Le travail du verre en chimie

Les chimistes utilisent beaucoup de verrerie pour leurs expérimentations, parce que l'on réduit ainsi les réactions possibles entre les réactifs que l'on étudie et les contenants où ils sont placés.

Souvent, il y a des liquides ou des gaz à conduire, ce qui se fait donc par des tubes en verre.

Ces tubes en verre doivent être coudés, ce qui s'apprend facilement.

Prenons donc une petite lampe à alcool comme celle d'un appareil à fondue, et prenons un tube en verre entre les deux mains espacées d'une vingtaine de centimètres.

Nous mettons la partie centrale du tube au-dessus de la flamme et nous le tournons afin de chauffer régulièrement toute la surface en un point particulier.

Progressivement, on voit la flamme jaunir : c'est le signe que le verre commence à devenir très chaud.

D'ailleurs, quand le verre est bien jaune, on peut s'amuser à le tirer doucement, en tirant  la main gauche vers la gauche et la main droite vers la droite : on voit le tube en verre s'affiner jusqu'à la rupture.

Si l'on casse l'extrémité  en la tapant contre la table, alors on obtient tube effilé.
Bien sûr, il y a des chances pour que l'on puisse faire mieux que ce premier essai,  surtout si l'on veut faire ce qu'on nomme  une pipette pasteur, c'est-à-dire un tube avec une effilure très longue.

Si l'on coude le tube chauffé, au lieu de l'étirer, on fait... un coude.

Là, il faut apprendre à obtenir  un coude régulier, car il y a  deux écueils. Le premier, c'est quand on coude le verre alors qu'il est trop froid : la partie externe vient faire une sorte de méplat qui réduit le diamètre du tube. Autre écueil : quand le verre est trop chaud, la partie de l'intérieur de la courbure fait une sorte de bourrelet, de repli.

Bref il y a lieu, encore une fois, à apprendre à repérer l'exacte température qui convient, en se fondant notamment sur la couleur de la flamme dans laquelle on tourne le tube avant de le travailler.

Il y a bien d'autres manipulation avec du verre, mais, en tout cas, en voici deux élémentaires qu'un jeunes chimiste pourrait s'amuser à obtenir.


NB : Sans se brûler, ce qui arrive par mégarde, car le verre chaud ne montre pas qu'il est chaud. Il y a alors des pommades contre les brûlures ;-)

Soyons prudents, pas craintifs

 

 

Je trouve intéressant de me souvenir que, au début des années 1990, alors que j'avais publiquement montré à la télévision, un mélange le basilic et de jus de citron vert, j'avais été interrogé des cuisiniers (pas des moindres) qui me demandaient si ce mélange n'était pas toxique.

J'avais été étonné de cette question, mais j'avais eu la réponse suivante : la cuisine traditionnelle a sélectionné des associations comestibles d'ingrédients, et tout nouveau mélange pouvait être soupçonné d'être toxique.

À l'époque, j'avais été pris au dépourvu, et je n'avais pas très bien répondu à mes amis, pas plus que je ne l'ai fait plus tard quand il était question de toxicité, pour des mélanges de composés individuellement faiblement toxiques : le fameux "effet cocktail" qu'on nous ressort périodiquement, et dont on ne sait guère à quoi il correspond, au-delà des mots (sans compter que, dans un cocktail, le plus dangereux, c'est l'éthanol ;-)).

Mais restons à la première question. Au fond, je comprends aujourd'hui que nos amis qui n'ont pas de connaissances de chimie sont très désemparés pour traiter de telles questions.

D'ailleurs il est bon de bien distinguer la physique et la chimie : dans un mélange physique, les molécules que l'on mélange se retrouvent finalement inchangées dans le mélange ; c'est seulement quand il y a une réaction chimique que les molécules finales sont différentes des molécules initiales.

Pour prendre un exemple visuel, la physique consisterait à mélanger des balles bleues et des balles rouges : on retrouverait les mêmes balles bleues et les mêmes balles rouges.
En revanche, s'il y a une réaction, un mélange de balles bleues et de balles rouges pourrait conduire à des balles toutes orange.

Quand on mélange deux ingrédients alimentaires, tel du basilic et du citron vert, on mélange d'abord essentiellement de l'eau, puisque les aliments sont majoritairement faits d'eau : plus de 90 pour cent pour le basilic, et plus de 99 pour cent pour le jus de citron vert.

Les goûts, eux, sont dues à des quantités infimes de de composés. Et oui, ils pourraient réagir, former de nouveaux composés, mais :
- c'est très rare
- rien n'indique que les composés formés seraient toxiques, et, d'ailleurs, s'il y a réaction, c'est un peu comme quand une bille est en haut d'une montagne : elle descend, et n'est plus en mesure de le faire ensuite ; cela revient à dire que les composés formés seraient moins réactifs -avec le corps humain- que les composés initiaux, capable de réagit.

Mais on aurait doit aussi considérer que le citron vert est très apparenté aux autres agrumes, le citron ou l'orange, tandis que le basilic est apparenté au persil, au gazon, à la ciboulette, à l'estragon. Apparenté, cela signifie que les composés présents sont les mêmes, dans des proportions parfois un peu différence.
Autrement dit, mélanger du basilic et du citron vert, c'est un peu comme mélanger du basilic et du citron : s'il y a des réactions, ce sont les mêmes en nature dans les deux cas.

De surcroît, imaginons le cas -très improbable donc- de réactions : elles se feraient donc entre deux quantités très faibles de composés initiaux, de sorte qu'elles ne pourraient conduire qu'à des quantités très faibles de produits finaux.

De sorte que s'il y a toxicité des produits finaux, c'est un danger plus qu'un risque, puisqu'il y a une infime exposition au danger.

