Chimie
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La chimie est la science qui étudie la composition, les réactions et les propriétés de la matière. La chimie est par nature interdisciplinaire et relie les sciences naturelles, elle a un rôle important dans le fonctionnement de notre monde et dans l'existence de la vie.
Sans les propriétés chimiques de l'eau, de l'air et des biomolécules, la vie n'aurait pas pu se développer de façon si complexe. L'étude du monde à l'échelle moléculaire permet de mieux comprendre le monde à l'échelle de l'homme. Dans ce but, la chimie s'appuie beaucoup sur des expériences, qui répondent à la de simples atomes jusqu'à des édifices moléculaires imposants (ADN, cristaux, …). En termes de dimensions, le domaine d'application de la chimie se situe entre le femtomètre (10-15 m) et le micromètre (10-6 m). La chimie contemporaine possède une diversité remarquable : en plus de toutes les substances naturelles qui existent, une grande quantité de nouveaux composés chimiques artificiels est régulièrement découverte.
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[modifier] Étymologie
Le terme chimie nous vient du mot alchimie[1]. L'alchimie est apparue avant la chimie et ce terme est directement tiré de l'arabe الخيمياء al kemi. Au moins deux étymologies existent pour le terme arabe, l'une égyptienne et l'autre grecque.
- Selon l'hypothèse égyptienne, kemi vient du copte chame « noire » emprunté à l'égyptien ancien kemi (la magie noire et, par extension, l'Egypte elle-même)[2].
- Selon l'hypothèse de l'origine grecque, kemi vient de χυμεία, khumeia, « mélange de liquides » (χυμός, khumos, « suc, jus »)[3].
Au cours des siècles, l'alchimie s'est développée grâce à des découvertes importantes pour ensuite donner naissance à la chimie. Le terme chimie est apparu par une déformation du langage. Cependant, la chimie a connu de grands progrès au point de devenir une science exacte alors que subsistaient des alchimistes poursuivant la quête de la pierre philosophale, faisant de l'alchimie une science ésotérique. La chimie et l'alchimie étaient devenues très différentes ; il était donc nécessaire de pouvoir les distinguer et les deux termes sont restés dans le langage.
[modifier] Délimitation du domaine d'étude
[modifier] Chimie et physique
Il n'existe pas de frontière clairement définie entre la physique et la chimie, mais, sont considérés généralement comme relevant de la chimie, les phénomènes provoqués par les réactions entre les constituants de la matière et entraînant une modification des liaisons entre les atomes. Selon la nature de ces liaisons, ces phénomènes impliquent entre les atomes des échanges ou mises en commun d'électrons ou bien des forces électrostatiques. Les niveaux d'énergie mis en œuvre dans les phénomènes chimiques font que seuls les électrons périphériques sont concernés. Au-delà, on entre dans la physique des plasmas, voire dans la physique nucléaire avec l'implication du noyau atomique. Aux échelles inférieures à celle de l'atome, l'étude des particules élémentaires et de leurs interactions relève de la physique des particules.
[modifier] Chimie et biologie
Il n'existe pas non plus de frontière clairement définie entre la chimie et la biologie. En effet, la délimination n'est pas bien définie entre la biochimie, qui est la sous-discipline de la chimie qui étudie les réactions chimiques dans des milieux biologiques (cellules…) et/ou avec des objets biologiques (protéines et autres biomolécules…) et la biologie moléculaire qui est la sous-discipline de la biologie qui s'intéresse à la compréhension des processus biologiques au niveau moléculaire.
[modifier] Disciplines de la chimie
La recherche et l'enseignement en chimie sont organisés en sous-disciplines :
- la biochimie qui étudie les réactions chimiques dans des milieux biologiques (cellules…) et/ou avec des objets biologiques (protéines…).
- la chimie analytique est l'étude des méthodes d'analyses qualitatives et/ou quantitatives qui permettent de connaître la composition d'un échantillon donné ; ses principaux domaines sont : la chromatographie et la spectroscopie;
- la chimie des matériaux est la préparation et l'étude de substances avec une application en tant que matériau. Ce domaine intègre des éléments des autres domaines classiques de la chimie avec un intérêt particulier pour les problèmes fondamentaux concernant les matériaux.
- la chimie inorganique (anciennement chimie minérale), concerne la description et l'étude des éléments chimiques et des composés inorganiques (sans squelette carboné).
