Atome, molécule, substance, élément... Pour bien comprendre, ne confondons pas les objets matériels et les catgérories (le chien Mirza n'est pas la catégorie des chiens)

Alors que je prépare un article de didactique de la chimie, je m'aperçois qu'il n'y a pas de raisons de ne pas mettre immédiatement en application les idées que je propose de partager avec des collègues.

L'article discute les notions d'éléments, d'atome, de molécule, de composé, de substance...

Mais partons de l'idée d'atome. Oublions les acceptions anciennes, périmées, qui ont eu cours jusque dans les années 1960, et commençons par considérer un peu d'eau.

Ce que l'on nomme "eau", et dont le nom est légitime, c'est une "substance", un objet matériel.
Qu'il soit liquide, gazeux, solide, l'eau est de l'eau.

Quand on le regarde à l'aide d'un super-microscope, on voit que l'eau est faite d'objets tous identiques, et que l'on nomme des "molécules". 

En l'occurrence, on dit parfois que ces molécules sont des "molécules d'eau".

Et si l'on cherche à fragmenter ces molécules par des procédés "chimiques" (plus ou moins l'énergie du "feu"), alors on peut séparer ces molécules en objets qui, eux, ne se séparent plus par des procédés qui mettent ces énergies en jeu. Les objets récupérés sont des "atomes".

Plus précisément, quand on analyse une molécule d'eau, on découvre qu'elle est faite d'atomes de deux sortes : des atomes d'une sorte ont été nommés "atomes d'oxygène", et des atomes d'une autre sorte ont été nommés "atomes d'hydrogène". 

Il y a, dans une molécule d'eau, un atome d'oxygène et deux atomes d'hydrogène.

Et les mots "oxygène", ou "hydrogène", désignent donc des catégories d'atomes. Ce que l'on a nommé des "éléments".

Et c'est ainsi que, d'un côté, on a les objets matériels : atomes, molécules, substance ; de l'autre des catégories : les éléments. 

Du côté des catégories, il y a diverses "espèces chimiques", qui sont par exemple les "composés", les "espèces ioniques", les "métaux"...

- les  composés ? Ce sont des catégories, dont les molécules sont "composées" d'atomes appartenant à des éléments différents.
Pour "tenir ensemble", les atomes partagent des objets nommés "électrons".
 

Par exemple, le méthane est un composé, puisque les molécules de méthane sont faites d'un atome de carbone (appartenant à la catégorie de l'élément carbone) et de quatre atomes d'hydrogène (l'élément hydrogène).

- les espèces ioniques ? Cette fois, ce sont des assemblages d' "ions", c'est-à-dire d'atomes qui se sont échangés une partie, nommée électron.
J'insiste : ici, les électrons ne sont plus mis en commun, mais échangés.
 

Par exemple,  un cristal de sel est un empilement régulier et alterné d'un ion chlore (on dit "chlorure", mais c'est un détail) et d'un ion sodium.
Ici, les atomes de sodium ont cédé un électron, et les atomes de chlore en ont gagné un.

- les espèces métalliques ? Dans un bloc de fer, il n'y a que des atomes de fer (l'élément), mais ils mettent en commun des électrons, et cela est à l'origine de leur aspect brillant.

Finalement, on le voit, on comprend mieux si l'on ne confond pas les objets matériels et les catégories !

Acides et bases

 
C'est un fait que la chimie, historiquement, s'intéressa très tôt aux "acides" et aux "bases", que l'on nommait jadis des "alcalis".

En effet, très tôt, alors que la chimie n'était encore que de l'alchimie, on avait observé que le vinaigre avait une saveur agressive, "acide", et, très tôt, on avait observé qu'il y avait ce même type de saveurs dans divers ingrédients de la cuisine : dans une pomme verte, dans un citron par exemple.

Mais on sait que les chimistes ont "l'intelligence du feu" : ils trituraient, dissolvaient, broyaient, distillaient, calcinaient... Et c'est ainsi que, quand on chauffe vivement certains composés, il se dégage des vapeurs que l'on peut  percevoir acides.
Ou encore, certains produits de distillations avaient aussi une saveur acide.

Puis, après bien des travaux et des découvertes, les chimistes ont découvert que certaines matières végétales, tel des pétales de fleurs, changent de couleur en présence de ces corps acides;
Et c'est ainsi que les chimistes en vinrent à utiliser des pétales de violettes broyés dans de l'eau comme "indicateurs colorés" : cela leur permettait de voir la présence des acides sans avoir à goûter des matières qui pouvait être dangereuses.

A la même époque environ, les chimistes identifièrent les alcalis, par exemple la lessive de cendres que l'on récupère en filtrant de l'eau où l'on a mis des cendres. Cette fois,  la saveur n'était pas acide, mais "savonneuse" : ce fut la découverte les alcalis, que l'on nomme aujourd'hui des bases. Il y eut l'ammoniaque, la soude, la potasse...

