Chimie pneumatique - Pneumatic chemistry
Dans l' histoire des sciences , la chimie pneumatique est un domaine de recherche scientifique des XVIIe, XVIIIe et début XIXe siècles. Les objectifs importants de ce travail étaient de comprendre les propriétés physiques des gaz et leur relation avec les réactions chimiques et, en fin de compte, la composition de la matière . L'essor de la théorie du phlogistique , et son remplacement par la description de l' oxygène en tant que composant de l'atmosphère et facteur de combustion , ont été abordés à l'ère de la chimie pneumatique.
L'air comme réactif
Au XVIIIe siècle, alors que le domaine de la chimie évoluait à partir de l' alchimie , un champ de la philosophie naturelle a été créé autour de l'idée de l'air comme réactif . Avant cela, l'air était principalement considéré comme une substance statique qui ne réagissait pas et existait simplement. Cependant, comme l' insisteraient Lavoisier et plusieurs autres chimistes pneumatiques, l'air était en effet dynamique et serait non seulement influencé par la matière brûlée, mais influencerait également les propriétés de différentes substances.
La première préoccupation de la chimie pneumatique était les réactions de combustion, à commencer par Stephen Hales . Ces réactions dégageraient des «airs» différents comme les chimistes les appelleraient, et ces différents airs contenaient des substances plus simples. Jusqu'à Lavoisier, ces airs étaient considérés comme des entités distinctes aux propriétés différentes; Lavoisier était en grande partie responsable du changement de l'idée de l'air comme étant constitué par ces différents airs que ses contemporains et premiers chimistes avaient découverts.
Cette étude des gaz a été réalisée par Hales avec l'invention de l'auge pneumatique, un instrument capable de collecter le gaz dégagé par des réactions aux résultats reproductibles. Le terme gaz a été inventé par JB van Helmont , au début du XVIIe siècle. Ce terme est dérivé du mot grec chaos en raison de son incapacité à collecter correctement les substances dégagées par les réactions, car il a été le premier philosophe naturel à tenter d'étudier attentivement le troisième type de matière. Cependant, ce n'est que lorsque Lavoisier a effectué ses recherches au XVIIIe siècle que le mot a été utilisé universellement par les scientifiques en remplacement des airs .
Van Helmont (1579 - 1644) est parfois considéré comme le fondateur de la chimie pneumatique, car il fut le premier philosophe naturel à s'intéresser à l'air comme réactif. Alessandro Volta a commencé à étudier la chimie pneumatique en 1776 et a soutenu qu'il existait différents types d'air inflammable basés sur des expériences sur les gaz des marais. Les chimistes pneumatiques crédités de la découverte d'éléments chimiques incluent Joseph Priestley , Henry Cavendish , Joseph Black , Daniel Rutherford et Carl Scheele . Parmi les autres personnes qui ont étudié les gaz pendant cette période, citons Robert Boyle , Stephen Hales , William Brownrigg , Antoine Lavoisier , Joseph Louis Gay-Lussac et John Dalton .
L'histoire
Révolution chimique
"Entre 1770 et 1785, des chimistes de toute l'Europe ont commencé à attraper, isoler et peser différents gaz."
La cuve pneumatique faisait partie intégrante du travail avec les gaz (ou, comme les appelaient les chimistes contemporains, les airs). Les travaux de Joseph Black, Joseph Priestley, Herman Boerhaave et Henry Cavendish ont tourné en grande partie autour de l'utilisation de l'instrument, leur permettant de collecter les airs émis par différentes réactions chimiques et analyses de combustion. Leurs travaux ont conduit à la découverte de nombreux types d'air, comme l'air déphlogiqué (découvert par Joseph Priestley).
De plus, la chimie des airs ne se limitait pas aux analyses de combustion. Au cours du XVIIIe siècle, de nombreux chymistes ont utilisé la découverte des airs comme une nouvelle voie pour explorer des problèmes anciens, un exemple étant le domaine de la chimie médicinale. Un Anglais en particulier, James Watt, a commencé à prendre l'idée des airs et à les utiliser dans ce qu'on appelait la thérapie pneumatique , ou l'utilisation des airs pour rendre les laboratoires plus fonctionnels avec de l'air frais et également aider les patients atteints de différentes maladies, à des degrés divers. de succès. La plupart des expériences humaines effectuées ont été effectuées sur les chymistes eux-mêmes, car ils pensaient que l'auto-expérimentation était une partie nécessaire ou faisait progresser le domaine.