- la chimie organique est la description et l'étude des composés comportant un squelette d'atomes de carbone (composés organiques) ;
- la chimie physique dont l'objet est l'étude des lois physiques des systèmes et procédés chimiques ; ses principaux domaines d'étude comprennent : la thermochimie, la cinétique chimique, l'électrochimie, la radiochimie, la sonochimie et les spectroscopies.
- la chimie théorique est l'étude de la chimie à travers un raisonnement théorique fondamental (habituellement à l'aide des mathématiques et de la physique). En particulier, l'application de la mécanique quantique à chimie a donné naissance à la chimie quantique. Depuis la fin de la seconde guerre mondiale, le progrès des ordinateurs a permis le développement de la chimie numérique (ou computationnelle).
Il existe d'autres domaines spécialisés ou d'interface :
Astrochimie, Chimie atmosphérique, Chimie bioinorganique, Chimie bioorganique, Chimie environnementale, Chimie industrielle, Chimie médicinale, Chimie nucléaire, Chimie organométallique, Chimie des polymères,Chimie des solutions, Chimie supramoléculaire, Chimie verte, Génie chimique Géochimie,Immunochimie, Nanotechnologie, Pétrochimie, Pharmacologie, Photochimie, Phytochimie.
[modifier] Histoire
Articles détaillés : Histoire de la chimie, alchimie et découverte des éléments chimiques.Les biographies des savants français et étrangers sont répertoriées dans les articles catégorie: chimiste ou dans la liste de chimistes.
[modifier] Concepts fondamentaux
Un atome est formé d'un noyau atomique contenant des nucléons qui maintient autour de lui un nombre d'électrons équilibrant la charge positive du noyau.
Un élément chimique est l'ensemble des atomes qui ont un nombre donné de protons dans leur noyau. Ce nombre est son numéro atomique. Par exemple, tous les atomes avec 6 protons dans leurs noyaux sont des atomes de l'élément carbone. Ces éléments sont représentés dans le tableau périodique, qui rassemble les éléments de propriétés similaires.
La liaison chimique est le phénomène qui lie les atomes entre eux en échangeant ou partageant un ou plusieurs électrons ou par des forces électrostatiques.
Une molécule est un ensemble électriquement neutre d'atomes associés par des liaisons covalentes.
Un ion est une espèce chimique (un atome ou une molécule) qui a perdu ou qui a gagné un ou plusieurs électrons. Il est appelé cation lorsqu’il est chargé positivement et anion lorsqu'il est chargé négativement.
Un composé chimique est une substance issue de l'assemblage de plusieurs types d'atomes issus d'éléments chimiques différents dans des proportions définies. Il est caractérisé par sa formule chimique.
[modifier] Enseignement de la chimie
[modifier] En France
Actuellement la chimie est enseignée à partir du collège en même temps que la physique dès la cinquième à raison de une ou deux heures (une heure pour une semaine, deux pour la suivante, et ainsi de suite...) par semaine. Ensuite, au lycée, les élèves commencent par avoir 3h30 de physique-chimie par semaine dont 1h30 de TP en seconde. La poursuite de l'enseignement de la chimie dépend du choix d'orientation des élèves : en première uniquement pour les élèves des filières littéraires et jusqu'en terminale pour les élèves des filières scientifiques, STL, STAV et ST2S. Enfin, la chimie peut être étudiée après le baccalauréat en UFR de chimie, en IUT de chimie ou en école de chimie. Les écoles d'ingénieurs dans le domaine de la chimie sont regroupées au sein de la fédération Gay-Lussac.
[modifier] Dans le reste du monde
Au Québec, la chimie et la physique sont des options que peut prendre l'élève de cinquième secondaire. Par contre, durant la fin du secondaire, il y a les sciences physiques enseignées obligatoirement. Les options de chimie et de physique servent à être admis dans plusieurs programmes au cégep.
En Suisse, la chimie est enseigné au gymnase, dès la dixième année de scolarité.
[modifier] Historique
[modifier] Les différentes représentations de l'atome
On sait depuis le XVIIIème siècle qu'il existe deux sortes d'électricité, que l'on qualifie de positive et de négative. Un corps, dans son état habituel, possède autant d'électricité positive que négative. On le dit électriquement neutre. Les électrons sont chargés négativement. Puisque tous les atomes contiennent des électrons, le reste de l'atome doit être chargé positivement pour que l'atome soit électriquement neutre.
