Physique XIX. Au XVIIIe siècle (I1)
Théorie atomique
La théorie atomique est en quelque sorte en vigueur depuis les anciens Grecs. Leucipe et Démocrite ont été les premiers atomistes, mais Aristote a été le rival de cette théorie et si l'on considère son influence dans les temps, il n'est pas surprenant que cette hypothèse a été radicalement relégué à la fois dans l'Antiquité et au Moyen Age. La Renaissance a permis de faire connaître ces idées. Galileo aimait les atomes et Newton et Boyle les ont considérés dans leurs raisonnements physiques et chimiques. Cependant, ils se sont ensuite relégués, même s'ils sont devenus un écho dans la pensée scientifique.
XIX. Au début du XXe siècle, certains scientifiques ont recouru à cette théorie pour exprimer certaines particularités physiques, les trois états de la matière et les résultats quantitatifs de certaines combinaisons chimiques.
Après avoir renoncé à la théorie du phlogiste, il est devenu clair que la matière avait trois états: solide, liquide et gazeux. Chaque substance apparaît dans l'une de ces situations, mais si les conditions le permettent, elle peut apparaître dans l'une des trois. L'eau, par exemple, même si elle apparaît généralement à l'état liquide, peut également apparaître sous forme de glace ou de vapeur.
D'autre part, ils ont également commencé à enquêter sur les lois des réactions chimiques. Il était principalement fait avec des gaz, car il était plus facile que dans d'autres situations. À cette époque, les gaz avaient déjà perdu leur aspect mystérieux et spirituel ancien et étaient étudiés comme tout autre corps.
Après plusieurs études réalisées avec les précisions qui ont permis la conjoncture de l'époque, certains (contre les prestigieux scientifiques Lavoisier, Prout, Richter et Berthollet) ont démontré que les parties entrent toujours dans la même quantité pour former tout composé chimique. Cette constante de composition a été très importante dans le développement de la nouvelle chimie.
Ainsi, on sait que l'eau, provenant de toute source ou provenance, est toujours formée d'hydrogène et d'oxygène et que le poids de ces composants est en proportion 1/8. De là est née l'idée de poids de combinaison; si nous considérons comme unité le poids de l'hydrogène, le poids de combinaison de l'oxygène sera zortziko.
John Dalton (1766-1844) y fut incorporé. Il était maître d'école et dans son temps libre, il plongeait dans les mathématiques, la chimie et la physique. Après avoir obtenu le poste de travail à Manchester, il a commencé à étudier avec des gaz et a vu que la théorie des atomes était la plus appropriée pour exprimer les particularités des gaz. Par la suite, ces mêmes idées ont été utilisées en chimie et ont montré que les combinaisons pouvaient être exprimées par des sommes de fractions au poids spécifique des éléments. Dans son New Systems of Chemical Philosophy, publié en 1808, il a dit:
"Dans toutes mes études sur la synthèse chimique, le guide est basé sur les normes générales suivantes:
- Quand par deux corps nous n'avons qu'une combinaison et il n'y a aucune raison, nous devons penser que c'est une combinaison binaire.
- Quand deux combinaisons apparaissent, nous devons penser qu'elles sont binaires et ternaires.
- Quand on obtient trois combinaisons, l'une binaire et les deux autres sont ternaires.
L’application de ces normes aux phénomènes chimiques testés jusqu’à présent peut aboutir aux conclusions suivantes:
- Que l'eau est un composé binaire d'hydrogène et d'oxygène et que les poids relatifs des deux atomes élémentaires apparaissent approximativement dans le rapport 1/7.
- En raison de l'hydrogène et du composé binaire de l'azote, les poids relatifs des deux atomes sont dans un rapport approximatif de 1/5.
- Le gaz nitreux est un composé binaire d'azote et d'oxygène et ses atomes pèsent entre cinq et sept.
- L'oxyde carbonique est un composé binaire formé par un atome de carbone et deux d'oxygène qui pèse douze; l'acide carbonique est un composé ternaire (parfois binaire) formé par un atome de carbone et deux d'oxygène, qui pèse dix-neuf, etc. Dans tous ces cas, nous donnons le poids à l'hydrogène, en ajustant l'unité de poids à ses atomes..."
Dans ce rapport Dalton a commis quelques erreurs: les poids de combinaison donnés sont parfois inadéquats, par exemple quand au lieu de huit pour l'oxygène avec l'hydrogène donne sept.
En ne traitant pas plus de deux éléments dans un composé, supposer que la combinaison atome à l'atome est binaire est une autre erreur et a tort en appliquant des structures d'eau et d'ammoniac. Cependant, Dalton a fait un grand pas dans l'histoire de la science, convertissant ce qui était une hypothèse diffuse en théorie scientifique.
