BERZELIUS (J. J.)

BERZELIUS (J. J.)

Si la figure du chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius brille d’un particulier éclat aux yeux de l’historien des sciences, c’est qu’il a été le législateur écouté du discours scientifique élaboré par Lavoisier. C’est à Berzelius qu’on doit les conceptions et les formulations qui ont permis à la chimie de trouver un système de représentations. Son rayonnement s’étendit de la Suède sur toute l’Europe, et plus spécialement sur les pays germaniques. À un sens aigu de la systématisation théorique exactement informée des recherches d’autrui, il sut joindre un grand tact d’expérimentateur et d’analyste. Berzelius est surtout connu pour avoir donné ses assises à la théorie atomique, mais il a également conféré un statut scientifique à la chimie organique. Il a en outre découvert deux éléments, le sélénium et le thorium, et a isolé les alcalino-terreux, calcium, strontium, baryum, ainsi que le tantale, le silicium, le vanadium et le zirconium. On lui doit enfin d’avoir défini les notions fondamentales d’isomérie et de catalyse .

La codification du système atomique

Berzelius a pleinement développé le projet de la chimie lavoisienne qui se fonde sur le choix de la masse comme invariant. Mais ses recherches, qui ont abouti à la publication en 1818 d’une première table de masses atomiques, procèdent plus particulièrement des spéculations de Dalton. Celui-ci avait réactivé en 1803 l’antique notion d’atomes dans une théorie des gaz proche de celle de Lavoisier. L’hypothèse atomique fut exposée, d’abord en 1807, dans une réédition du System of Chemistry de T. Thomson, puis développée l’année suivante par Dalton lui-même dans son New System of Chemical Philosophy . Dans ses vues, la matière est constituée de particules élémentaires indestructibles; les phénomènes chimiques résultent de la diversité avec laquelle se groupent ces atomes dont chaque variété spécifie un élément; les divers atomes diffèrent primordialement par leur masse; les composés, enfin, sont des associations en proportions définies et constantes d’un petit nombre d’atomes.

De telles conceptions s’accordaient avec des observations de chimistes du XVIIIe siècle, touchant à la fréquence de rapports pondéraux simples dans la saturation des bases par des acides ou les doubles décompositions entre sels neutres. Berzelius médita les travaux de Wenzel, Richter et Higgins. Le premier, dans sa Lehre von den Verwandschaften de 1777, avait indiqué, au sujet des doubles décompositions, que «les rapports relatifs, entre les quantités d’alcalis et des terres qui saturent une quantité donnée de même acide, sont les mêmes pour tous les acides». En publiant, vingt ans après, son traité Über die neueren Gegenstande der Chemie , Jeremias Benjamin Richter posait les bases sûres de la stoechiométrie par l’analyse des capacités de saturation relative des bases et des acides. Quant à Higgins, il avait insisté dans sa Comparative View of the Phlogistic and Antiphlogistic Theories (1789) sur «les divers degrés de combinaison qui peuvent avoir lieu entre les mêmes corps». Le mérite de Berzelius est d’avoir su relier toutes ces observations avec l’hypothèse de Dalton pour constituer un édifice théorique capable de donner des règles à l’expérience.

Il s’attacha à formaliser et à systématiser les vues de ses prédécesseurs sur les rapports pondéraux des éléments entrant en combinaison; il procéda à d’innombrables analyses comparatives et exprima dans un système de notations simples les équivalences pondérales, qu’il développa entre 1811 et 1818. Chaque élément y est noté par une ou deux lettres; encore en usage pour la plupart, ces signes n’étaient pas de simples repérages sténographiques, mais désignaient aussi une masse relative, caractéristique, prise par rapport à l’oxygène, auquel était assigné arbitrairement le coefficient 100. (Dalton avait choisi pour référence l’hydrogène, le plus léger des éléments, avec l’unité pour base.) Comme Lavoisier, le chimiste suédois met l’oxygène au cœur de son système, «il est, pour ainsi dire, le point central autour duquel se meut toute la chimie». Les masses atomiques proposées par Berzelius en 1818, 1826 et 1833 sont très proches des valeurs admises aujourd’hui ou de leurs multiples entiers. Ces derniers écarts sont principalement dus à une insuffisance de la théorie qui n’avait pas incorporé la notion de molécule conçue, dès 1811, par Avogadro, dans l’interprétation des combinaisons gazeuses. Mais Avogadro lui-même ne développera pas toutes les conséquences de son hypothèse dont la valeur ne sera pleinement reconnue qu’en 1858. Dans la détermination des masses atomiques, Berzelius sut très souvent ordonner l’apparente confusion présentée par les combinaisons multiples des divers éléments. S’il n’a pas entièrement défini la théorie atomique, il a du moins engagé la chimie dans son économie de représentation rationnelle.

