Vous pourriez penser à la chimie uniquement dans le contexte des tests de laboratoire, des additifs alimentaires ou des substances dangereuses, mais le domaine de la chimie concerne tout ce qui nous entoure.
« Tout ce que vous entendez, voyez, sentez, goûtez et touchez implique la chimie et les produits chimiques (la matière) », selon l’American Chemical Society (ACS), une organisation scientifique à but non lucratif pour l’avancement de la chimie, agréée par le Congrès américain. « Et l’ouïe, la vue, le goût et le toucher impliquent tous des séries complexes de réactions et d’interactions chimiques dans votre corps. »
Donc, même si vous ne travaillez pas comme chimiste, vous faites de la chimie, ou quelque chose qui implique la chimie, avec à peu près tout ce que vous faites. Dans la vie de tous les jours, vous faites de la chimie lorsque vous cuisinez, lorsque vous utilisez des détergents pour essuyer votre comptoir, lorsque vous prenez des médicaments ou lorsque vous diluez un jus concentré pour que le goût ne soit pas aussi intense.
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Selon l’ACS, la chimie est l’étude de la matière, définie comme tout ce qui a une masse et occupe de l’espace, et des changements que la matière peut subir lorsqu’elle est soumise à différents environnements et conditions. La chimie cherche à comprendre non seulement les propriétés de la matière, comme la masse ou la composition d’un élément chimique, mais aussi comment et pourquoi la matière subit certains changements – si quelque chose s’est transformé parce qu’il s’est combiné avec une autre substance, a gelé parce qu’il a été laissé pendant deux semaines dans un congélateur, ou a changé de couleur parce qu’il a été exposé à trop de lumière solaire.
Les bases de la chimie
La raison pour laquelle la chimie touche tout ce que nous faisons est que presque tout ce qui existe peut être décomposé en blocs de construction chimiques.
Les principaux blocs de construction de la chimie sont les éléments chimiques, qui sont des substances composées d’un seul atome. Chaque élément chimique est unique, composé d’un nombre déterminé de protons, de neutrons et d’électrons, et est identifié par un nom et un symbole chimique, tel que « C » pour le carbone. Les éléments que les scientifiques ont découverts jusqu’à présent sont répertoriés dans le tableau périodique des éléments, et comprennent à la fois des éléments que l’on trouve dans la nature comme le carbone, l’hydrogène et l’oxygène, ainsi que ceux qui sont fabriqués par l’homme, comme le Lawrencium.
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Les éléments chimiques peuvent se lier entre eux pour former des composés chimiques, qui sont des substances composées de plusieurs éléments, comme le dioxyde de carbone (qui est composé d’un atome de carbone relié à deux atomes d’oxygène), ou de plusieurs atomes d’un seul élément, comme l’oxygène gazeux (qui est composé de deux atomes d’oxygène reliés entre eux). Ces composés chimiques peuvent ensuite se lier à d’autres composés ou éléments pour former d’innombrables autres substances et matériaux.
La chimie est une science physique
La chimie est typiquement considérée comme une science physique, telle que définie par l’Encyclopedia Britannica, car l’étude de la chimie n’implique pas d’êtres vivants. La plupart de la chimie impliquée dans la recherche et le développement, comme la fabrication de nouveaux produits et matériaux pour les clients, relève de ce domaine.
Mais la distinction en tant que science physique devient un peu floue dans le cas de la biochimie, qui explore la chimie des êtres vivants, selon la Biochemical Society. Les produits chimiques et les processus chimiques étudiés par les biochimistes ne sont pas techniquement considérés comme « vivants », mais leur compréhension est importante pour comprendre le fonctionnement de la vie.
Les cinq branches principales de la chimie
Traditionnellement, la chimie est divisée en cinq branches principales, selon le manuel de chimie en ligne publié par LibreText. Il existe également des domaines plus spécialisés, tels que la chimie alimentaire, la chimie environnementale et la chimie nucléaire, mais cette section se concentre sur les cinq principales sous-disciplines de la chimie.
La chimie analytique implique l’analyse des produits chimiques, et comprend des méthodes qualitatives comme l’examen des changements de couleur, ainsi que des méthodes quantitatives comme l’examen de la ou des longueurs d’onde exactes de la lumière qu’un produit chimique a absorbée pour entraîner ce changement de couleur.
Ces méthodes permettent aux scientifiques de caractériser de nombreuses propriétés différentes des produits chimiques, et peuvent bénéficier à la société de plusieurs façons. Par exemple, la chimie analytique aide les entreprises alimentaires à fabriquer des plats surgelés plus savoureux en détectant comment les produits chimiques présents dans les aliments changent lorsqu’ils sont congelés au fil du temps. La chimie analytique est également utilisée pour surveiller la santé de l’environnement en mesurant les produits chimiques dans l’eau ou le sol, par exemple.
La biochimie, comme mentionné ci-dessus, utilise des techniques de chimie pour comprendre comment les systèmes biologiques fonctionnent au niveau chimique. Grâce à la biochimie, les chercheurs ont pu cartographier le génome humain, comprendre ce que font les différentes protéines dans le corps et développer des remèdes pour de nombreuses maladies.
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La chimie inorganique étudie les composés chimiques des éléments inorganiques, ou non vivants, tels que les minéraux et les métaux. Traditionnellement, la chimie inorganique considère les composés qui ne contiennent pas de carbone (qui sont couverts par la chimie organique), mais cette définition n’est pas complètement exacte, selon l’ACS.