- Modèle de Thomson
En 1904, J.J. Thomson imagine un premier modèle de l'atome : une sphère remplie d'une substance électriquement positive et fourrée d'électrons négatifs immobiles. On a alors comparé l'atome à un "pudding"où les électrons seraient les raisins secs.
- Modèle planétaire (1901-1915) : Perrin, Rutherford, Bohr, Sommerfeld
J. Perrin (1870-1942) propose en 1901 une représentation planétaire de l'atome : autour d'un centre positif, les électrons décrivent des orbites circulaires. E. Rutherford (1871-1937) montre expérimentalement, en 1911, que l'atome possède un centre très petit chargé positivement et contenant presque toute la masse de l'atome. La matière est donc surtout faite de vide! En 1913, le danois N. BOHR (1885-1962) reprend dans le cas particulier de l'atome d'hydrogène le modèle de Rutherford et lui adjoint d'autres hypothèses qui conduiront à un calcul correct de l'ordre de grandeur pour les dimensions de l'atome (de l'ordre du dixième de nanomètre). En 1915, l'allemand A. Sommerfeld (1868-1951) reprend le modèle de Bohr en considérant la possibilité d'orbites elliptiques.
- Modèle quantique (à partir de 1925)
Les découvertes de nouvelles propriétés de la matière amenèrent les physiciens à complexifier le modèle planétaire de l'atome. Actuellement, on admet qu'il est impossible d'associer à l'électron une trajectoire bien définie. Tout ce que l'on peut dire, c'est que la probabilité de trouver un électron en un point déterminé de l'espace est plus ou moins grande. Cette impossibilité d'associer à l'électron des atomes conduit à parler de cortège électronique : on parle alors d'atome probabiliste mais l'idée simple d'un atome contenant des électrons (négatif) et un noyau positif demeure toujours.
[modifier] Les grandes institutions de la chimie
[modifier] Les organismes travaillant au service de la chimie
- Académie royale des sciences de Suède
- American Chemical Society
- Chemical Institute of Canada
- International Union of Pure and Applied Chemistry
- Royal Australian Chemical Institute
- Royal Society of Chemistry
- Society of Chemical Industry
- Société française de Chimie
- Société suisse de Chimie
[modifier] Les différentes distinctions accordées aux chimistes
- Médaille Davy, décernée par la Royal Society depuis 1877
- Prix Nobel de chimie, décerné par l’Académie royale des sciences de Suède depuis 1901
- Prix Hudson, décerné par l’American Chemical Society depuis 1946
- Médaille Leverhulme, décernée par la Royal Society depuis 1960
- Prix de science macromoléculaire et de génie, décerné par l'Institut de chimie du Canada depuis 1971
[modifier] La chimie aujourd'hui
[modifier] La recherche contemporaine en chimie
[modifier] L'industrie chimique
Article détaillé : Industrie chimique.L'industrie chimique est née avec la révolution industrielle au XIXe siècle et représente de nos jours une part importante de l'activité économique des grands pays industriels. Cette industrie traite de deux grands types de produits. Premièrement, les produits organiques à partir du pétrole : les synthèses réalisées à grande échelle sont, par exemple, celle de l'éthylène, du propylène et du méthanol. Deuxièmement, des produits inorganiques pour produire les gaz industriels, les grands acides et les sels.
La échelle de la production chimique permet de distinguer la chimie lourde et la chimie fine. La chimie lourde élabore de grandes quantités de produits tandis que la chimie fine consiste en la production de quantités relativement faibles de composés à haute valeur ajoutée pour la pharmacie, la parfumerie et la cosmétique ainsi que dans de nombreux domaines de la haute technologie.
[modifier] La chimie au quotidien
La chimie est présente dans l'eau que nous buvons tous les jours car elle joue un rôle dans la conservation des qualités naturelles et la désinfection de l'eau du robinet avant consommation. De plus, des procédés chimiques et biologiques permettent le traitement des eaux usées dans des stations d'épuration. La chimie est aussi présente dans l'alimentation de chacun : les agents de conservation, les agents nutritifs, et les additifs alimentaires (colorants, arômes artificiels, édulcorants) sont utilisés dans l'industrie agro-alimentaire. Les emballages de certains aliments font aussi partie du domaine de la chimie : ils préservent les aliments grâce à leurs propriétés. Ils sont de plus en plus biodégradables et, à l'aide du tri sélectif après utilisation, ils sont transformés et revalorisés grâce à des procédés chimiques.
