Книга: Dalton J «The Robber, by the Author of'chartley, the Fatalist'.»

The Robber, by the Author of'chartley, the Fatalist'.

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Издательство: "Книга по Требованию" (2011)

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DALTON (J.)

DALTON (J.)

La théorie atomique a présidé dans une large mesure au développement de la chimie tout au long du XIXe siècle. Elle fut appliquée pour la première fois de façon précise aux phénomènes chimiques par l’Anglais John Dalton. Ses prédécesseurs avaient accepté implicitement l’atomisticité de la matière, mais Dalton eut l’idée originale de considérer que chaque élément chimique était constitué d’atomes différents en masse des atomes des autres éléments; une combinaison chimique s’expliquait alors par l’union de ces atomes en proportions fixes; les masses atomiques relatives devenaient calculables à partir de faits expérimentaux. C’est surtout dans le domaine de la chimie organique que la théorie atomique se révéla d’une portée inestimable, comme le montrèrent les travaux de Liebig, Kekule, Van’t Hoff et Le Bel, qui introduisirent le concept de valence, pouvoir de combinaison de chaque atome. Ils expliquèrent les propriétés des composés en les reliant à la distribution spatiale des atomes. Les déterminations précises des masses atomiques, par Berzelius et Stas notamment, rendirent possible le classement des éléments dans le tableau périodique de Mendeleïev (1869).

Les origines de la théorie de Dalton

Dans la tradition de Gassendi, Boyle et Newton, les chimistes du XVIIIe siècle tenaient pour acquise l’atomisticité de la matière. Ils pensaient que les atomes étaient tous identiques en nature, mais qu’ils pouvaient différer dans leur forme. Les substances composées résultaient d’arrangements différents des atomes. Ils attendaient d’un second Newton la découverte des lois régissant les forces interatomiques qui transformeraient ainsi la chimie de science expérimentale en science déductive. Lavoisier, dans son Traité élémentaire de chimie (1789), mit en garde les chimistes contre des spéculations sur les atomes conduisant à des discussions d’ordre métaphysique, et il les pressa d’accepter comme unités fondamentales, ou éléments , toutes les substances qui ne pouvaient être analysées plus avant. L’usage de la balance devait lui fournir les preuves dont il avait besoin pour anéantir la théorie du phlogistique; mais, comme ses contemporains Laplace et Berthollet, il espérait voir se développer une chimie quantitative des forces.

Dalton étudia les mathématiques avec le savant aveugle John Gough qui, en 1793, le recommanda pour le poste de professeur de mathématiques et de physique au New College de Manchester. En 1794, il fut élu membre de la société de littérature et de philosophie de cette même ville; c’est dans les locaux de cette société qu’il effectua toutes ses recherches après sa démission de son poste d’enseignant en 1799. Son premier livre, Meteorological Observations and Essays , publié en mars 1793, n’a pas une grande importance intrinsèque, mais il montre l’originalité de l’esprit de son auteur pour qui la météorologie devait peut-être rester le principal sujet d’intérêt. En 1794, Dalton découvre qu’il est aveugle aux couleurs; c’est l’occasion pour lui d’une publication. Le phénomène, appelé depuis «daltonisme», est lié à la non-perception ou à la confusion de certaines couleurs. Les années suivantes, il commence à s’intéresser à la chimie; la théorie atomique est le résultat de sa tentative de concilier la chimie et la météorologie. Il était généralement admis que l’air atmosphérique était un composé assez lâche d’oxygène et d’azote. Dalton rétorquait que l’existence de combinaisons chimiques n’était absolument pas évidente; pour expliquer pourquoi l’oxygène, plus dense que l’azote, lui est néanmoins mêlé de façon uniforme, il émit l’hypothèse qu’une particule de n’importe quel gaz repousse les particules identiques, mais est indifférente aux autres.

Cette théorie reçut un accueil mitigé, mais Dalton l’employa dans ses recherches sur l’absorption des gaz par l’eau. En l’absence de réactions chimiques, il constata que la quantité absorbée dépendait de la pression, et il chercha alors pourquoi des quantités égales de tous les gaz n’étaient pas absorbées par un volume donné d’eau. Il montra que les particules étaient de tailles différentes, les plus petites et les plus simples étant les moins aisément absorbées. Cela le conduisit à étudier la question de la masse relative des particules ultimes, et ensuite à l’hypothèse selon laquelle les substances devaient se combiner en proportions définies et multiples.