D'ailleurs, il faut comparer la dangerosité EVENTUELLE des produits EVENTUELLEMENT formés à celle des composés toxiques naturellement présents dans les ingrédients.
Or je n'ai pas pris l'exemple du basilic ou de l'estragon au hasard : ces ingrédients culinaires classiquement utilisés contiennent des quantités de méthylchavicol, composé cancérogènes et tératogènes dont la dangerosité laisse tout le monde indifférent : ne voit-on pas, tout l'été, les salades pleines de basilic et d'estragon ?

D'ailleurs, toujours pendant l'été, ne voit-on pas nos concitoyens manger répétitivement des viandes cuites au barbecue, donc chargées en benzopyrènes cancérogènes ? Et là encore, personne ne s'en émeut.

Je crois finalement que la chimie fait peur à ceux qui la connaissent trop mal, avec des peurs qui s'apparentent à la crainte des revenants, dans l'ancien temps, et aux superstitions variées, de démons qui enverraient la foudre, la peste, etc.

Bref, l'ignorance est mère de la crainte, et il faut absolument que notre Education nationale développe les enseignements de chimie plus qu'elle ne le fait aujourd'hui : non pas à la marge, mais bien plus qu'aujourd'hui.

Car la connaissance du monde matériel est indispensable pour se comporter en citoyens !

Comment nos concitoyens pourraient-ils débattre sereinement de glyphosate, par exemple, s'ils ignorent ce qu'est une molécule ? Comment nos concitoyens peuvent-ils débattre d'OGM s'ils ignorent le fonctionnement génétique moléculaire des êtres vivants ? Comme nos concitoyens peuvent-ils avoir une approche rationnelle de la toxicité s'ils n'ont aucune connaissance des composés toxiques ?

Ce que je dis pour nos concitoyens vaut évidemment pour nos députés, et ces derniers mériteraient de recevoir, quand ils sont élus, une formation suffisante pour pouvoir juger des questions qui leur sont soumises. A en entendre certains, j'ai peur soit qu'ils n'aient pas d'informations suffisantes, soit, s'ils les ont, qu'ils tiennent des discours qu'ils doivent savoir mensonger.

Mais j'ai espoir, car il y a l'Ecole, avec des professeurs merveilleux, attentifs aux enfants. Mettons-nous entièrement à leur disposition, pour les aider dans leur mission !

Des âneries sur des sites pourtant officiels

Là, allant sur un site officiel de toxicologie, je vois le mot "substance" utilisé pour "espèce chimique". Vite, chers collègues, corrigez votre document, sous peine que l'on ne vous mette un bonnet d'âne (savant).

Car c'est pour le bien des apprenants, et aussi de tous nos concitoyens, que nous devons pourchasser les confusions : de même que les huiles ne sont pas faites d'acides gras, de même que les protéines ne sont pas de simples "assemblages" d'acides aminés, les molécules ne sont pas des composés ni des espèces chimiques, et les composés ou les espèces chimiques ne sont pas des "substances".

Me connaissant, on se doute bien que je ne dis pas cela au hasard, mais que je me fonde sur des documents parfaitement officiels, internationalement acceptés, tels ceux de l'IUPAC, ou sur des discussions abondantes qui trouvent leur place dans des publications scientifiques (avec évaluations serrées par des pairs), tel le Journal of Chemical Education. En français, il  aura aussi le Bulletin de l'Union des Physiciens, par exemple, ou l'Actualité chimique. Et bien d'autres.
Bref, des documents que ceux qui parlent de chimie, ou qui en utilisent les notions, devraient bien consulter (je parle évidemment pour ceux qui ne le font pas, et pas pour ceux qui le font).


Commençons par le plus simple : la "substance".

Et commençons par aller sur un dictionnaire officiel de la langue française,  le Trésor de la langue française informatisé, du CNRS et de l'Université de Nancy, qui nous dit :
Philosophie :  Ce qui existe en soi, de manière permanente par opposition à ce qui change.
 Ce dont un corps est fait. Synon. matière.
 Matière organique ou inorganique, produit chimique caractérisé(e) par sa spécificité, sa nature, son état ou ses propriétés.
Empr. au lat. substantia « être, essence, existence, réalité d'une chose » et tardivement « aliments, nourriture; moyens de subsistance, biens, fortune » (de substare « être dessous, se tenir dessous »).

Bref, la substance, c'est l'objet matériel : l'eau est une substance, ainsi que la terre ou l'air.

Qu'en disent-les instances internationales de chimie ? Je trouve  (https://doi.org/10.1351/goldbook.C01039) :
Chemical substance : Matter of constant composition best characterized by the entities (molecules, formula units, atoms) it is composed of. Physical properties such as density, refractive index , electric conductivity, melting point etc. characterize the chemical substance.

Oui, la substance est composée de molécules, atomes, etc. Et c'est pourquoi nous devons arriver d'abord à ces derniers. Commençons par...


Molécules et atomes, mais aussi ions, par exemple

Là, il nous faut rêver à l'existence d'un "super-microscope", qui nous permettrait de voir au coeur des substances.
Pour l'eau, ce liquide, cette substance liquide, nous verrions des objets tous identiques, qui sont des molécules d'eau. Et chaque molécule d'eau est fait d'atomes.
Pour le sucre de table, nous verrions que les cristaux qui font le sucre en poudre sont en fait des empilements réguliers (des cristaux) de molécules toutes identifiques, qui sont des molécule de saccharose. Et ces molécules de saccharose font faites d'atomes, de carbone, d'oxygène ou d'hydrogène.
Pour le sel de table très pur, nous verrions que les cristaux sont des empilements réguliers d'atomes (de chlore et de sodium, alternés), mais ces atomes sont nommés "ions", car ils se sont échangés des électrons.
Pour un métal, tel le fer, encore des atomes, et qui ont mis des électrons en commun.


Et les composés ? Et les éléments ?