Certains composés étudiés en chimie inorganique, comme les « composés organométalliques », contiennent des métaux, qui sont des métaux attachés au carbone – le principal élément étudié en chimie organique. En tant que tels, les composés de ce type sont considérés comme faisant partie des deux domaines.
La chimie inorganique est utilisée pour créer une variété de produits, notamment des peintures, des engrais et des écrans solaires.
La chimie organique traite des composés chimiques qui contiennent du carbone, un élément considéré comme essentiel à la vie. Les chimistes organiques étudient la composition, la structure, les propriétés et les réactions de ces composés qui, outre le carbone, contiennent d’autres éléments non carbonés comme l’hydrogène, le soufre et le silicium. La chimie organique est utilisée dans de nombreuses applications, comme le décrit l’ACS, telles que la biotechnologie, l’industrie pétrolière, les produits pharmaceutiques et les plastiques.
La chimie physique utilise des concepts de la physique pour comprendre comment la chimie fonctionne. Par exemple, comprendre comment les atomes se déplacent et interagissent entre eux, ou pourquoi certains liquides, dont l’eau, se transforment en vapeur à haute température. Les physico-chimistes essaient de comprendre ces phénomènes à une très petite échelle – au niveau des atomes et des molécules – pour en tirer des conclusions sur le fonctionnement des réactions chimiques et sur ce qui confère à des matériaux spécifiques leurs propriétés uniques.
Ce type de recherche contribue à informer d’autres branches de la chimie et est important pour le développement de produits, selon l’ACS. Par exemple, les physico-chimistes peuvent étudier comment certains matériaux, comme le plastique, peuvent réagir avec les produits chimiques avec lesquels le matériau est conçu pour entrer en contact.
Que font les chimistes ?
Les chimistes travaillent dans divers domaines, notamment la recherche et le développement, le contrôle de la qualité, la fabrication, la protection de l’environnement, le conseil et le droit. Ils peuvent travailler dans des universités, pour le gouvernement ou dans l’industrie privée, selon l’ACS.
Voici quelques exemples de ce que font les chimistes :
Recherche et développement
Dans le milieu universitaire, les chimistes qui effectuent des recherches visent à approfondir les connaissances sur un sujet particulier et n’ont pas nécessairement une application spécifique en tête. Leurs résultats peuvent néanmoins être appliqués à des produits et des applications pertinents.
Dans l’industrie, les chimistes en recherche et développement utilisent les connaissances scientifiques pour développer ou améliorer un produit ou un processus spécifique. Par exemple, les chimistes alimentaires améliorent la qualité, la sécurité, le stockage et le goût des aliments ; les chimistes pharmaceutiques développent et analysent la qualité des médicaments et autres formulations médicales ; et les chimistes agricoles développent les engrais, les insecticides et les herbicides nécessaires à la production de cultures à grande échelle.
Parfois, la recherche et le développement ne consistent pas à améliorer le produit lui-même, mais plutôt le processus de fabrication de ce produit. Les ingénieurs chimistes et les ingénieurs des procédés conçoivent de nouvelles façons de rendre la fabrication de leurs produits plus facile et plus rentable, par exemple en augmentant la vitesse et/ou le rendement d’un produit pour un budget donné.
Protection de l’environnement
Les chimistes de l’environnement étudient comment les produits chimiques interagissent avec l’environnement naturel, en caractérisant les produits chimiques et les réactions chimiques présents dans les processus naturels dans le sol, l’eau et l’air. Par exemple, les scientifiques peuvent recueillir du sol, de l’eau ou de l’air dans un lieu d’intérêt et les analyser en laboratoire pour déterminer si les activités humaines ont contaminé ou contamineront l’environnement ou l’affecteront d’une autre manière. Certains chimistes de l’environnement peuvent également aider à remédier, ou à éliminer les contaminants, du sol, selon le Bureau américain des statistiques du travail.
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Les scientifiques ayant une formation en chimie de l’environnement peuvent également travailler comme consultants pour diverses organisations, telles que des entreprises chimiques ou des sociétés de conseil, en fournissant des conseils sur la façon dont les pratiques et les procédures peuvent être complétées conformément aux réglementations environnementales.
Droit
Les chimistes peuvent utiliser leur formation universitaire pour fournir des conseils sur des questions scientifiques ou les défendre. Par exemple, les chimistes peuvent travailler dans le domaine de la propriété intellectuelle, où ils pourraient appliquer leur formation scientifique aux questions de droits d’auteur dans les sciences, ou dans le droit de l’environnement, où ils peuvent représenter des groupes d’intérêts spéciaux et déposer des demandes d’approbation auprès des organismes de réglementation avant que certaines activités ne se produisent.
Les chimistes peuvent également effectuer des analyses qui aident à l’application de la loi. Les chimistes de la police scientifique capturent et analysent les preuves physiques laissées sur une scène de crime pour aider à déterminer l’identité des personnes impliquées, ainsi que pour répondre à d’autres questions vitales concernant le comment et le pourquoi du crime. Les chimistes de la police scientifique utilisent une grande variété de méthodes d’analyse, telles que la chromatographie et la spectrométrie, qui permettent d’identifier et de quantifier les produits chimiques.