Controverses atomiques.
Atomisme contre équivalentisme.
Si j’en étais maître, j’effacerais le mot atome de la science, persuadé qu’il va plus loin que l’expérience ; et jamais en chimie, nous ne devons aller plus loin que l’expérience. J. B. Dumas.
En étudiant quantitativement les réactions chimiques, ce qu’on commence à faire à la fin du XVIIIe siècle et qui se poursuit tout au long du XIXe siècle, on découvre que les combinaisons de certains éléments se font par unités discrètes. Certains, les atomistes, en tirent l’hypothèse que cette discontinuité doit exister matériellement, bref que la matière doit être constituée d’atomes. L’introduction de cette notion d’origine philosophique, alors invérifiable par l’expérience, provoque une très longue controverse. Le monde de la chimie européenne se divise en clans antagonistes et la vérité scientifique devient enjeu de pouvoir. B. Bensaude-Vincent.
Déjà l’observation a besoin d’un corps de précautions qui conduisent à réfléchir avant de regarder, qui réforment du moins la première vision, de sorte que ce n’est jamais la première observation qui est la bonne. L’observation scientifique est toujours une observation polémique ; elle confirme ou infirme une thèse antérieure, un schéma préalable, un plan d’observation ; elle montre en démontrant, elle hiérarchise les apparences, elle transcende l’immédiat, elle reconstruit le réel après avoir reconstruit ses schémas. Naturellement, dès qu’on passe de l’observation à l’expérimentation le caractère polémique de la connaissance devient plus net encore. Alors il faut que le phénomène soit trié, filtré, épuré, coulé dans le moule des instruments, produit sur le plan des instruments. Or les instruments ne sont que des théories matérialisées. Il en sort des phénomènes qui portent de toutes parts la marque théorique. Gaston Bachelard Le Nouvel esprit scientifique 1934.
J. Dalton. A New System of Chemical Philosophy. 1808. p. 218 et 219 (document : [formules dalton.pdf])
John Dalton.
Trébuchet – mesures de masse en chimie.
http://lyc21-carnot.ac-dijon.fr/IMG/jpg/Image_0111_1_1.jpg
Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier atomes).
Document général : [0 atomes.pdf]
Consigne 1 individuel (15 minutes)
Utiliser le document [formules dalton.pdf] (voir plus haut) : traduire en langage moderne (et en français…) les lignes encadrées. On utilisera en particulier les termes atome et molécule et les symboles chimiques actuels des éléments.
Sachant que Dalton n’a aucune connaissance des combinaisons chimiques à l’époque, repérer ses « erreurs » (qui seront rectifiées par la suite avec le développement de la théorie atomique).
Animation tableau pour la mise au point et (selon le niveau) lecture partielle du document [naissance atomisme.pdf].
Consigne 2 groupes de trois (20 minutes)
Loi des proportions multiples (loi de Dalton) : si deux éléments peuvent se combiner en donnant plusieurs substances différentes, les rapports de masse du premier élément qui se lie à une masse constante de l’autre ont entre eux un rapport de nombres entiers.
1. J. B. Proust a étudié les oxydes d’étain et a trouvé que leurs masses se composaient soit à 88,1 % d’étain et 11,9 % d’oxygène, soit à 78,7 % d’étain et 21,3 % d’oxygène. Dalton a noté de ses pourcentages que 100 g d’étain réagira avec 13,5 g ou 27 g d’oxygène.
2. Deux composés sont formés par les éléments carbone et oxygène. Le premier renferme 42,9 % de carbone et 57,1 % d’oxygène. Le second composé renferme 27,3 % de carbone et 72,7 % d’oxygène.
A partir de ces deux exemples montrer que la loi des proportions multiples est vérifiée et que la théorie atomique permet d’interpréter les proportions mesurées. On utilisera les données actuelles (symboles et masses atomiques molaires) : Etain Sn : M = 118,7 g.mol-1 ; Oxygène O : M = 16 g.mol-1 ; Carbone C : M = 12 g.mol-1.
Réalisation d’une affiche présentant les raisonnements et résultats.
Présentation d’une ou plusieurs affiches et discussion.
Consigne 3 groupes de trois (20 minutes)
1. Etudes expérimentales : électrolyse et synthèse de l’eau. (Travaux de groupe pour l’électrolyse et démonstration pour la synthèse ou démonstration pour les deux).
On vérifie le rapport des volumes des deux gaz obtenus par électrolyse. Pour la synthèse on récupère le mélange des deux gaz dans un même récipient (en plastique) et on provoque la combustion explosive.
C. Haraucourt « Nouvelle Physique, entièrement conforme aux programmes de 1909 ».
2. Construction des formules chimiques à partir de l’hypothèse d’Avogadro : utiliser le document [avogadro.pdf] et résoudre les problèmes posés.
Animation tableau pour la mise au point et discussion sur le déroulement de la séance.
Compléments (selon le niveau) dans le dossier documents.
Diapos [atome1.pptx] et [atome2.pptx] ou [atome1.pdf] et [atome2.pdf]
Document [histoire epistemologie.pdf].
L’observation scientifique est reconstruction du réel. Pour observer, suffit-il, comme l’écrit Duhem, « d’être attentif et d’avoir les sens suffisamment déliés » ? Gaston Bachelard le conteste : observer n’est pas voir. L’observateur ne se borne pas à contempler passivement la nature, les sens en alerte, prêt à saisir le fait qui pourra faire l’objet d’une nouvelle théorie. (Combien d’hommes ont vu tomber des pommes trop mûres sans pour autant en induire une loi de la gravitation universelle). L’observation scientifique exige au contraire la participation de l’esprit, qui la provoque en fonction de ses propres exigences. L’observation n’est donc jamais un constat pur de toute idée préconçue, mais le résultat d’un projet, d’une volonté de reconstruction du réel. Au fond, l’esprit scientifique ne s’instruit qu’auprès des objets qu’il a préalablement construits. Et ce n’est pas la raison humaine qui se règle sur les objets quelle identifie, mais l’objet qui est construit conformément à l’idée que s’en fait d’abord la raison. Ce qui fait dire à Bachelard « qu’après avoir formé, dans les premiers efforts de l’esprit scientifique, une raison à l’image du monde, l’activité spirituelle de la science moderne s’attache à construire un monde à l’image de la raison. Serge Le Strat. Epistémologie des sciences physiques.
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