Photographie/Physique-chimie/Notions fondamentales de chimie
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Bibliographie
■ préface - SOMMAIRE COMPLET ■ notions fondamentales et conseils pour les débutants ■ aspects esthétiques, thèmes photographiques ■ références scientifiques ■ photométrie, colorimétrie, optique ■ appareils, objectifs, éclairage, accessoires, entretien ■ procédés chimiques ■ procédés numériques ■ caractéristiques physiques des images, densité, netteté ■ compléments techniques et pratiques ■ photographie et vie sociale, histoire, enseignement,institutions, droit... | |||||
Introduction
modifierDès notre naissance, nous découvrons que le monde qui nous entoure est formé de matières très diverses et que ces matières peuvent se transformer sous les effets conjugués ou non de la chaleur, de la lumière, du temps, des forces mécaniques, des bactéries, etc. Notre expérience nous permet également de comprendre très vite que toutes ces transformations ne sont pas de même nature.
La matière peut subir toute une gamme de transformations physiques à l'issue desquelles elle garde les mêmes propriétés physiques essentielles. C'est ce qui se passe, par exemple, lorsqu'un objet est simplement déplacé. Si nous coupons en deux un morceau de fromage, nous obtenons deux morceaux de fromage, plus petits certes, mais dont la nature ne fait aucun doute. L'eau congelée ou évaporée change d'état mais peut revenir à son état initial, sans aucune altération, par fusion de la glace ou par condensation de la vapeur.
En revanche, si une matière subit des transformations chimiques, les substances qui la constituent changent de nature. Une pomme de terre cuite n'a plus les mêmes propriétés qu'une pomme de terre crue, un morceau de fromage digéré n'est plus du fromage, une forêt brûlée n'est plus une forêt ...
Longtemps, les alchimistes ont étudié ces transformations, multiplié les découvertes importantes et cherché, sans savoir que cette quête était vaine, la pierre philosophale qui devait leur permettre de transformer en or le plomb ou d'autres matériaux de faible valeur.
Comment se produit une transformation chimique ? L´explication réside toujours dans le fait que les atomes qui constituent la matière se lient les uns aux autres de diverses manières et que toute modification de ces liaisons provoque l'apparition de nouvelles substances. La chimie étudie, avec l'aide d'autres sciences, les manières dont les atomes réagissent et se combinent les uns avec les autres.
Naissance de la chimie moderne
modifierLa chimie moderne est née avec l'énoncé par Lavoisier du principe de conservation de la masse : la quantité de matière contenue dans un système chimique reste constante, quelles que soient les transformations dont ce système peut être le siège.
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Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) -
Portrait de Monsieur Lavoisier et de sa femme, par Jacques-Louis David -
Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro (1776-1856)
Corps simples, variétés allotropiques
modifierOn appelle corps simple un corps dont tous les atomes sont identiques. Ceux-ci peuvent être associés en nombre variable dans des molécules ou organisés en cristaux de structures différentes (dits polymorphes). On parle couramment d'oxygène pour qualifier le dioxygène de l'air ambiant, dont la molécule compte normalement deux atomes (O2) ; il en existe une variété différente, un autre gaz nommé ozone, dont la molécule est triatomique (O3). Le carbone (C) cristallise sous deux formes principales aux propriétés très différentes, le graphite et le diamant. On dit ainsi qu'il existe plusieurs variétés allotropiques de l'oxygène et du carbone.
Corps composés
modifierUn corps composé est caractérisé par sa molécule, composée d'un certain nombre d'atomes différents associés entre eux de façon invariable. Par exemple, toutes les molécules de dioxyde de carbone (aussi appelé gaz carbonique, CO2) comportent un atome de carbone placé entre deux atomes d'oxygène.
Éléments chimiques
modifierLes propriétés du graphite, du diamant ou du dioxyde de carbone sont assurément fort différentes. Cependant ces corps contiennent tous trois uniquement des atomes de carbone. On peut transformer le diamant en graphite ou inversement (c'est beaucoup plus difficile !), et combiner le carbone sous l'une ou l'autre de ses deux formes avec l'oxygène, en le faisant brûler, ce qui donne du dioxyde de carbone. Le graphite, le diamant et le dioxyde de carbone contiennent tous trois l'élément chimique carbone, caractérisé par son atome et par conséquent par son numéro atomique.
On connaît plus d'une centaine d'éléments chimiques mais seuls 90 peuvent être rencontrés dans les substances naturelles. Chacun de ces éléments est désigné par un symbole constitué d'une ou deux lettres. Le plus simple et le plus léger des éléments naturels est l´hydrogène de symbole H, le plus lourd est l´uranium de symbole U. Les éléments artificiels sont obtenus lors de réactions nucléaires et leur durée de vie est généralement très courte, à de notables exceptions près comme le plutonium (il faut 24 000 ans pour qu'une masse de plutonium 239 perde la moitié de ses atomes par désintégration).
Corps purs, pureté chimique
modifierS'il pouvait exister, un corps pur ne rassemblerait que des atomes ou des molécules parfaitement identiques. En réalité, tous les produits disponibles sont plus ou moins souillés d'espèces chimiques indésirables. La notion de pureté chimique d'un produit est relative à l'emploi que l'on veut en faire. Ainsi, les produits chimiques du commerce sont classés en plusieurs catégories (techniques, pour analyses, etc.) selon des normes précises.
Masse atomique, masse moléculaire, mole
modifierIl est évidemment impossible de travailler sur des quantités de matière aussi petites que les atomes ou les molécules. On appelle par convention masse atomique ou masse moléculaire (plus simplement masse molaire) d'un corps la masse d'un atome-gramme ou d'une molécule-gramme (ou mole) de ce corps, quantité composée d'un nombre N = 6,023.1023 atomes ou molécules. Ce nombre énorme, dit nombre d'Avogadro, a été calculé après que l'on a fixé à 16 la masse atomique de l'oxygène. Il représente à peu près le rapport de la surface totale de la Terre à celle d'un minuscule carré de 0,01 mm de côté !
En partant d'une masse atomique de référence (actuellement celle de l'isotope 12 du carbone), on peut calculer celle de n'importe quel autre élément. La mole est désormais l'unité de quantité de matière.
Notation chimique
modifierLa notation chimique symbolique sous-entend que l'on raisonne sur des atomes-gramme ou des moles. Une mole d'oxygène gazeux sera notée O2, ce qui signifie tout à la fois que la molécule d'oxygène est diatomique et que l'on considère deux atomes-gramme de ce corps, soit 32 g.
Ions
modifierLes ions (du grec iôn : « qui va ») sont des atomes ou des groupes d'atomes qui ont gagné ou perdu un ou plusieurs électrons et portent donc une ou plusieurs charges électriques élémentaires. L'existence d'ions au sein d'un système chimique en équilibre ne peut se concevoir que s'il s'y trouve aussi d'autres ions de charge contraire, de sorte que l'ensemble soit électriquement neutre.