Reste le troisième terme évoqué en introduction : celui de composé, que je rapproche d' "espèce chimique".
Un composé, une espèce chimique, c'est une catégorie particulière de molécules toutes identiques. L'éthanol est un composé : et les molécules d'éthanol sont faites d'atomes (de carbone, hydrogène, oxygène).
Mais il y a une différence entre l'éthanol matière, et l'éthanol composé. Pour l'éthanol absolu, à la température ambiante, il y a la substance, la matière. Le composé, lui, est une catégorie. Idem pour l'espèce chimique. 

D'ailleurs, très honnêtement, le terme d'espèces chimique est plus large que celui de composé, puisque l'« espèce chimique » est une appellation générique se référant à un ensemble d'entités chimiques identiques : ces entités sont soit un atome (espèce chimique atomique), soit un groupe d'atomes liés qui peut, selon sa charge électrique et sa configuration électronique, être une molécule, un ion ou un radical.

Les "réactions" ?

Aujourd'hui, on m'interroge sur ce qu'est une "réaction chimique",  et je vais essayer de répondre simplement, sans trop insister qu'une réaction est une réaction est "chimique" quand elle est étudiée par la chimie, que c'est un réarrangement d'atomes.

Le plus simple, c'est peut-être de partir du sucre, le sucre de table, qui se présente souvent sous la forme de petits cristaux blancs.

On ne le voit pas à l'oeil nu, mais ces cristaux sont des empilements réguliers, dans les trois directions de l'espace, comme un jeu de cubes bien assemblés, d'objets que l'on nomme des molécule de saccharose.

Ces molécules sont toutes constituées de la même façon, avec des atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, mais nous n'avons pas besoin pour l'instant de rentrer plus en détail dans cette construction. Qu'il nous suffise de dire que les molécule de saccharose sont empilées régulièrement.

Quand on chauffe du sucre, on le voit fondre d'abord, c'est-à-dire former un liquide, mais bientôt, il brunit, et une odeur de caramel apparaît. Cette caramélisation correspond non pas une seule réaction, mais à beaucoup, ce qui signifie que les molécule de saccharose sont modifiées par la chaleur de diverses façons. Par exemple, certaines sont divisées en deux moitiés  ; d'autres perdent des petits morceaux, etc.

Surtout, on voit que les assemblages d'atomes (les molécules) que  l'on récupère finalement ne sont pas les molécules que l'on avait initialement.

Cette modification des molécules est bien différente de la transformation que l'on aurait quand on chauffe un glaçon. Un glaçon est un solide, fait par un empilement régulier de molécules d'eau ;  quand on  le chauffe, le glaçon fond, ce qui signifie  que les molécules d'eau se séparent... mais elles ne se modifient pas !  La meilleure preuve, c'est que, quand on refroidit l'eau liquide, elle ressemble de la glace. Il y avait les mêmes molécules avant et après :  dans ce cas-là, il n'y a pas de réaction "chimique".

En cuisine, il y a des réactions nombreuses, qui font des couleurs, des saveurs, des odeurs nouvelles.
Que l'on pense au brunissement d'un steak, à la caramélisation déjà évoquée, au brunissement de haricots verts...
Chaque fois qu'il y a l'emploi de la chaleur sur des composés un peu délicats, on est presque sûr qu'il y a eu des réactions qui ont modifié les molécules présentes.

A quoi bon indiquer à des amis la présence d'un aldéhyde particulier dans un aliment particulier, cet aldéhyde particulier étant essentiel dans le goût de cet aliment ?

 

A quoi bon indiquer à des amis la présence d'un aldéhyde particulier dans un aliment particulier, cet aldéhyde particulier étant essentiel dans le goût de cet aliment ?

La question peut-être prise sous deux angles :
- tout d'abord, à quoi bon savoir quelque chose ?
- et ensuite en quoi savoir ce quelque chose peut-il être utile en pratique ?

 

 

Comparons la connaissance sur la présence d'un aldéhyde spécifique à la connaissance de la loi d'Ohm, qui décrit le passage d'un courant électrique dans un conducteur.
Dans les deux cas, l'intérêt scientifique était d'explorer les mécanismes des phénomènes : de même qu'un courant électrique passe d'une façon particulière dans un fil conducteur, de même des composés particuliers sont responsables du goût d'un aliment.

Jusque-là, tout vas bien, et il n'y a pas lieu de chercher plus loin : la science (physique d'un côté, chimique de l'autre) a fait son travail, qui est d'explorer les mécanismes des phénomènes, et elle procure des informations sur le monde.

Mais je sais bien que beaucoup de nos concitoyens réclament une utilité pratique. Ils ont sans doute raison, mais il ne faut pas demander cela à la science, mais à la technologie, qui est précisément l'application des travaux scientifiques à l'amélioration des techniques.

Pour la loi d'Ohm, qui décrit le passage du courant électrique, il y a des applications pratiques, quotidiennes, dès qu'on fait un peu d'électricité.
Pour la présence d'un composé particulier dans un aliment, il en va exactement de même, car les aromaticiens et parfumeurs ont absolument besoin de cette connaissance pour travailler.

Autrement dit, pour l'instant, je vois tout à fait identiques la connaissance de la présence d'un composé particulier dans un aliment particulier et la connaissance de la loi d'Ohm.

Là où se présente une différence, c'est que l'éthanal, par exemple, est raccroché à cette catégorie moléculaire qui est celle des aldéhydes. À quoi bon ? Je crois avoir donné la réponse ailleurs, à savoir que, dans l'immensité des composés existants, on y voit plus clair si l'on segmente, si l'on catégorise.
On peut faire cette catégorisation de bien les façons : du point de vue toxicologique, nutritionnel, physique, biologique ou moléculaire. Toutefois on n'oubliera pas d'abord que les aldéhydes ont été identifiés par les chimistes, et il me semble que la première caractérisation devrait être la connaissance moléculaire de l'objet.

