes d'un élément ont tous la même masse et les masses d'atomes différents sont différentes,

- pour former des corps composés, un atome s'unit à un atome d'un autre élément ou à un petit nombre de ces atomes.

Nous savons aujourd'hui que les molécules de toutes les substances chimiques existantes sont "l'assemblage" de ces " briques de base " que sont les atomes !

Des exemples de molécules et leurs formules :

Pour représenter et mieux s'imaginer ces molécules ultra-microscopiques, les chimistes ont inventés des sortes de maquettes : des modèles moléculaires.

Déplace le pointeur de la souris sur les modèles moléculaires ci-dessous pour découvrir la substance chimique correspondante :

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