Introduction à la chimie – 1ère édition canadienne

La chimie est une branche de la science. Bien que la science elle-même soit difficile à définir exactement, la définition suivante peut servir de point de départ. La science est le processus de connaissance de l’univers naturel par l’observation et l’expérimentation. La science n’est pas le seul processus de connaissance (par exemple, les Grecs anciens se contentaient de s’asseoir et de réfléchir), mais elle a évolué pendant plus de 350 ans pour devenir le meilleur processus que l’humanité ait conçu à ce jour pour apprendre sur l’univers qui nous entoure.

Le processus de la science est généralement énoncé comme la méthode scientifique, qui est plutôt naïvement décrite comme suit : (1) énoncer une hypothèse, (2) tester l’hypothèse, et (3) affiner l’hypothèse. En réalité, cependant, le processus n’est pas aussi simple. (Par exemple, je ne vais pas tous les jours dans mon laboratoire en m’exclamant : « Je vais énoncer une hypothèse aujourd’hui et passer la journée à la tester ! »). Le processus n’est pas si simple parce que la science et les scientifiques ont un ensemble de connaissances qui ont déjà été identifiées comme provenant du plus haut niveau de compréhension, et la plupart des scientifiques construisent à partir de cet ensemble de connaissances.

Une supposition éclairée sur la façon dont l’univers naturel fonctionne est appelée une hypothèse. Un scientifique qui connaît bien le fonctionnement d’une partie de l’univers naturel – par exemple, un chimiste – est intéressé à approfondir ses connaissances. Cette personne formule une supposition raisonnable – une hypothèse – qui vise à déterminer si l’univers fonctionne également d’une nouvelle manière. Voici un exemple d’hypothèse : « si je mélange une partie d’hydrogène avec une partie d’oxygène, je peux fabriquer une substance qui contient les deux éléments. »

La plupart des bonnes hypothèses sont fondées sur des connaissances déjà comprises et représentent une extension testable de ces connaissances. Le scientifique conçoit ensuite des moyens de tester si cette hypothèse est ou non correcte. En d’autres termes, le scientifique planifie des expériences. Les expériences sont des tests de l’univers naturel pour voir si une supposition (hypothèse) est correcte. Une expérience permettant de vérifier notre hypothèse précédente consisterait à mélanger de l’hydrogène et de l’oxygène et à voir ce qui se passe. La plupart des expériences comprennent des observations de petites parties bien définies de l’univers naturel conçues pour voir les résultats des expériences.

Pourquoi devons-nous faire des expériences ? Pourquoi devons-nous faire des tests ? Parce que l’univers naturel n’est pas toujours aussi évident, les expériences sont nécessaires. Par exemple, il est assez évident que si vous laissez tomber un objet d’une certaine hauteur, il va tomber. Il y a plusieurs centaines d’années (par coïncidence, à l’aube de la science moderne), le concept de gravité expliquait ce test. Cependant, est-il évident que l’univers naturel tout entier n’est composé que d’environ 115 blocs de construction chimiques fondamentaux appelés éléments ? Cela ne semblerait pas vrai si vous observiez le monde qui vous entoure et voyiez toutes les formes différentes que la matière peut prendre. En fait, le concept d’élément n’a qu’environ 200 ans, et le dernier élément naturel a été identifié il y a environ 80 ans. Il a fallu des décennies de tests et des millions d’expériences pour établir ce que sont réellement les éléments. Ce ne sont que deux exemples ; une myriade de tels exemples existe en chimie et dans la science en général.

Quand suffisamment de preuves ont été recueillies pour établir un principe général du fonctionnement de l’univers naturel, ces preuves sont résumées dans une théorie. Une théorie est une déclaration générale qui explique un grand nombre d’observations. « Toute matière est composée d’atomes » est une affirmation générale, une théorie, qui explique de nombreuses observations en chimie. Une théorie est une affirmation très puissante en science. De nombreuses déclarations sont appelées « la théorie de _______ » ou « la théorie de ______ » en science (où les blancs représentent un mot ou un concept). Lorsqu’elles sont rédigées de cette manière, les théories indiquent que la science dispose d’une quantité écrasante de preuves de leur exactitude. Nous verrons plusieurs théories au cours de ce texte.

Une déclaration spécifique que l’on pense ne jamais être violée par l’ensemble de l’univers naturel est appelée une loi. Une loi scientifique est la plus haute compréhension de l’univers naturel que la science possède et que l’on pense être inviolable. Par exemple, le fait que toute matière attire toute autre matière – la loi de la gravitation – est l’une de ces lois. Notez que les termes « théorie » et « loi » utilisés en science ont des significations légèrement différentes de celles de l’usage courant ; la théorie est souvent utilisée pour signifier une hypothèse (« J’ai une théorie… »), tandis qu’une loi est une limitation arbitraire qui peut être enfreinte mais qui a des conséquences potentielles (comme les limitations de vitesse). Là encore, la science utilise ces termes différemment, et il est important d’appliquer leurs définitions appropriées lorsque vous utilisez ces mots en science.