Autrement dit il n'est pas anodin de savoir que l'éthanal est un aldéhyde, car cela le rapproche d'autres aldéhydes, tels le méthanal ou le propanal, avec des propriétés communes, notamment de réactivité.

Après ? A chacun de chercher des applications !

Les assemblages ?

 Un terme trop flou pour expliquer la chimie

Voir http://www2.agroparistech.fr/Les-assemblages-Mefions-nous-de-ce-terme-trop-vague.html

Les couleurs des carottes

Voir http://www2.agroparistech.fr/Les-couleurs-des-carottes-et-plus.html

Les lipides, c'est quoi, au juste ?

 Le billet se trouve sur https://scilogs.fr/vivelaconnaissance/1953-2/

Au commencement, il y a l'eau

Il faut commencer par le commencement. Et le commencement, c'est sans doute l'eau.

On sait que l'eau est un liquide incolore, inodore, insipide et transparent, dans les conditions ambiantes, mais on sait aussi que l'eau peut devenir solide quand on la refroidit, et qu'elle s'évapore quand on la chauffe.

A cette dernière addition, il faut apporter une précision à savoir que l'évaporation a lieu à toute température, mais c'est plus précisément l'ébullition qui a lieu à 100 degrés.

Comment s'assurer que l'eau s'évapore à toute température ? Laissons un peu d'eau dans un récipient, en cuisine : après quelques jours, il n'y a plus rien ; ou encore regardons le sol après la pluie et nous verrons que, même sur de la pierre ou du bitume, l'eau disparaît progressivement, alors qu'elle ne s'est certainement pas infiltré.  

Pourquoi tous ces comportements ?

Parce que l'eau est composée de minuscules objets tous identiques, que l'on nomme des molécules, et plus particulièrement des molécules d'eau. On peut se les représenter comme des billes qui collet un peu entre elles, et dont la vitesse dépend de la température : plus l'eau est chaude, plus les molécules d'eau sont rapides.

Et quand elles sont très rapides, les forces qui les "collent" ne suffisent plus à les retenir : les molécules d'eau partent dans l'air.

Les "assemblages" ? Méfions-nous de ce terme trop vague

 Les "assemblages" ? Méfions-nous de ce terme trop vague

Ici, je vois que je dois parler d' "assemblages", car c'est un terme que j'ai critiqué sous la plume d'une collègue et que je me suis vu moi-même utiliser.

Un assemblage, c'est un terme un peu flou, qui signifie simplement que l'on réunit des objets, que l'on forme un groupe.
Rien n'est dit sur la cohésion éventuelle de ces objets.

Car imaginons que l'on colle deux parties, avec de la colle :  on a donc bien fait un assemblage.
Mais imaginons que l'on visse des poutrelles pour faire la tour Eiffel, et l'on a également un assemblage, mais d'une autre nature.
Et puis, quand on dispose des cubes les uns sur les autres, on a encore un assemblage.

La nature de l'assemblage n'est pas précisée, par ce terme, et c'est ce qui fait que nous devions insister un peu.

Prenons un exemple dans l'histoire de la chimie des aliments pour montrer pourquoi la question est essentielle. Il y a un peu plus d'un siècle,  le chimiste français français Michel Eugène Chevreul étudia la constitution des graisses. Chevreul est celui qui découvrit ce que l'on sait aujourd'hui, à savoir que les principales molécules des graisses sont ce que nous nommons aujourd'hui des triglycérides. Il a parfaitement montré que l'on peut modifier ces molécules pour récupérer une molécule de glycérol et trois molécules d'acide gras, à partir d'une molécule de triglycérides (il n'utilisait pas le terme de molécules comme nous, mais cela revient à cela).  Et il a égaleemnt montré  qu'avec trois molécules d'acide gras et une molécule de glycérol, on pouvait synthétiser une molécules de triglycéride.

On est tenté de dire qu'un triglycérides serait un "assemblage" de glycérol et d'acide gras... mais ce serait faux,  et c'est là  tout l'enjeu du travail de Chevreul.
Certains, en effet, à son époque pensaient que l'on réunissait seulement les quatre entités, et que le triglycérides était un simple assemblage, vaguement collé, des quatre molécules. En revanche, Chevreul, en digne descendant de Lavoisier, faisait une chimie quantitative, à savoir qu'il pesait. Et  l'on n'a pas assez dit que les balances de nos prédécesseurs étaient tout aussi précises que les nôtres. Grâce à ces pesées, Chevreul découvrit ce fait extraordinaire que la somme des masses des quatre molécules de glycérol et d'acides gras diffère d'environ 6 % de la masse de la molécule de triglycérides que l'on obtient en partant de ces molécules. Il n'est pas possible qu'une telle différence soit due à une imprécision de mesure, surtout quand on s'est assuré de cette précision, et Chevreul découvrit qu'il y avait une réaction, plutôt qu'un simple assemblage.

On le voit : en chimie, le terme "assemblage" doit être manié avec précaution. Mais... les mots ne doivent-ils pas toujours être utilisés avec précaution ? Un marteau n'est pas un tournevis, une drisse n'est pas une écoute, un troussequin n'est pas un pommeau, la phase n'est pas le neutre, le ciseau n'est pas le burin, le sel n'est pas le sucre, la mayonnaise n'est pas la rémoulade...

Les chimistes sont des empoisonneurs, mais ils font courir des risques bien moindre que ceux dus aux inconscient, c'est-à-dire à tous les autres... puisque eux, au moins, savent quel est le danger éventuel.

 Les chimistes sont des empoisonneurs, mais ils font courir des risques bien moindre que ceux dus aux inconscient, c'est-à-dire à tous les autres... puisque eux, au moins, savent quel est le danger éventuel. 

C'est évidemment une boutade, mais quand même, j'invite mes amis à y réfléchir.

