Question de débutante :Comment a t'on pu connaitre dans l'histoire la formule chimique des molécules

[invite905563d8]

Bonjour, Je suis débutante en chimie et désire comprendre les origines de la chimie et l'identification de formule des molécules.

Voici ma question Q1: Comment les scientifiques ont pu savoir que la formule de l'eau est H2O (et pas HO) et que les molécules d’hydrogène et Oxygène sont composés de 2 molécules et pas qu'un seul , sachant que pendant le 19eme siècle qu'aucune des nouvelle technologie d'identification de formule de molécule n'a été encore découverte ( spectromètre masse, IR...)

Ma question Q2 :J'ai lu sur internet que l’éthanol est la première molécule dont la formule chimique brut (C2H6O) a été déterminé par Nicolas Théodore de Saussure en 1808. Comment a t'il pu déterminer cette formule ?

J'ai fouillé longuement dans internet mais sans résultat.(je trouve plein d'informations mais pas le comment de découvertes de ces infos)

Merci d'avance pour votre aide
Cordialement
Kamilia
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[ecolami]

Bonjour,
effectivement c'est une question compliquée! Il a d'abord fallu identifier les ELEMENTS et ainsi avoir conscience de leur existence. Etant donne leur variété et leur nombre il a fallu à chaque fois découvrir des méthodes de caractérisation spécifique.
Tu trouvera des réponse en lisant des vieux livres de chimie du 19° siècle que tu peux trouver NUMERISES en accès gratuit. Cherche "Traité de Chimie" pelouZE fremy on ne trouve pas tous les tomes mais si tu peux avoir les premiers tome tu comprendra comment on a fait. ATTENTION a cette époque il ya encore parfois des erreurs dans les formules: elles sont dûe a des conceptions erronée ou plus rarement des erreurs expérimentales.
La lecture des livres anciens de cette époque est trés instructive, les chose sont présentées de façon simple. Mais la variété des sujets abordés et stupéfiante.
C'est vrai qu'il est préférable de les lire en ayant déja des connaissances en chimie afin de pouvoir tout de suite déceler les quelques erreurs qui subsistent.
On s'étonnera beaucoup d'apprendre que les chimistes GOUTAIENT leurs produits, que ça faisait partie de leur travail (pour un grand nombre de produits ils devaient beaucoup diluer!!!!! Pour des raisons plus qu'évidentes de nos jours ceci n'existe plus.
C'est ainsi que lorsqu'on a découvert le Beryllium on l'a d'abord appelé Glucinium parce que certains de ces sels avaient un gout sucré.
Un gout sucré, oui, mais extrêmement toxique et cancérigène!

[invite905563d8]

Merci beaucoup ecolami pour votre réponse et cet intéressant ouvrage, je tacherai de le lire

Cdlt

[moco]

Bonjour,
Pour répondre précisément à tes deux questions, je vais essayer de te mettre sur la voie.
Au début, des gens comme Dalton pensaient que l'eau était HO. Puis les chimistes du 19ème siècle ont discuté de l'électrolyse de l'eau, qui donne un volume d'Hydrogène H2 qui est toujours exactement le double de celui de l'oxygène O2. Pas 1.9 fois plus, non : exactement 2.00 fois plus. C'est tout de même curieux, ce rapport qui vaut exactement 2. Si on oublie les masses des gaz, on dirait qu'il y a 2 fois plus de H que de O dans l'eau. Il faut pour cela admettre, comme l'a fait Avogadro, qu'un volume donné de gaz contient le même nombre de molécules, quel que soit la nature du gaz. Au début, c'était une hypothèse. Mais elle s'est vérifiée pour d'innombrables autres expériences. Néanmoins, les partisans de HO disaient que c'est normal que le volume de l'hydrogène soit si grand, vu que l'hydrogène est tellement plus léger que l'oxygène. Ils soutenaient qu'il y a davantage d'oxygène en poids, donc moins en volume. Ce n'était pas stupide ! Mais c'était faux ! Il a fallu des centaines d'expériences pour éliminer la théorie des équivalents, et de la formule HO pour l'eau.

Au 19ème siècle, il y avait deux sortes de chimistes, ceux qui croyaient que l'eau est HO, avec pour "équivalent" (= notre masse atomique) 8 pour l'oxygène et 1 pour l'hydrogène, et ceux qui croyaient aux atomes, où l'oxygène a 16 pour masse atomique. Les deux théories jouent bien avec les analyses de la masse de l'eau, qui a 8 fois plus en masse de O par rapport à H. N'oublie pas qu'à cette époque, on ne connaissait pas les électrons, ni les protons et neutrons. Tout ce qu'on savait se basait sur les mesures de masse et de volume.