Contributeurs
James Watt
Les recherches de James Watt en chimie pneumatique impliquaient l'utilisation d'air inflammable (H 2 ) et déphlogiqué (O 2 ) pour créer de l'eau. En 1783, James Watt montra que l'eau était composée d'air inflammable et déphlogiqué, et que les masses de gaz avant combustion étaient exactement égales à la masse d'eau après combustion. Jusque-là, l'eau était considérée comme un élément fondamental plutôt que comme un composé. James Watt a également cherché à explorer l'utilisation de différents « airs factices » tels que l' hydrocarbonate dans les traitements médicinaux comme «thérapie pneumatique» en collaborant avec le Dr Thomas Beddoes et Erasmus Darwin pour traiter Jessie Watt, sa fille souffrant de tuberculose , en utilisant de l'air fixe.
Joseph Noir
Joseph Black était un chimiste qui s'est intéressé au domaine pneumatique après avoir étudié avec William Cullen . Il s'est d'abord intéressé au sujet de la magnésie alba, ou carbonate de magnésium , et du calcaire, ou carbonate de calcium , et a rédigé une thèse intitulée "De Humore acido a cibis orto, et magnesia alba" sur les propriétés des deux. Ses expériences sur le carbonate de magnésium l'ont amené à découvrir que de l'air fixe, ou dioxyde de carbone , était émis lors de réactions avec divers produits chimiques, y compris la respiration. Bien qu'il n'ait jamais utilisé la cuve pneumatique ou toute autre instrumentation inventée pour collecter et analyser les airs, ses inférences ont conduit à davantage de recherches sur l'air fixe au lieu de l'air ordinaire, la cuve étant effectivement utilisée.
Après avoir déménagé à Glasgow pour enseigner, Black s'est intéressé au sujet de la chaleur. Grâce à ses expériences avec la glace et l'eau, il a fait plusieurs découvertes sur la chaleur latente de fusion et la chaleur latente de l'eau glacée, ainsi que de travailler intensivement avec des chaleurs spécifiques d'un certain nombre de liquides.
Joseph Priestley
Joseph Priestley , dans Observations sur différents types d'air, a été l'un des premiers à décrire l'air comme étant composé de différents états de matière et non comme un élément. Priestley a développé les notions d'air fixe (CO 2 ), d' air méphitique et d' air inflammable pour inclure «air nitreux inflammable», « air d'acide vitriolique », « air alcalin » et « air déphlogiqué ». Priestley a également décrit le processus de respiration en termes de théorie du phlogistique . Priestley a également établi un procédé pour traiter le scorbut et d'autres affections en utilisant de l'air fixe dans ses Instructions pour l'imprégnation de l'eau avec de l'air fixe. Les travaux de Priestley sur la chimie pneumatique ont eu une influence sur ses visions naturelles du monde. Sa croyance en une «économie aérienne» découlait de sa croyance en «l'air déphlogiqué» étant le type d'air le plus pur et en ce que le phlogistique et la combustion étaient au cœur de la nature. Joseph Priestley a principalement recherché avec l'auge pneumatique, mais il était responsable de la collecte de plusieurs nouveaux airs solubles dans l'eau . Ceci a été réalisé principalement par sa substitution du mercure à l'eau, et la mise en place d'une étagère sous la tête pour une stabilité accrue, capitalisant sur l'idée proposée par Cavendish et popularisant l'auge pneumatique à mercure.
Herman Boerhaave
Bien que non crédité pour la recherche directe dans le domaine de la chimie pneumatique, Boerhaave (enseignant, chercheur et érudit) a publié Elementa Chimiae en 1727. Ce traité comprenait un soutien pour le travail de Hales et a également élaboré sur l'idée des airs. Bien qu'elle n'ait pas publié ses propres recherches, cette section sur les airs dans Elementa Chimie a été citée par de nombreux autres contemporains et contenait une grande partie des connaissances actuelles sur les propriétés des airs. Boerhaave est également crédité d'avoir ajouté au monde de la thermométrie chimique grâce à son travail avec Daniel Fahrenheit, également discuté dans Elementa Chimiae.