Au début, il y a la chimie, cette science des réorganisations d'atomes, des "transformations moléculaires", et plus, mais c'est un détail. C'est une science, une connaissance.
Et les chimistes ne sont donc pas des empoisonneurs, mais des producteurs de connaissances.

Et il y a une dénomination abusive de "chimiste" pour des personnes qui se livrent à des applications de la chimie : des technologues ou des techniciens qui produisent des composés, en quantités variables, faibles pour les principes actifs des médicaments et à la tonne pour des engrais, peintures, etc.

En cuisine, les cuisiniers qui font des caramels, qui réduisent des vins, qui brunissent des viandes, qui rôtissent, sautent, font frire, etc. mettent en oeuvre des réactions "chimiques" que les chimistes connaissent bien... et dont ils connaissent les dangers.

Mais on est bien d'accord, c'est moins le danger que le risque qu'il faut considérer : à ne pas traverser une route, il n'y a aucun risque, même ci cette route est très dangereuse. Et il en va de l'action éventuelle sur la santé des composés des aliments, initialement présents ou finalement produits.

De ces risques, les cuisiniers (sauf exceptions, bien sûr) ne savent rien, sauf à dire -très péremptoirement et sans en avoir aucune certitude- que la tradition n'a empoisonné personne... ce qui est inexact, car j'ai des recettes terribles de pissala où les cuisiniers provençaux utilisaient du cinabre  (un terrible sulfure de mercure) : pas étonnant que les micro-organismes ne se soient pas développés en présence d'un tel composé. Et il y a aussi des plantes assez nombreuses que l'on consommait naguère et qui figurent maintenant sur la liste des plantes toxiques établie par l'Agence européenne de sécurité des aliments.

Bien sûr, des cuisiniers peuvent se renseigner, apprendre les travaux consacrés aux risques alimentaires, mais ce sont surtout les toxicologues ou les chimistes qui savent tout cela.

Et, en tout cas, les chimistes peuvent bien envisager les risques chimiques, puisque c'est là leur métier. Le hic, c'est qu'ils ne savent pas toujours bien cuisiner (avec bien sûr des exceptions).

Mais, au fait, et si, au lieu d'opposer les groupes, on proposait une belle coopération, utile à tous ?

Un groupe n'est pas un individu, une catégorie n'est pas un objet particulier de la catégorie

 Les éléments, les espèces chimiques, les molécules, les composés

Je crois comprendre qu'une difficulté essentielle de la chimie est sa terminologie, ses mots, car une certaine façon ancienne de dire la chimie conduit à des confusions, à des incompréhension.

Prenons par exemple l' "oxygène". C'est un "élément chimique", c'est-à-dire une espèce d'atomes :  les atomes d'oxygène on tous un noyau constitué de huit protons et de huit neutrons, avec, autour, huit électrons qui tournent comme des planètes autour du Soleil.  Tous les atomes d'oxygène sont exactement pareils, et le mot "oxygène" désigne donc l'espèce d'atomes ainsi faite.

Dans l'air, on disait -et certains le disent encore, hélas- qu'il y avait de l'oxygène,  mais ce n'est pas une bonne façon de faire comprendre à ses amis,  car en réalité, il y a principalement des molécules de diazote et, ensuite, des molécules de dioxygène  : le dioxygène est une "espèce chimique", ce qui signifie que toutes les molécules de dioxygène sont identiques et, en particulier, ces molécules sont faites de deux atomes d'oxygène collés l'un  à l'autre.

Donc oui, il y a de l'oxygène dans l'air, mais sous la forme d'atomes d'oxygène indépendants. Non, il y a  de l'oxygène sous la forme d'atomes d'oxygène groupés par deux pour faire des molécules de dioxygène.

Je vois dans l'emploi du mot "oxygène" pour désigner l'élément, l'atome et la molécules  l'origine de la confusion fréquente, et surtout de l'incompréhension.
Car une catégorie d'objets identiques n'est pas un objet particulier. C'est une catégorie, un groupe.

La "catalyse"

Dans la famille "chimie", je voudrais la "catalyse" !

Oui, fois-ci, je me propose d'expliquer ce qu'est une catalyse.

On pourrait dire que c'est l'action d'un composé, qui provoque une réaction, sans être modifié dans l'opération. Mais ça reste abstrait !

Un exemple, en partant d'eau et d'une pile : si on met dans l'eau des fils conducteurs reliés aux deux poles d'une pile, on peut récupérer deux gaz, qui ont pour nom dihydrogène et dioxygène. L'eau est dissociée, les atomes de ses molécules se réorganisent différemment, sous l'action du courant électrique (incroyable, non  ?).

Puis quand on mélange ces deux gaz que sont le dioxygène et le dihydrogène, on obtient un mélange gazeux, transparent, incolore, sans odeur... Et ce mélange peut subsister très longtemps ainsi.

Mais si l'on approche du mélange de la poudre de ce métal qu'est le platine, alors cela déclenche une explosion... et les atomes des deux gaz se réorganisent, sur le métal, et forment à nouveau des molécules d'eau. On dit que le platine a "catalysé" la réaction : il était platine, avant, et il reste platine après. On voit qu'il a participé à la réaction, mais qu'il n'a pas été consommé par la réaction.

Un cas où un corps serait consommé ? Et bien, dans la réaction précédente, le dihydrogène est consommé, puisqu'il disparaît. Et le dioxygène aussi.

En cuisine

Mais si tout cela peut se faire dans une cuisine, il ne s'agit pas de cuisine : on n'est pas nourri avec du dioxygène ou du dihydrogène, et  l'eau  ne nourrit pas, même si elle désaltère !

Plus en cuisine, on peut voir une catalyse amusante, avec un morceau de sucre, un petit bout de papier, une tasse et un briquet.

Commençons à mettre le sucre dans la flamme du briquet : nous le voyons devenir marron et se mettre à couler.