Puis on découvrit que le mélange d'un acide et d'une base produit un sel.
Le bon exemple est celui qui consiste à mélanger de l'acide chlorhydrique et de la soude : à condition que les quantités soient bien choisies, on obtient une solution de sel. Oui, de ce chlorure de sodium qui est celui de la mer ou des mines de sel gemme !

Puis, on découvrit d'autres "sels", tels ceux qui sont dans les eaux de boisson, où jouxtent des "ions" nitrate, sulfate, sodium, potassium, chlorure, magnésium... Ce sont ces ions qui donnent leur goût aux diverses eaux, mais cela est une autre histoire,  pour une autre fois.

La notion d'éléments

science/études/cuisine/politique/Alsace/gratitude/émerveillement

 

 

1. On voit bien, en parlant "dans la rue", combien la chimie est chose inconnue, et les cours qui sont dispensés en collège ne parviennent pas à éclaircir pour tous les questions de molécule, composé, élément...
 

2. Il faut dire que les abus de langage abondent, et que même des "spécialistes" ne sont pas au clair avec la terminologie... au point que j'en ai vu récemment qui, pour éviter de faire la différence entre molécule et composé (qu'ils n'avaient peut-être pas comprise eux-mêmes), se réfugiaient dans le terme de "substance", quasi médiéval.

3. Je suis bien certain qu'il y a derrière ces confusions la non compréhension de l'idée de classe d'équivalence, de catégorie, la vieille question du nominalisme, et ainsi de suite. Oui, une molécule est... une molécule, un petit objet fait d'atomes, alors que le type de molécules est nommé composé. Et l'élément est également une catégorie : celle d'atomes tous identiques.

4. Arriver à cela  n'a pas été facile, et c'est surtout sur la notion d'éléments que je veux insister aujourd'hui.

5. Aristote avait ses quatre éléments, et, dans le long cheminement qui mène à la chimie, il y a mille "éléments" venu d'en bas : le soufre, le mercure, le "sel", la quintessence... Le plus souvent, il s'agit d'entités imaginées.

6. Avec Lavoisier (1789 , Traité élémentaire de chimie, Paris, Cuchet, XVI à XVII), c'est toute la perspective qui change, parce que, au lieu d'inventer n'importe quoi, on se fonde sur l'expérience :
"Je me contenterai donc de dire que, si, par le nom d'éléments, nous entendons désigner les molécules simples et indivisible qui composent les corps, il est probable que nous ne les connaissions pas ; que si au contraire nous attachons au nom d'éléments ou de principes des corps l'idée du dernier terme auquel  parvient l'analyse, toutes les substances que nous n'avons encore pu décomposer par aucun moyen, sont pour nous des éléments ; non pas que nous puissions assurer que ces corps que nous regardons comme simples ne soient pas eux-même composés de deux ou même d'un plus grand nombre de principes, mais puisque ces principes ne se séparent jamais, ou plutôt puisque nous n'avons aucun moyen de les séparer, il agissent à notre égard à la manière des corps simples, et nous ne devons les supposer composés qu'au moment où l'expérience et l'observation nous en aurons fourni la preuve."

7. Et c'est par ce sain principe que l'on est arrivé à nos éléments actuels. Quel génie ! 

Le nom des nouveaux éléments

Mon ami chimiste toulousain Armand Lattes lance une opération en vue de proposer aux inventeurs de nommer 1 ou 2 des 4 nouveaux éléments à partir des noms de 2 alchimistes parmi les plus connus.


Voici la proposition qu'il a envoyée à l'IUPAC :


Throughout the periodic table no element is called an alchemist! Yet the alchemists had planned (!) the transmutation, although their conception of it has no connection with reality, this idea deserve to be rewarded. I propose to carry out a survey to wish that this omission is repaired by the time 4 new items are recognized. I suggest two options: Flamellium (after Nicolas Flamel), symbol: Fa. and Paracelsium (after Paracelsus) Symbol: Pc.
My preference is to Flamellium as Nicolas Flamel claimed to have made transmutations, while Paracelsus is best known for its work in the health field (concept of active ingredient).



Je traduis :
Aucun des éléments ne porte le nom d'un alchimiste. Pourtant les alchimistes avaient envisagé la transmutation, même si leurs idées sur la chose n'avaient rien à voir avec la façon dont on est parvenu à faire des transmutations. En conséquence, il est proposé de s'interroger sur la possibilité de réparer cette omission, quatre nouveaux éléments ayant été découverts. Je propose deux options : le flamellium, du nom de Nicolas Flamel, sympole Fa, et le paracelsium, d'après Paracelse, symbole Pc. 

Ma préférence va au flamellium, car Nicolas Flamel a prétendu avoir obtenu des transmutations, tandis que Paracelse est plutôt connu pour ses travaux en pharmacie (concept de principe actif). 

Pour ceux qui sont intéressés par cette question : arlattes@yahoo.fr.