La classification électrochimique

La fascination qu’exerçaient, à la fin du XVIIIe siècle, les phénomènes électriques est à l’origine de plusieurs tentatives d’interprétation de l’affinité chimique. Ritter avait remarqué que la sériation des métaux par Volta, dans l’ordre des tensions de contact, coïncide avec la série des affinités pour l’oxygène. Cependant, l’électrolyse se révélait un puissant agent de décomposition; en 1806, Davy prépare le potassium en électrolysant directement la potasse en plaque, avant d’isoler d’autres métaux avec une électrode en mercure, selon une technique indiquée par Berzelius. En 1804, le physicien danois Œrsted avait incorporé les phénomènes électriques dans une théorie de la combustion. Berzelius réunit les conceptions électrochimiques de ses contemporains en un corps doctrinal qui pèsera longtemps sur l’enseignement de la chimie minérale. Selon ses vues, les atomes sont dotés d’une bipolarité électrique variable, excepté l’oxygène qu’il tient pour constamment électronégatif. Le signe électrique de chaque élément est déterminé par un pôle dominant, et les composés associent, dans son hypothèse, des éléments ou des groupes d’éléments de signes électriques opposés. Il fut ainsi amené à classer les éléments selon la progression de leurs propriétés positives, de sorte que ceux qui se trouvaient vers le milieu de la série présentaient des propriétés électrochimiques peu affirmées. Mais, pour Berzelius, la polarité électrique devait également être étendue à des groupements d’atomes, où l’oxygène conservait un rôle directeur. C’est ainsi qu’il interprétait la formation des sels par la combinaison de deux oxydes, l’un métallique, ou oxyde basique, électropositif, et un oxyde non métallique, acide et électronégatif (le sulfate de baryum s’écrit, dans cette conception, BaO. S3). Si la science moderne devait avaliser la conception d’une structure ionique des sels, en revanche l’idée, héritée de Lavoisier, que Berzelius se faisait de l’imposition du caractère acide par l’oxygène était récusable dès 1809, quand Gay-Lussac et Thénard eurent démontré que l’acide muriatique (notre acide chlorhydrique) ne contient pas d’oxygène. La théorie dualistique de Berzelius connaîtra cependant d’autres difficultés avec les substitutions dans les radicaux organiques.

La chimie organique

Berzelius s’est tôt appliqué à des analyses de matières animales, et on lui doit la conception même de chimie organique; le mot et la chose apparaissent en 1808 dans le premier volume de son Lärbok où il reprend le terme déjà employé en 1806 dans ses leçons sur la chimie animale (l’expression avait déjà été utilisée, mais dans un sens assez confus, par Novalis qui fait allusion à l’organische Chemie dans son Enzyklopädie ). À vrai dire, l’organisk Kemi de Berzelius consiste d’abord en chimie biologique; elle a pour objet de décrire la composition des êtres vivants et les processus chimiques de la vie. Ce ne sera que plus tard qu’elle sera identifiée par Dumas et Liebig à la chimie des radicaux composés, puis enfin, plus généralement, à la chimie des composés du carbone.

C’est avec beaucoup d’ingéniosité que Berzelius a perfectionné l’analyse élémentaire des corps organiques, notamment le procédé de combustion imaginé par Lavoisier. Dès 1814, il pouvait parler de la composition des substances organiques, et montrer par l’analyse, après de patientes purifications, que ces corps obéissent à des lois de composition identiques à celles des combinaisons minérales. Avec Liebig et Dumas, Berzelius admit l’existence de radicaux, c’est-à-dire de groupements privilégiés d’atomes dans les composés organiques. Cependant, son attachement à la théorie électrochimique le porta à combattre énergiquement des conceptions plus tard avérées. Il récusa les vues de Liebig et de Wölher sur le radical benzoyle et s’éleva avec indignation contre la théorie des substitutions de Dumas et Laurent selon qui un halogène, par exemple le chlore très électronégatif, peut remplacer, atome pour atome, dans un composé organique, l’hydrogène très électropositif. On sait que Dumas sut surmonter les critiques de Berzelius et qu’il développa ses vues en 1839 dans sa théorie des types .

En revanche, Berzelius fut plus heureux dans l’exposition, en 1830, du concept d’isomérie , qui associe identité de composition avec différence de propriétés. Liebig avait reconnu, en 1823, que deux sels d’argent, le fulminate et le cyanate, ont même composition. À cette époque, l’idée de constitution moléculaire n’avait pas de consistance scientifique. Les résultats de Liebig contredisaient la proposition alors communément admise que la composition détermine univoquement les propriétés. Aussi, les chimistes supposèrent-ils d’abord que les analyses réitérées de ces composés argentiques étaient entachées d’erreurs. Cependant, Faraday découvre en 1825 un carbure d’hydrogène (notre butylène) de même composition élémentaire que le gaz oléfiant (notre éthylène). Puis, en 1828, Wöhler parvient à transformer totalement le cyanate d’ammonium en urée, deux corps ayant encore même formule de composition. Mais Berzelius reconnaît, peu après, que les acides racémique et tartrique sont dans ce cas; il admet alors l’existence d’espèces chimiques ayant même composition et des propriétés différentes. Pour désigner la relation qui unit ces objets, il crée le terme d’isomérie dont les connotations successives seront liées au sort de la chimie structurale. Berzelius n’était pas en position de définir le concept de structure, mais il en pressentit toutefois l’existence, puisqu’il pouvait écrire que si «nous ignorons la cause des limites assignées aux combinaisons des atomes entre eux [...] peut-être à l’avenir cette matière sera-t-elle éclaircie par l’étude de la forme géométrique des atomes composés».

Berzelius incarne le type du savant attaché à sa patrie qui, à force de labeur et d’ingéniosité, parvient à exercer de son laboratoire pauvrement loti un magistère durable sur une science qu’il systématise. Son refus obstiné, sur le tard, de reconsidérer certains de ses choix théoriques ne doit pas faire oublier son rôle fondateur dans la définition de l’objet chimique.

Encyclopédie Universelle. 2012.

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