Puis, faisons brûler le petit morceau de papier dans la tasse pour tenir des cendres,  trempons le sucre dans ces dernières, avant de le mettre dans la flamme : cette fois, le morceau de brune de sucre brûle, avec une flamme.

C'est que les cendres contiennent des matières, notamment des métaux, qui catalysent la réaction de combustion : au lieu que le saccharose du sucre soit simplement décomposé par la chaleur, il peut réagir avec le dioxygène qui se trouve dans l'air, et cela fait une combustion comme nous en avons l'habitude avec du bois.

La cendre n'est pas modifiée dans la réaction :  il y avait la cendre et il y aura la cendre. Or  si un corps participe à une réaction sans être modifié par celle-ci, c'est un catalyseur. Les cendres contiennent un catalyseur.

La polymérisation, c'est quoi ?

  
Nous avons tous entendu parler de polymérisation,  mais nous ne savons pas tout ce que cela signifie  :  polymérisation, polymère, de quoi s'agit-il ?

Je propose de partir des végétaux, qui sont des "usines de synthèse moléculaire" : les racines absorbent l'eau et des minéraux ; cette "sève brute" monte vers les feuilles, en raison de la "capillarité" et de l'évaporation (contrôlée) de l'eau par les feuilles ; et, dans les feuilles,  avec l'énergie du soleil et le dioxyde de carbone de l'atmosphère, les plantes synthétisent des composés variés, parmi lesquels sucres et acides aminés sont prépondérants.

Pour les sucres, les trois principaux que les plantes synthétisent sont le glucose et fructose et le saccharose.

Pour le saccharose, on le connaît  : c'est le sucre de table.
Le glucose, lui, peut également se présenter sous la forme d'une poudre blanche, mais sa saveur et beaucoup moins sucrée ; elle est seulement douce, avec de la longueur en bouche. C'est ce que les chimistes nomme une "petite molécule", parce qu'effectivement les molécule de glucose contiennent moins d'une centaine d'atomes.
Et le fructose est un sucre bien plus sucré (deux fois et demie environ) que le saccharose.

Dans les plantes, ces trois sucres sont dans la sève, dissous dans l'eau de la sève,  et il y a donc le risque que la pluie les lessivent.

L'évolution biologique a résolu la question en dotant les plantes d'enzymes (des molécules de protéines particulières, qui sont comme des ouvriers), qui assemblent les molécules de glucose les unes autres pour former des chaînes, faites de  centaines ou des milliers de ces petit maillons que sont alors des morceaux de glucose, ce que les chimistes nomment des "résidus de glucose".

Dans les plantes, ces chaînes, linéaires donc (cela signifie : comme des fils) sont nommées des molécules d'amylose,  et elles sont des constituants essentiels de l'amidon.

Disons le différemment : les grains d'amidon (de la farine, par exemple) sont des assemblages de  molécules d'amylose, et aussi de molécules d'amylopectine, qui sont également des enchaînement de molécules de glucose, mais cette fois avec des ramifications, comme des arbres minuscules.

Amylose et amylopectine sont des "polymères", car leurs molécules sont des assemblages de nombreux motifs répétés, de ce "monomère" qu'est le glucose.

Et il faut ajouter qu'il existe aussi des polymères qui s'assemblent dans les trois directions  de l'espace, comme des espèces de toiles d'araignée. Par exemple, quand les protéines d'un blanc d'oeuf coagulent, elles forment un réseau à trois dimensions, et c'est un polymère.

Enfin, on terminera  en signalant qu'à côté des polymères naturels, il y a des polymères de synthèse,  tel le nylon que les chimistes ont appris à fabriquer au début du 20e siècle.

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.

Il va falloir que je change mes billets, ou, plus exactement, que j'indique à qui je m'adresse

 Un ami cuisinier me dit que beaucoup de billets que je fais sont trop difficiles parce que, lors de ses études, il n'a pas eu les bases de chimie et de physique qui lui serait nécessaire pour comprendre ce que j'écris.

De fait, il est vrai que je fais toujours l'hypothèse que mes amis qui me lisent savent ce qu'est un acide, une base, un composé, un atome, et cetera.
Pour bien me faire comprendre de ces amis-là, il faut que j'explique tout cela. 

Inversement, d'autres, qui ont déjà des notions de chimie, peuvent trouver ces informations inutiles, gênantes. 

 

De sorte que je conclus qu'il faut des billets de différentes sortes, selon les amis à qui je m'adresse. 

En conséquence, il faudra aussi annoncer à qui je m'adresse et c'est ce que je viens  de me résoudre à faire :  il y aura une série de billets d'initiation, d'une part, et, d'autre part,  une série pour ceux qui en savent plus. 

Cela sera annoncé en tout début de texte.

Les enjeux de la vulgarisation de la chimie

Oui, la vulgarisation scientifique, notamment pour la chimie, a la mission de donner un enseignement qui n'a pas été donné à des personnes qui ont arrêté tôt leurs études, ou de rattraper, de pallier un enseignement qui n'a pas été reçu comme il aurait dû l'être.

Précisons :  nombre de nos concitoyens n'ont pas poursuivi beaucoup leurs études et n'ont donc pas disposé de beaucoup de cours de sciences, et notamment de chimie. Ce n'est pas un reproche, mais une observation qui doit être analysée : observons surtout que ces citoyens n'ont pas reçu de l'Etat d'informations justes sur le monde où ils vivent, et où la question "moléculaire" s'impose chaque jour, pour prendre des décisions essentielles, individuelles ou collectives.

Pour le second cas, on voit qu'il peut y avoir des causes à la fois dans l'émission des messages, et dans leur réceptions. Certes, les acteurs de l'enseignement (professeurs, élèves, et les autres qu'on se gardera d'oublier) sont tous merveilleux, mais quand même : c'est un fait que les cours de chimie (et de physique, etc.) passent à côté de nombreux élèves, et cela doit s'analyser aussi, car, finalement, ils n'ont pas les  informations qui leur permettraient de comprendre le monde où ils vivent, de vivre en citoyens responsables.

