Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
C

chimie (suite)

La découverte du neutron (Chadwick*, 1932) amène à concevoir les noyaux comme formés de « nucléons » (dont Z protons et A—Z neutrons) liés par des forces intenses, mais à très faible rayon d’action. Le système des éléments est, en réalité, un système des noyaux. Les transmutations sont des réactions nucléaires mettant en jeu des énergies de l’ordre du million d’électrons-volts, par nucléon, tandis que les réactions chimiques sont des interactions électroniques, avec des énergies de l’ordre de l’électron-volt par électron.

Après les premières transmutations provoquées (Rutherford*, 1919 ; Cockcroft* et Walton, 1932), la radio-activité artificielle (F. et I. Joliot-Curie*, 1934) inaugurait une ère de synthèse des isotopes qui, grâce aux grands accélérateurs et surtout grâce à la fission nucléaire (Hahn* et Strassmann, 1939), allait voir se multiplier les synthèses d’éléments.

C’est ainsi que, depuis 1935, on a créé, outre quelque 1 500 isotopes radio-actifs des éléments naturels, 14 éléments artificiels : Tc, Pm et les transuraniens, de Z = 93 à Z = 104 (peut-être même 105), dont le plus important est le plutonium (Z = 94), produit maintenant à raison de plusieurs tonnes par an dans les réacteurs nucléaires.

Les éléments de Z élevé sont très instables (par radio-activité α, ou par fission spontanée). Certains pensent qu’on pourrait retrouver une stabilité vers Z = 125 et A = 350, mais on leur objecte que de tels noyaux ne pourraient jamais être fabriqués que dans des états excités instables, même si l’état fondamental jouissait d’une certaine stabilité. La recherche de ces noyaux ultra-lourds fait l’objet d’expériences.


Les espèces chimiques

On en connaît actuellement plus d’un million, et ce nombre s’accroît de quelques centaines sinon de quelques milliers par an, par l’exploration de la nature et surtout par synthèse. C’est dire l’énorme importance, en chimie, des questions de documentation, de représentation et de nomenclature. L’établissement d’une première nomenclature rationnelle fait partie intégrante de la « révolution chimique » (lors de laquelle on ne connaissait sans doute guère qu’un millier d’espèces). Ses variations ont accompagné les théories chimiques successives ; et l’accord de principe qui règne maintenant à ce sujet permet de concentrer l’effort de nomenclature — dont témoigne l’existence de commissions spécialisées de l’Union internationale de chimie pure et appliquée — sur la recherche de la précision et l’élimination de l’ambiguïté. Mais le grand nombre des espèces exige qu’au système des mots s’ajoute un système de schémas imagés.

Les méthodes de fractionnement et celles d’identification grâce auxquelles on isole ou caractérise les espèces chimiques se sont multipliées et raffinées. Il n’est pas de phénomène physique qui n’ait été mis à contribution (avant tout ceux de l’optique, dans tous les domaines de longueur d’onde, mais pas eux seulement) à la fois pour repérer les espèces chimiques et pour en comprendre la structure. Dans l’impossibilité de les étudier ou seulement de les énumérer tous, citons trois cas dont l’importance a été soulignée par l’attribution du prix Nobel. La diffraction des rayons X (W. et L. Bragg, 1915) mène à identifier et à comprendre la géométrie et la dynamique des assemblages d’atomes (cristallins ou non). L’effet Raman (1930) nous fait accéder aux vibrations et rotations inter- et intra-moléculaires grâce à un phénomène de battement entre celles-ci et une lumière monochromatique. La chromatographie en phase gazeuse (A. J.-P. Martin et R. L. M. Synge, 1952) apporta une amélioration énorme (tant pour l’analyse que pour la préparation) aux méthodes classiques de fractionnement.

Très tôt, on distingua les espèces dérivées du monde inanimé de celles décelées dans les règnes animal et végétal, et on crut longtemps qu’il existait, entre les deux catégories, une différence de nature, reflétée par les noms de chimie minérale (ou inorganique) et de chimie organique, donnés à l’ensemble des connaissances et des recherches correspondantes. On reconnaissait cependant qu’il s’agissait de chimie dans les deux cas (mêmes éléments, mêmes lois fondamentales, mêmes méthodes expérimentales). La barrière (l’intervention d’une « force vitale ») fut abattue lorsqu’une substance indiscutablement organique, l’urée, fut produite avec des substances et des méthodes incontestablement « minérales » (Wöhler, 1828). Mais le nom de chimie organique demeura ; il s’applique aujourd’hui à l’énorme famille des composés du carbone. La plupart de ceux-ci, synthétiques, n’ont jamais été rencontrés dans la matière vivante. Ceux que celle-ci produit et transforme ainsi que ceux qui l’influencent font l’objet de la chimie biologique. La chimie physique systématise expérience et théorie concernant les rapports entre propriétés physiques et comportement chimique.

Ces quatre grandes catégories de la chimie font, chacune, l’objet de subdivisions.

On ne put longtemps se satisfaire de l’idée simpliste que toute espèce chimique est caractérisée, de façon univoque, par la nature et les proportions relatives des éléments qui la composent. Très vite, en chimie organique, et même, mais moins souvent, en chimie minérale, on trouva des exemples de corps différents ayant même composition : ce sont des polymères lorsqu’ils diffèrent par le poids moléculaire (par exemple l’acétylène C2H2 et le benzène C6H6) ; des isomères lorsqu’ils ont même poids moléculaire. La célèbre synthèse de l’urée (cf. ci-dessus) est une réaction d’isomérie avec le cyanate d’ammonium, tous deux répondant à la formule CON2H4.

Le fait que des atomes s’organisent en molécules amenait naturellement à se demander comment s’effectue cette liaison. La théorie quantique moderne a récemment donné à ce problème une solution satisfaisante. Mais, auparavant, la notion de capacité de liaison des atomes (ou, comme on a dit ensuite, la notion de valence) a permis de schématiser les molécules.