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Les pionniers de l'analyse élémentaire - les débuts

Old science lab with chemicals and burner
8 min.

Le célèbre chimiste et scientifique Justus von Liebig nous emmène dans un voyage imaginaire dans le temps à travers l'analyse élémentaire et les premiers regards en arrière.

Pendant de nombreux siècles, les scientifiques ont cherché à déterminer la composition quantitative et qualitative de la matière animée et inanimée. La soif de connaissances de ces pionniers a préparé le terrain pour le domaine de l'analyse élémentaire instrumentale. L'analyse élémentaire influence notre vie quotidienne, même si nous ne la remarquons pas vraiment. Un domaine d'application important concerne le développement et le contrôle de la qualité d'une gamme variée de produits, tels que les aliments et les produits pharmaceutiques, ainsi que les métaux utilisés dans la construction des véhicules. En outre, l'analyse élémentaire peut contribuer à un environnement propre en fournissant une base décisionnelle importante pour les mesures de protection de l'environnement et du climat.

L'analyse élémentaire instrumentale existe depuis 125 ans, mais les débuts de cette méthode d'analyse sont bien plus anciens. Je le sais parce que je suis l'un des pionniers de l'analyse élémentaire. Je suis désolé. J'ai oublié de me présenter : Je m'appelle Justus von Liebig.

A black and white colored picutre of a scientist called Justus von Liebig
Justus von Liebig (1803-1873)

Je suis né en 1803 et j'ai travaillé comme professeur de chimie à Giessen, en Allemagne, de 1824 à 1852, avant de créer mon propre institut à Munich, où j'ai vécu et travaillé jusqu'à ma mort, il y a 150 ans, à l'âge de 70 ans. Mais mon esprit continue de vivre et d'observer comment le monde continue de se développer. Ce n'est pas sans fierté que je dis que j'ai été considéré comme l'un des chimistes et scientifiques les plus célèbres de mon époque, et que je suis souvent appelé le père de la chimie organique. J'ai utilisé mon laboratoire de Giessen pour expérimenter et enseigner à parts égales, ce qui a fait de moi un pionnier de toutes les branches de la recherche expérimentale dans les sciences. Aujourd'hui encore, vous pouvez jeter un coup d'œil à mon laboratoire au musée Liebig de Giessen.

J'ajoute humblement que je suis également à l'origine d'une étape importante dans l'analyse élémentaire, mais j'y reviendrai dans un instant. Avant mon invention révolutionnaire, d'autres pionniers de renom m'ont orienté dans la bonne direction. L'un des premiers, le chimiste Robert Boyle (1627-1691), a inventé le terme "analyse chimique".

A drawing of Robert Boyle, a scientist from the 16th century
Robert Boyle (1627-1691)

Il aimait expérimenter et fut ainsi l'un des pionniers de la chimie en tant que science et de l'analyse chimique elle-même. Une centaine d'années plus tard, les chimistes Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) et Joseph-Louis Gay-Lussac (1778-1850) ont jeté les bases du principe de l'analyse élémentaire organique. Aujourd'hui encore, ce principe repose sur la combustion d'un échantillon suivie de la détermination qualitative des gaz de réaction. Lavoisier, par exemple, a analysé des cires, des huiles et des graisses et a découvert que toute matière organique contenait du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. Cependant, la part exacte de chacun de ces éléments restait un mystère.

Les difficultés étaient telles qu'il m'a été impossible d'obtenir des résultats quantitatifs exacts. J'ai néanmoins prouvé sans ambiguïté que l'huile se transformait en eau et en dioxyde de carbone, mais je n'ai pas pu déterminer leurs proportions.

Drawing of Antoine Laurent Lavoisier, a scientist from the 17th Century
Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794)

Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) a changé la donne. Ce chimiste suédois a reconnu que les voies de synthèse de nouveaux produits chimiques ne pouvaient être suivies de manière ciblée qu'avec l'aide de l'analyse élémentaire. Il a utilisé un tube de combustion positionné horizontalement pour brûler l'échantillon. Cela lui a permis de chauffer le mélange de substances de manière plus uniforme, ce qui lui a permis d'obtenir des valeurs plus précises. Il a utilisé du chlorure de calcium pour absorber l'eau produite lors de la combustion.

Puis je suis arrivé. Dans mon laboratoire de Giessen, j'ai poussé plus loin la méthode d'analyse élémentaire développée par Berzelius. L'un des éléments clés était un appareil en verre que j'avais mis au point vers 1830 : le "kali-apparat" ou appareil à cinq ampoules, utilisé pour déterminer la teneur en carbone des substances organiques. Cet appareil me permettait de capturer la quasi-totalité du dioxyde de carbone généré lors de la combustion à l'aide d'une solution concentrée d'hydroxyde de potassium et de le peser par la suite.

Drawing of the five-bulb apparatus that was invented by Justus von Liebig
L'appareil à cinq ampoules de Liebig

Cette innovation m'a permis, ainsi qu'à mes étudiants, de réaliser beaucoup plus d'analyses en un temps donné que Berzelius n'avait pu le faire. Cette méthode améliorée d'analyse élémentaire a fait de moi le fondateur de la chimie organique, car le carbone et l'hydrogène dans les composés organiques pouvaient désormais être déterminés rapidement et régulièrement. Et il aurait été impossible de déterminer les structures des substances organiques sans l'analyse élémentaire organique.

À la même époque, Jean Baptiste Dumas (1800-1884) a mis au point une méthode de détermination de l'azote dans les composés organiques. Toutefois, cette méthode n'a pu être utilisée en pratique qu'avec l'invention par Hugo Schliff (1834-1915) du premier azotomètre utilisable pour la détermination volumétrique de l'azote.

Drawing of Jean Baptiste Dumas, a scientist from the 18th century
Jean Baptiste Dumas (1800–1884)

Bien sûr, les progrès de l'analyse élémentaire organique n'étaient pas terminés avec l'invention de mon appareil à cinq ampoules : Toutefois, cet appareil et les autres innovations des pionniers de l'analyse élémentaire ont jeté les bases de l'analyse élémentaire organique en brûlant l'échantillon et en déterminant les principaux composants du carbone, de l'hydrogène et de l'azote. La méthode a été progressivement affinée et perfectionnée au cours des années suivantes. Mais j'en dirai plus à ce sujet lorsque nous nous reverrons (voir la deuxième partie de cette série).

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Front cover "125 Years of Instrumental Elemental Analysis"
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