Et c'est donc une mission de la vulgarisation que de pallier les insuffisances.

Que l'on me comprenne bien :  je ne critique ici personne... car c'est complètement inutile, mais je cherche plutôt des moyens d'analyser la question pour arriver à faire quelque chose d'efficace.

La question est donc que chaque citoyen en arrive finalement à connaître, à comprendre "suffisamment" de chimie.

Il faut s'interroger aussi sur l'objectif de cette vulgarisation et, notamment, le choix des sujets que l'on veut traiter.

On sait bien sûr que l'actualité est un moteur de curiosité important dont tout media peut jouer, et on peut le faire honnêtement, afin de contribuer à donner à nos concitoyens des informations importantes pour notre vie en société. Sans grands cris effarouchés comme le font certains media catastrophistes, sans contorsions intellectuelles comme le font les idéologues.

Les actualités ? Pour l'aliment, ce sont les additifs, le glyphosate, les OGM, les engrais...

Car que sait-on de ces deux de ces objets quand on n'est pas chimiste ?
Et quelles décisions individuelles ou collectives peut-on prendre ?

On le voit, la vulgarisation de la chimie est politiquement essentielle !

Pourquoi il est difficile de vulgariser la chimie et quelques réflexions à ce propos.

Récemment, dans un article de vulgarisation scientifique, il était question d'aldéhydes. Si l'on descend dans la rue, et que l'on interroge le premier passant venu sur ce qu'il sait de cela, la réponse sera "rien".
Car l' a-chimisme est quasi complet : nos concitoyens ne savent en réalité déjà pas ce qu'est une molécule, un atome, un ion, la différence entre une molécule et une espèce chimique.

Et cela, c'est un fait que je vous invite à vérifier vous-même expérimentalement, en n'allant pas dans le quartier latin, mais dans n'importe quelle ville de France. Et ce n'est pas un  reproche (qui serait d'ailleurs inutile).

En conséquence,  il y a un premier palier de vulgarisation, qui est d'expliquer que le monde est fait d'atomes groupés en molécules ou autres entités analogues, dans les diverses matières qui nous environnent, des gaz aux solides.

Passée cette étape, nous arrivons donc à une difficulté particulière à savoir que la diversité moléculaire du monde est considérable.

Bien sûr, le nombre d'éléments "chimiques" est d'environ 200... mais il faut déjà les présenter, et faire comprendre qu'il y a une différence entre un élément et un corps pur, dont tous les atomes seraient de la même espèce.
C'est ainsi que, pour le cuivre, par exemple, il y a une confusion possible entre l'élément cuivre, et le métal, le morceau de cuivre. Ce cas se règle sans trop de difficultés à condition de bien choisir ses mots... mais c'est un fait que le vocabulaire de la chimie est déjà problématique.

Si ce ne sont pas les éléments qui sont à présenter mais un résultat récent, comment s'y prendre sans parler des objets qui ont fait l'objet du travail ? C'est bien impossible !

Et c'est pour cette raison que l'on peut être conduit à parler d' "aldéhydes", par exemple.
Imaginons une synthèse organique très novatrice, que l'on a choisi de présenter, et où des aldéhydes interviennent. Bien sûr, on pourra   indiquer que la molécule d'un aldéhyde est caractérisée par un atome de carbone qui porte un atome d'hydrogène et un atome d'oxygène lié par une double liaison... Mais quoi ? A quoi bon savoir cela ?
Et puis, dans l'exemple que voudra considérer, il ne s'agit pas d'expliquer les aldéhydes, mais des aldéhydes particuliers, qui ont une réactivité particulière.

En matière de travaux sur les aliments, par exemple, dire qu'il y a "des aldéhydes" parmi les composés odorants revient à donner une information tout à fait inutile... car il y a sans doute des aldéhydes odorants dans tous les ingrédients alimentaires ! Ainsi l'hexanal, qui est un petit aldéhyde à l'odeur de pomme, n'a rien d'olfactivement commun avec le cuminaldéhyde du cumin. Et voici pourquoi il est bien naïf de dire que "des aldéhydes contribue à l'odeur d'aliments particulier".

Là, j'ai pris un cas extraordinairement simple, mais si l'on revient au résultat de synthèse chimique,  par exemple, il faudrait de surcroît indiquer les enjeux: autre chose que de dire que ça peut faire les cosmétiques ou des médicaments, car cela est bien insuffisant.

On voit ici que l'une des difficultés de la vulgarisation de la chimie est celle de l'immensité du monde considéré : certes il y a des catégories moléculaires, mais les objets valent surtout dans leur singularité et quelqu'un qui resterait aux catégories n'aurait pas contribué au véritable travail de vulgarisation.

Sans compter que la science chimique, comme les autres sciences, repose sur deux pieds qui sont l'expérience et le calcul. De sorte que le véritable travail scientifique se caractérise d'abord par ce dernier. Bien sûr, on aura pu expliquer des réarrangement d'électrons, des réorganisation d'atomes entre les réactifs d'une réaction, mais si l'on veut donner les moyens de la preuve, il y aura fallu quand même expliquer de façon quantitative ce qui a été dit en mots.
Cela vaut pour la physique comme pour la chimie, et ce serait faire une vulgarisation bien légère, bien futile, que de s'arrêter à l'expérience, car la science précisément n'est pas réduite à cela. 

Recherche scientifiques et relations humaines : les bonnes pratiques ?

 
Il y a quelques années, le titre de "distinguished member" d'une société savante de chimie a été retiré au directeur d'un laboratoire où un accident avait eu lieu.