La théorie atomique

Dalton entreprit alors d’appliquer la théorie à la chimie. Après la controverse entre Proust et Berthollet, les chimistes commençaient d’accepter l’idée que les substances pures se combinent selon des proportions définies et multiples de leur masse. Dalton suggéra que, lorsque deux éléments se combinent pour former un seul composé, ce dernier doit renfermer un atome de chaque élément. S’il se forme une série de composés, le plus simple contient un atome de chaque élément, le suivant deux atomes de l’un et un de l’autre, et ainsi de suite. Puisque l’eau était le seul composé connu d’oxygène et d’hydrogène, et que l’analyse de Dalton donnait sept parties en masse d’oxygène pour une d’hydrogène, l’atome d’oxygène devait peser sept fois plus que celui d’hydrogène.

Les masses relatives des autres atomes pouvaient alors être déterminées par une série d’analyses. Dalton préconisa des symboles (un cercle blanc pour l’oxygène et un cercle noir pour le carbone, par exemple) pour représenter ces atomes, et leur arrangement dans les composés variés. Sa théorie fut publiée pour la première fois en 1807 dans le System of Chemistry de Thomson, et reprise l’année suivante dans son propre livre A New System of Chemical Philosophy . Dalton n’était pas un grand expérimentateur, mais des analyses vérifiant les lois des combinaisons chimiques et donnant ainsi crédit à sa théorie furent publiées en 1808 par Thomson et Wollaston.

L’accueil de la théorie

L’intérêt de Berthollet pour le problème des forces de cohésion le conduisit à s’opposer à la théorie des proportions définies. Collaborant à une traduction française du System de Thomson, il rédigea une préface dans laquelle il s’opposait à la théorie atomique parce qu’elle était hypothétique. En 1814, Wollaston fit remarquer le caractère arbitraire des lois adoptées par Dalton pour décider du nombre d’atomes présents dans un composé. Il conseilla aux chimistes de s’en tenir strictement aux faits et de parler d’«équivalents pondéraux» plutôt que de rêver à des particules hypothétiques et à leurs arrangements. Berthollet le soutint, ainsi que la plupart des chimistes anglais et français.

L’étude des gaz devait apporter une solution aux problèmes des formules atomiques. Dans un mémoire publié en 1809, Gay-Lussac montra que, lorsque deux gaz se combinent, leurs volumes sont dans un rapport simple. En 1811, Avogadro différencia ce que nous appelons aujourd’hui «atomes» et «molécules», une molécule étant la plus petite quantité de matière pouvant être obtenue à l’état composé. Il montra que les lois de Gay-Lussac seraient valables si tous les gaz, dans les mêmes conditions de température et de pression, contenaient le même nombre de molécules. Deux volumes d’hydrogène et un d’oxygène donnent deux volumes de vapeur d’eau; la molécule d’oxygène doit par conséquent être coupée en deux dans la combinaison; les molécules d’oxygène et d’hydrogène doivent renfermer deux atomes et la molécule d’eau un atome d’oxygène et deux d’hydrogène. Ampère parvint, indépendamment d’Avogadro, à des conclusions identiques (1814); mais, pour toutes sortes de «bonnes raisons», ces idées ne seront pas acceptées par les chimistes avant que Cannizaro les ressuscite à la conférence de Karlsruhe en 1860.

C’est donc seulement à cette date que l’accord se fit sur les masses atomiques connues, mais, dès 1814, Berzelius avait proposé une notation à base de lettres à la place des cercles de Dalton; au cours des années suivantes, il détermina avec une grande précision les masses d’un grand nombre d’équivalents. Il se servit de la théorie atomique pour expliquer les phénomènes d’isomérie (deux composés diffèrent bien qu’ils aient les mêmes constituants dans les mêmes proportions) et d’isomorphie (deux substances différentes ont la même forme cristalline). Bien que d’éminents chimistes, parmi lesquels Dumas, Brodie, Berthelot et Ostwald, aient refusé cette théorie, à la fin du XIXe siècle elle était devenue le principe fondamental de la chimie. Dalton lui-même, après 1808, ne joua qu’un faible rôle dans le développement de la théorie, mais on reconnaissait ses mérites: en 1826, il reçut la Royal Medal de la Royal Society et, en 1830, il fut élu associé étranger de l’Académie des sciences de France. Son plus célèbre disciple fut Joule. Manchester considérait Dalton comme son citoyen le plus éminent.

Источник: DALTON (J.)


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