Si tu lis des livres du 19ème siècle, tu auras de la peine à suivre, car leur auteur a pris parti pour l'une des théories. Et aujourd'hui, on a de la peine à comprendre la théorie des équivalents, qui s'est avérée fausse.
Et cela devient difficile quand on aborde la chimie organique. En effet, le carbone a pour équivalent 6, et par une étrange coincidence, les deux oxydes de carbone ont la même formule qu'aujourd'hui, et par exemple CO pour notre oxyde de carbone CO et CO2 pour le gaz carbonique CO2. Par contre, le méthane est CH2 avec les équivalents, et l'éthène C2H4 était CH du temps des équivalents. Mais le rapport des masses est toujours le même pour les deux théories.

Bonne chance !

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite905563d8]

Merci énormément moco pour votre réponse

Si j'ai bien compris,en se basant sur l’expérience de décomposition de l'eau avec l’électrolyse en 2 volumes de Hydrogène et 1 volume d’oxygène, et
aussi en appliquant le théorème d’Avogadro , on en déduit que l'eau est H2O, mais il reste encore la possibilité que l'eau est HO:


2H + O2 --> <-- 2HO

2mole + 1mole --> <-- 2mole (deux volumes d'hydrogène et un d'oxygène donnent deux volumes d'eau)

Étant donné que deux volumes d'hydrogène et un d'oxygène donnent deux volumes d'eau ; la molécule
d'oxygène doit par conséquent être coupée en deux dans la combinaison , et donc renfermer 2 atomes.

Mais qu'est ce qui a fait déduire les scientifiques que la molécule d'hydrogène est composé aussi de 2 atomes est pas qu'un seul (Équation ci-dessus).

Merci pour votre aide
Cdlt

[moco]

Bonjour,

Mais non ! Tu raisonnes avec nos connaissances actuelles, qui parlent de moles. Au 19ème siècle, on ne connaissait pas les moles, ni les atomistes(avec Avogadro) ni les partisans des équivalents (avec Dalton). On parlait en masses et en volumes de gaz. C'est tout. Le terme de moles date du 20ème siècle.

Tu pars sur une hypothèse, à savoir qu'on sait distinguer une molécule d'un atome, ce qui est facile de nos jours. Mais au 19ème siècle, l'hydrogène était H et l'oxygène O, et les molécules H2 et O2 n'existaient pas. Pourquoi se compliquer la vie avec H2 et O2 ? On se battait déjà pour savoir si O est 16 fois ou 8 fois plus lourd que H. On ne voulait pas se compliquer la vie en imaginant que O existe sous forme O2, et H sous forme H2. Les moles n'existaient pas. Tout ce qu'on savait c'est que tout le monde pouvait vérifier que :
- 9 g d'eau se décompose en 1 g d'hydrogène et 8 g d'oxygène.
- 9 g eau se décompose en formant 22.4 L de gaz hydrogène et 11.2 L de gaz oxygène.
Les atomistes (avec Avogadro) croyaient à la formule H2O, et les autres, qui n'aimaient pas les hypothèses comme celle d'Avogadro, croyaient à la formule la plus simple : HO. Les deux théories expliquent fort bien les observations expérimentales. Sauf que les amateurs d'équivalents n'arrivaient pas à expliquer pourquoi le volume de l'hydrogène est exactement 2 fois celui de l'oxygène. Mais cela ne les génait pas.
Personne n'imaginait que l'hydrogène gazeux est présent sous forme H2, et l'oxygène sous forme O2. Cela aurait beaucoup compliqué les choses. C'est la mesure des chaleurs spécifiques des gaz qui a finit par convaincre les chimistes que l'hydrogène est H2 et l'oxygène O2. Mais c'est une autre histoire, qu'on découvert plus tard. Il vaudrait la peine de la développer, certes. Mais je n'ai pas le temps de le faire ici.

Si on n'avait eu que l'électrolyse de l'eau, on n'aurait peut-être jamais tranché entre les formules HO et H2O. Mais si on reprend ce même genre de considérations, non sur l'électrolyse de l'eau, mais sur toutes les autres réactions connues à l'époque, on finit par devoir conclure que la théorie atomiste est meilleure que celle des équivalents. Mais cette bagarre a perduré dans tout le 19ème siècle. Elle a progressivement cessé quand Mendeleiev a publié sa célèbre table, vers 1875.

[Anonyme007]

Bonsoir,

Je me permets de m'incruster dans ce dialogue intéressant entre vous et vous poser une question qui me taraude depuis longtemps en suivant le meme esprit de discussion :
Comment les chimistes ont-ils pu savoir que : ( masse molaire de l'hydrogène ) ?.
J'imagine qu'il est impossible de pouvoir compter un par un le nombre d'un gramme d'atomes d'hydrogène qui est égale au nombre d'Avogadro d'après les savants chimistes. Comment ont-ils pu trouver qu'il est égale au nombre d'Avogadro qui est une quantité non dénombrable en unité ( C'est à dire, inutile de pouvoir compter 1 par 1 le nombre d'atomes d'hydrogène compris dans un gramme ) ? C'est impossible à mon avis.