Bien que l'utilisation à grande échelle d'engrais chimiques et de pesticides soit contestée par les tenants de l'agriculture biologique, l'utilisation de ces familles de produits permet d'obtenir des récoltes plus abondantes en enrichissant les sols pauvres et en éliminant les insectes nuisibles, les champignons parasites et les mauvaises herbes. Dans le contexte de la prise de conscience générale des dommages causés à l'environnement de nouveaux produits plus efficaces et respectant mieux l'environnement ont été élaborés[réf. nécessaire].
Dans le domaine de la construction, la chimie contribue aussi à la fabrication de nouveaux matériaux, d'isolants, de peintures, de vernis, de mastics, de produits d'entretien et d'ameublement.
La chimie a également contribué avec la synthèse de nouveaux médicaments à l'augmentation de l'espérance de vie enregistré depuis la révolution industrielle dans les pays développés.
[modifier] Chimie, santé et environnement
Dans le domaine « "Santé-Environnement" », la chimie est à la fois une source de problème via certains polluants qu'elle crée ou contribue à diffuser dans l'environnement, en particulier les produits chimiques toxiques ou écotoxiques dont les CMR « cancérigènes, mutagènes, reprotoxiques ». Certains produits tels que médicaments, pesticides, catalyseurs.. ou leurs résidus perdus dans l'environnement ou présents dans l'alimentation peuvent ensuite poser des problèmes d'environnement ou de santé, en particulier avec les perturbateurs endocriniens),
[modifier] Chimie et législation
Au niveau international, la convention de Rotterdam, administrée par l'ONU (PNUD, FAO) a été adoptée par 165 pays en 1998 pour mieux assurer la santé des personnes et de l’environnement contre des dommages éventuels induits par le commerce de produits chimiques.
De nombreuses législations concernent les produits chimiques et leurs résidus, qui varient selon les pays.
[modifier] Chimie et littérature
- Le Système périodique de Primo Levi comporte vingt-et-un chapitres dont les titres correspondent à un élément du tableau de Mendéléiev, relatant la vie professionnelle de l'écrivain, des anecdotes autobiographiques ou de courtes nouvelles sur le thème de la chimie.
- Alfred Capus, Les pensées : En sentiment comme en chimie, rien ne se crée, rien ne se perd.
Le chimiste est un personnage très présent dans la littérature[réf. nécessaire]. Mais la représentation littéraire du chimiste dans de nombreuses oeuvres est très différente de la réalité. Il est considéré comme un savant venu d'ailleurs qui vit hors du temps. Le chimiste est alors un demi sorcier qui joue avec des forces obscures qu'il ne maitrise pas afin de rivaliser avec la nature. La chimie est souvent associé avec l'occulte alors qu'elle est une science reconnue.
[modifier] Notes et références
- ↑ (fr) Définitions lexicographiques et étymologiques de Alchimie du CNRTL.
- ↑ Le fabuleux héritage de l'Egypte, C. Desroches Noblecourt, Pocket 2006, p. 172
- ↑ (fr) Étymologie d’alchimie du centre national de ressources textuelles et lexicales
[modifier] Voir aussi
[modifier] Articles connexes
acide - adsorption - alliage - allotropie -ampholyte - atome - base - catalyseur - céramique - composé chimique - corrosion - corps pur - couche de valence-degré d'oxydation - équation chimique - élément chimique - électronégativité - hydrolyse - ion - isotopes - ligand - métal - molécule - orbitale -oxydant - oxydo-réduction - pH - polymère - réaction chimique - réducteur - sel- tampon - valence - zwitterion
[modifier] Liens externes
- (fr) Actualités Chimie, sur le site Futura-Sciences.com
- (fr) La chimie au lycée, sur le site du CNRS
- (fr) Société Française de Chimie (SFC)
- (fr) Société Suisse de chimie (SSC)
- (en) Eric Weisstein's world of chemistry
- (fr) Vidéos participatives sur la chimie pour les élèves du secondaire
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