Henry Cavendish
Henry Cavendish , bien qu'il n'ait pas été le premier à remplacer l'eau de l'auge par du mercure , a été parmi les premiers à constater que l'air fixe était insoluble sur le mercure et pouvait donc être collecté plus efficacement à l'aide de l'instrument adapté. Il a également caractérisé l'air fixe (CO 2 ) et l'air inflammable (H 2 ). L'air inflammable a été l'un des premiers gaz isolés et découverts à l'aide de l'auge pneumatique. Cependant, il n'a pas exploité sa propre idée à sa limite, et n'a donc pas utilisé la cuve pneumatique à mercure dans toute son étendue. On attribue à Cavendish une analyse presque correcte du contenu des gaz dans l'atmosphère. Cavendish a également montré que l'air inflammable et l'air atmosphérique pouvaient être combinés et chauffés pour produire de l'eau en 1784.
Stephen Hales
Au XVIIIe siècle, avec l'essor de l'analyse de la combustion en chimie, Stephen Hales a inventé la cuve pneumatique afin de collecter des gaz à partir des échantillons de matière qu'il utilisait; tout en ne s'intéressant pas aux propriétés des gaz qu'il recueillait, il voulait explorer la quantité de gaz dégagée par les matériaux qu'il brûlait ou laissait fermenter. Hales a réussi à empêcher l'air de perdre son «élasticité», c'est-à-dire à l'empêcher de subir une perte de volume, en faisant barboter le gaz dans l'eau, et donc en dissolvant les gaz solubles.
Après l'invention de l'auge pneumatique, Stephen Hales a poursuivi ses recherches sur les différents airs, et a effectué de nombreuses analyses newtoniennes des différentes propriétés de ceux-ci. Il a publié son livre Vegetable Staticks en 1727, qui a eu un impact profond sur le domaine de la chimie pneumatique, comme de nombreux chercheurs l'ont cité dans leurs articles universitaires. Dans Vegetable Staticks , Hales a non seulement présenté son auge, mais a également publié les résultats qu'il a obtenus à partir de l'air collecté, tels que l'élasticité et la composition des airs ainsi que leur capacité à se mélanger aux autres.
Instrumentation
Auge pneumatique
Stephen Hales, appelé le créateur de la chimie pneumatique, a créé la cuve pneumatique en 1727. Cet instrument a été largement utilisé par de nombreux chimistes pour explorer les propriétés de différents airs, comme ce que l'on appelait l'air inflammable (ce qu'on appelle aujourd'hui l'hydrogène). Lavoisier l'a utilisé en plus de son gazomètre pour collecter les gaz et les analyser, l'aidant à créer sa liste de substances simples.
La cuve pneumatique, bien qu'intégrale tout au long du XVIIIe siècle, a été modifiée à plusieurs reprises pour collecter les gaz plus efficacement ou simplement pour collecter plus de gaz. Par exemple, Cavendish a noté que la quantité d'air fixe qui était dégagée par une réaction n'était pas entièrement présente au-dessus de l'eau; cela signifiait que l'eau fixe absorbait une partie de cet air et ne pouvait pas être utilisée quantitativement pour collecter cet air particulier. Il a donc remplacé l'eau de l'auge par du mercure, dans lequel la plupart des airs n'étaient pas solubles. Ce faisant, il pouvait non seulement collecter tous les airs émis par une réaction, mais il pouvait également déterminer la solubilité des airs dans l'eau, commençant un nouveau domaine de recherche pour les chimistes pneumatiques. Bien qu'il s'agisse de l'adaptation majeure du creux au XVIIIe siècle, plusieurs changements mineurs ont été apportés avant et après cette substitution du mercure à l'eau, comme l'ajout d'une étagère pour reposer la tête pendant la collecte de gaz. Cette étagère permettrait également d'utiliser des têtes moins conventionnelles, telles que la vessie animale de Brownrigg.
Une application pratique d'une auge pneumatique était l' eudiomètre , qui a été utilisé par Jan Ingenhousz pour montrer que les plantes produisaient de l'air déphlogiqué lorsqu'elles étaient exposées à la lumière du soleil, un processus maintenant appelé photosynthèse .
Gazomètre
Au cours de sa révolution chimique, Lavoisier a créé un nouvel instrument pour mesurer précisément les gaz. Il a appelé cet instrument le gazomèter. Il avait deux versions différentes; celui qu'il a utilisé dans les démonstrations à l'Académie et au public, qui était une grande version coûteuse destinée à faire croire aux gens qu'il avait une grande précision, et la version plus petite, plus pratique de laboratoire avec une précision similaire. Cette version plus pratique était moins chère à construire, permettant à plus de chimistes d'utiliser l'instrument de Lavoisier.