Merci d'avance.

[moco]

La masse molaire de l'Hydrogène a été fixée arbitrairement à 1, parce que l'hydrogène est un atome vraiment bien plus léger que les autres, et que les autres ont sont tous un nombre entier de fois égal à l'atome H. A une époque où on ne pouvait pas mesurer les masses atomiques avec pleureurs décimales, on constatait que le Carbone est 12 fois plus lourd que H, l'oxygène est 16 fois plus lourd que H, le fer est 56 fois plus lourd que H. C'était plus pratique que de dire que le carbone est le 12/56 de la masse du fer.

Au 19ème siècle, on n'avait pas la possibilité de mesure la masse d'un atome ou d'une molécule. On ne pouvait mesurer que des masses relatives, tirées des mesures. L'électrolyse de l'eau, par exemple, donne toujours une masse d'oxygène qui est 8 fois celle de l'hydrogène. Jamais 7.5 ou 8.2. Non. C'est toujours 8 fois plus. Là-dessus, Avogadro a fait l'hypothèse que des volumes égaux de gaz contiennent toujours le même nombre de molécules, quel que soit la nature et le poids de ce gaz. Mais il n'a pas pu donner une valeur numérique à ce nombre. Dans 22.4 litres de gaz, il y a toujours un nombre N inconnu, mais fixe, de molécules, même si ce volume de gaz ne pèse presque rien (2 g) dans le cas de l'hydrogène, ou qu'il pèse beaucoup (44 g) dans le cas du gaz carbonique.

Les premières mesures du nombre d'Avogadro datent de 1880 ou 1890. Elles ont été faites en mesurant l'intensité de la lumière bleue provenant du ciel, par rapport à l'intensité de la lumière solaire. Dans ce genre de calculs, on considère que les molécules d'air se comportent comme de petits miroirs assez médiocres d'ailleurs, mais des miroirs qui réfléchissent mieux le bleu que les autres couleurs. Plus il y a de molécules sur le trajet d'un rayon solaire, plus la lumière bleue diffusée de côté est intense. Comme on connaît à peu près l'épaisseur de l'atmosphère, on peut calculer le nombre de miroirs moléculaires qu'il y a sur le trajet du rayon qui traverse l'atmosphère, donc le nombre d'Avogadro. Ce n'est pas facile, en fait. Mais c'est faisable.

[invite905563d8]

Merci très infiniment pour votre réponse ça m'aide a voir plus clair
Vous dites que c'est la mesure des chaleurs spécifiques des gaz qui a finit par convaincre les chimistes que l'hydrogène est H2 et l'oxygène O2.

J'ai cherché un peu sur les chaleurs spécifiques mais j'ai du mal à trouver le lien avec la structure des molécules comme l’oxygénè et l'Hydrogène
Pourriez vous en parlez un peu plus ou me pointer un article qui explique comment on a prouvé ça? (je peux créer une question séparée pour ne pas encombrer la discussion en cours)


Merci encore
Cordialement

[moco]

Bonsoir,
D'après la théorie de Maxwell, la chaleur spécifique molaire Cv d'un gaz à volume constant est égale à n fois R/2, où est le nombre de degrés de liberté de l'atome ou de la molécule de gaz. R est la constante des gaz parfaits. La chaleur spécifique molaire Cp à pression constante vaut Cv + R.
Le nombre de degrés de liberté désigne le type de mouvement que peut acquérir un atome ou une molécule par chauffage. Pour tous les atomes et toutes les molécules de gaz, il y a en tout cas la translation comme type de mouvement. Et la translation implique trois mouvements : sur Ox, Oy et Oz. Donc les atomes comme l'hélium et l'hélium n'ont que ces trois degrés de liberté. Pour eux : Cv = 3R/2, et Cp = 5R/2
Pour les molécules diatomiques, comme O2, H2, et HCl, il y a encore deux degrés de liberté supplémentaires, à savoir les deux rotations autour des deux axes Ox et Oy perpendiculaires à l'axe Oz qui définit la liaison interatomique. Donc, pour ces molécules, Cv = 5R/2 et Cp = 7R/2.
Pour les molécules polyatomiques, il y a trois axes de rotation, donc Cv = 6R/2 et Cp = 8R/2.
Mais toute cette théorie appliquée aux molécules n'est valable qu'à température basse, donc aux alentours de la température ambiante, et plus bas. Si on étudie le cas des températures plus élevée, Cv et Cp augmentent, parce qu'on commence à fournir assez d'énergie pour exciter les vibrations, et donc créer des degrés de liberté supplémentaires.

[ecolami]

Bonsoir,
C'est interessant! j'ignorais ça.