Pour représenter les atomes élémentaires, Dalton a utilisé des points, des astérisques et des croix. Le chimiste suédois Berzelius (1779-1848) a raffiné cette méthode et inventé celui utilisé aujourd'hui, c'est-à-dire exprimé le poids relatif correspondant à son poids atomique en utilisant une lettre pour représenter un élément. Ainsi, "H" n'exprime pas l'hydrogène dans son intégralité, mais une unité de masse d'hydrogène — un gramme, un kilogramme, ou ce qu'on veut —, et dans le système mentionné par "O" représente dix-sept de la masse de l'atome d'oxygène.
La plus grande contribution de Berzelius était de trouver des poids atomiques aussi précis que possible ou, mieux, des équivalents de combinaison. Il a découvert de nouveaux éléments, étudié de nombreux composés et a fait de grands pas dans le domaine de la minéralogie. Avec Davy a étudié les lois de base de l'électrochimie, en commençant à souligner la relation entre la chimie et l'électricité. Il était trop avancé pour son époque: il pensait que tous les atomes ont un type ou un autre d'électricité et que ces forces électriques seraient nécessaires pour donner des combinaisons, c'est-à-dire qu'il voyait dans chaque composé la somme de deux parties de charge électrique opposée, ainsi que l'influence des charges électriques quand on donnait une combinaison entre les deux composés.
Cette théorie dualiste n'était pas très appropriée et bientôt il a dû laisser la place à d'autres plus appropriées. Cependant, nous savons que les phénomènes chimiques et électriques sont étroitement liés, mais pas aussi simples que pensait Berzelius.
Lorsque l'on a approfondi la recherche des phénomènes produits dans la combinaison des gaz, on a souligné le manque d'idées atomiques. Gay-Lussac (1778-1850) constata qu'en combinant les gaz, ses volumes le font dans des rapports simples. Avogadro (1776-1856), selon la théorie de Dalton, conclut que les résultats de Gay-Lussac doivent supposer que les volumes égaux de tous les gaz doivent garder des relations simples entre le nombre d'atomes.
Pour tout cela, c'est-à-dire par les résultats des combinaisons de gaz et de tant d'essais physiques, il a été conclu qu'il fallait distinguer entre l'atome chimique et la molécule physique : tandis que le premier serait la plus petite partie d'une matière dans les combinaisons, le second serait la plus petite partie à l'état libre. La façon la plus simple d'exprimer l'hypothèse d'Avogadro est d'accepter qu'il existe des quantités égales de molécules dans les mêmes volumes de gaz, et cela a été supposé.
En revenant au cas de l'eau, on a observé qu'en combinant deux volumes d'hydrogène, et donc deux molécules, avec un volume d'oxygène, ou molécule, on obtient deux volumes de vapeur, ou molécules. La façon la plus simple de l'exprimer est en supposant que chaque molécule d'hydrogène et d'oxygène contient deux atomes chimiques et que la molécule de vapeur d'eau est H2O, c'est-à-dire 2H2+ O = 2H2O. Par conséquent, puisque le poids combiné de l'oxygène est zortziko et chaque atome d'oxygène est associé à deux atomes d'hydrogène, considérant le poids atomique de l'hydrogène comme unité, le poids atomique de l'oxygène est hexadécimal.
Cela obligeait à adapter les poids combinationnels de Dalton pour obtenir les vrais poids atomiques des éléments. Cela a été fait pour la première fois entièrement systématiquement Cannizzaro. Ainsi, en réagissant un atome d'oxygène avec deux atomes d'hydrogène, il a été observé que celui-ci avait en quelque sorte la même valeur que deux hydrogènes, et cette équivalence a été appelée «valence», de sorte que, prenant l'hydrogène comme unité, à savoir, reconnaissant que c'est sa valeur, l'oxygène avait deux valence. Ce nouveau concept de valence a donné lieu à une récolte fructueuse.
Dalton a vérifié vingt éléments, puis les découvertes ont continué. L'utilisation de nouvelles voies de recherche dans les essais chimiques était fréquente de trouver de nouveaux éléments. En raison du courant galvanique, Davy (1778-1829) a obtenu des métaux alcalins de sodium et de potassium en 1807. Par la suite, l'analyse spectrale a révélé le rubidium, le césium, le thallium et le gallium. La radioactivité nous a révélé d'autres éléments comme le radio et sa famille, mais la plupart d'entre eux sont XX. Ce sont des résultats du XXe siècle.
En 1815, après Prout, d'autres chercheurs ont cherché la relation entre le poids atomique des éléments et leurs caractéristiques physiques, mais il a fallu attendre 1869 pour l'obtenir. Cette année, Julius Lothar Meyer et Mendeleiev ordonnèrent les éléments en fonction du poids atomique, ce qui permit d'observer la périodicité des éléments et de montrer une certaine affinité en groupes de huit rangées, de sorte qu'on pouvait former une table en plaçant par colonnes des éléments de caractéristiques similaires. Cette table ouvrait la voie pour donner naturellement les poids atomiques douteux et Mendeleiev a rempli les lacunes de la table annonçant quelques éléments inconnus, dont certains ont alors été trouvés réellement.