Bien sûr, il y a des cas où le directeur du laboratoire n'est pas responsable des accident qui ont lieu dans son laboratoire.
Et je peux témoigner que malgré des visites de sécurité des stagiaires, malgré une insistance extrêmement lourde sur nos trois mots clés "sécurité, qualité, traçabilité", j'ai vu des comportements individuels complètement  ahurissants !

On pourrait alors conclure que des stagiaires ne doivent rien faire dans un laboratoire de chimie, à part regarder.
Mais leurs institutions leur demandent précisément de faire quelque chose !

Le faire avec le tuteur juste à côté ? Le risque zéro n'existe pas, et j'ai vu des comportements ahurissants même en dehors de ces pièces que sont les laboratoires. Non, il n'est pas possible de surveiller des étudiants chaque seconde, et s'ils ont des comportements idiots, ils auront des accidents.

Manifestement, c'est donc un état d'esprit que les tuteurs doivent établir : un état d'esprit de responsabilité, en conscience.

Et il faut évidemment que les étudiants apprennent les règles de sécurité qu'ils ne connaissent pas. Il y a tant de choses à faire bien, à ne pas faire mal !
Car le risque toxique n'est pas le seul ; il y a des verreries qui coupent, des systèmes de chauffage qui brûlent, des appareils électriques qui électrocutent... Et nos amis doivent découvrir cela, sans quoi ils sont exposés.

Bref, les responsables de laboratoire, les chimistes doivent mettre en oeuvre des bonnes pratiques, et ces pratiques ne sont pas seulement techniques, mais humaines : évidemment, il y a le respect des personnes, physique évidemment, mais aussi moral.

Depuis quelques années, l'éthique professionnelle est discuté dans les institutions de recherche, dans les revues, et cela est essentiel... même si l'on ne peut imaginer que tous agiront correctement. Mais, au moins, on aura identifié les comportement à éviter, et l'on minimisera la probabilité que ces comportements puissent être mis en oeuvre par "mégarde".

Au fond, j'y reviens : tout cela converge vers mon "Le summum de l'intelligence, c'est la bonté et la droiture".
Oui, bonté et droiture vis à vis de tous, dans les laboratoires.

Et je termine en répétant nos trois mots clés : sécurité, qualité, traçabilité !

Chimie vs Physique ? Non, il y a de la Science (de la nature)

 
Avec un ami physicien, je joue depuis longtemps à un jeu de "posture", lui physicien, moi chimiste : il dit mépriser la chimie, et je lui rétorque qu'il ne la connaît pas ; et j'ajoute que, s'il méprise les véritables objets du monde matériel qu'il prétend étudier (les atomes, ions, molécules, associations moléculaires), ses grandes lois générales abstraites ne valent rien, réfutées par la diversité des "vrais" objets.

Evidemment, c'est un jeu souriant car l'image de la chimie qu'il donne et caricaturale,  et, d'autre part, nous faisons comme si des frontières nettes existaient entre les deux disciplines : elles sont en réalité si floues qu'il existe une physico-chimie qui se distingue d'une chimie physique !
En outre, il travaille dans un laboratoire... de chimie, tandis que, pour ce qui me concerne, je ne cesse de faire des calculs de "physique" à propos des systèmes que j'étudie pourtant en chimiste.

Mais dépassons ce  jeu pour mieux comprendre les beautés de la chimie.

Oui il y a des composés en nombre infini, et, en raison de la combinatoire qu'introduit la réactivité des composés, il y a un nombre encore plus infini, si l'on peut dire, de possibilités de transformations, de réactions.

D'ailleurs, de même que l'astronomie n'a que faire de la découverte d'une nouvelle étoile, nous n'avons que faire de la découverte d'une nouvelle molécule.
Ce qui nous intéresse, c'est bien de comprendre le monde, sa structure, ses régularités, ses mécanismes... car on se souvient que, par définition, les sciences de la nature cherchent les mécanismes des phénomènes.

Oui, les "phénomènes". Et par phénomènes, on n'entend pas seulement l'échauffement d'un conducteur parcouru par un courant, ou la surrection d'une chaîne de montagnes. Tout objet saillant du monde est un "phénomène" : la simple existence d'une molécule, d'ailleurs, s'apparente à la présence d'une montagne. Il y a des raisons derrière.

Bien sûr, on pourra se rapprocher des philosophes, notamment des épistémologues,  des philosophes, pour discuter cette question des phénomènes, mais ne pouvons-nous explorer nous-mêmes cette question ? Car les sciences de la nature sont de la "philosophie de la naturelle", disait-on jadis, même si l'expression a été abandonnée pour des raisons que j'ai déjà évoquées.

Bref il y a des objets  dans notre monde : les molécules, des atomes, les ions, les associations moléculaires... Et il y a leurs transformations, leurs réorganisations, leurs interconversions, leurs réarrangements... Et cela fait des phénomène d'un autre type.

Ainsi, on pourrait distinguer des phénomènes "matériels", et des phénomènes "relationnels".

Ce qui me conduit à rappeler que la collection de papillon peut être tout aussi bien une activité une activité idiote qu'une activité intelligente. Si l'on va simplement capter des papillons pour les épingler dans une collection, on n'a rien fait d'intelligent, et l'on aurait tout aussi bien fait de laisser les papillons dans la nature.
En revanche,  si l'on s'interroge sur les papillons, recueillis, si l'on cherche des ressemblances, manifestes ou profondes, si l'on questionne la taxonomie, la physiologie, si l'on essaie de comprendre les raisons de la couleur brillante de leurs ailes, si l'on cherche à identifier leurs comportements, alors on dépasse l'objet sans intérêt, pour monter vers l'honneur de l'esprit humain, l'abstraction.

Il en va de même de la chimie. Une molécule de plus ne vaut rien sans sa mise en perspective !  Et c'est ainsi que la chimie est belle, n'est-ce pas ?