Mendeleiev a estimé que sa table était purement empirique. Cependant, au vu de ces relations, l'ancienne idée de la base commune de la matière est apparue dans certains. Certains pensaient que cette base pouvait être de l'hydrogène et puis, prenant leur poids atomique comme modèle, ils ont dit que tous les autres éléments nécessiteraient des nombres entiers, mais, bien que dans de nombreux cas cela soit accompli approximativement, dans d'autres il n'est pas donné du tout. Il faudra attendre un demi-siècle pour trouver cette base commune de la matière et pouvoir donner tous les poids atomiques avec des nombres entiers, mais ces réalisations seront le XIX. non accessibles par des moyens subordonnés.
Théorie cinétique des gaz
En 1845, Waterston a envoyé à la Royal Society un rapport dans lequel il a expliqué la théorie cinétique des gaz et a développé la même théorie; malheureusement, ce rapport est resté sans étudier pendant des années. Cependant, après avoir observé l'affinité entre chaleur et énergie, cette hypothèse a connu un grand succès et Joule a succombé. Pour leur part, ces deux chercheurs ont calculé la vitesse moyenne du mouvement moléculaire. En 1857, Clausius publie la première théorie cinétique complète de la matière.
Il est parti de l'hypothèse que dans un gaz, les molécules se déplacent dans toutes les directions et que les chocs entre elles étaient totalement élastiques. L'énergie totale de traduction de toutes les molécules est la mesure de la teneur totale en chaleur du gaz et l'énergie moyenne de chaque molécule la mesure de la température. De là, la pression p peut être calculée mathématiquement en montrant que 1/3 nmv2, où n est le nombre de molécules par unité de volume, la masse de chacun de ces m et la valeur moyenne du carré de la vitesse v. Ainsi, nm est la masse totale de gaz par unité de volume, c'est-à-dire sa densité, donc si la température d'un gaz est constante v2, la pression est directement proportionnelle à sa densité et inversement proportionnelle à son volume (loi de Charles). Si nous maintenons deux gaz à la même pression et température, par équation, les deux auront le même nombre de molécules que les unités de volume (en utilisant la voie chimique à laquelle Avogadro est arrivé).
Par conséquent, la théorie cinétique réalisée par Bernoulli, Joule et Clausius était conforme aux caractéristiques détaillées des gaz. D'autre part, cette théorie permet de calculer des vitesses, comme l'ont montré Waterston et Joule. En 1865, Loschmidt, basé sur la théorie cinétique, a pu calculer le nombre de molécules d'un gaz dans l'unité de volume à la pression atmosphérique habituelle et zéro degrés dans les Celsius.
Maxwell et Boltzmann ont adapté à la distribution de vitesse la loi de combustion de Gauss basée sur la théorie des probabilités, selon laquelle ils ont étudié la tendance qui pourrait être la plus normale à la vitesse des molécules et ont conclu qu'elle correspondait au maximum de la caractéristique appelée entropie en thermodynamique. La loi sur les gaz parfaits (pV = RT) était connue dans ce siècle, mais au début des gaz réels on observait quelques déviations. Pour corriger ces écarts, Van der Waals a utilisé la théorie cinétique et en 1873 a obtenu la loi portant son nom: (p + a/v2) (v - b) = RT, où les constantes pour chaque gaz a et b sont la constante universelle R, la pression p et la vitesse v; cette loi a corrigé certaines de ces déviations.
- Robert Boyle. Physicien et chimiste irlandais (1627-1691). Il a donné la loi sur la compressibilité des gaz, établi le concept moderne d'éléments chimiques et a découvert la fonction de l'oxygène dans la combustion.
- Antoine Laurent de Lavoisier. Chimiste français (1743-1794). Il fut l'un des fondateurs de la chimie moderne. Il a inventé la nomenclature chimique.
- John Dalton. Physicien et chimiste britannique (1766-1844). Il est le créateur de la théorie atomique.
- Dmitri Ivanovitx Mendeleiev. Chimiste russe (1834-1907). Il a publié un tableau périodique d'éléments chimiques (1869) et les intervalles laissés vides ont été achevés au fur et à mesure que de nouveaux éléments ont été découverts.
- Joseph Louis Proust. Chimiste français (1754-1826). Il a été professeur au Séminaire royal de Bergara. Il a dicté la loi des proportions fixes en 1808.
- Ludwig Boltzmann. Physicien autrichien (1844-1906). Il a dicté la théorie cinétique des gaz et a appliqué les lois statistiques.
- James Clerk Maxwell. Physicien écossais (1831-1879). Grâce aux travaux sur la distribution de vitesses des molécules gazeuses, il a travaillé la thermodynamique.
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
