Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire le domaine de la chimie, sa position au sein des sciences physiques et sa relation avec les autres sciences.
La chimie est une discipline scientifique qui étudie la matière, sa composition, ses propriétés et ses utilisations, et la manière dont elle change. La matière c’est tout ce qui a de la masse et qui occupe de l’espace. Tout ce que nous pouvons sentir, toucher, goûter ou ressentir est fait de matière, de sorte que l’étude de la chimie touche presque tous les aspects de notre vie quotidienne.
Définition : La chimie
La chimie est l’étude de la matière et de sa composition, de ses propriétés, de ses utilisations, de la manière dont elle change et réagit avec d’autres substances, et des conditions dans lesquelles ces changements se produisent.
La chimie est utilisée pour créer de nouveaux matériaux comme les plastiques, les fibres synthétiques, les alliages métalliques et la céramique. La chimie nous aide à comprendre les réactions chimiques qui se produisent dans le corps humain et nous permet de développer de nouveaux médicaments et traitements contre la maladie. La chimie participe à la création des produits cosmétiques, des peintures, des additifs alimentaires, des feux d’artifice, des engrais, des carburants et des désinfectants.
Exemple 1: Identifier des procédés de la vie de tous les jours qui font appel à l’étude de la chimie
La chimie prend part à de nombreux aspects de notre vie quotidienne. Lequel des procédés suivants, en relation avec la préparation d’une tasse de café, ne fait en quelque sorte pas appel à la chimie ?
- La diffusion du lait dans le mélange de café et d’eau.
- Le flux de courant électrique à l’élément chauffant et sa conversion en énergie thermique.
- La quantité de café dissoute dans l’eau.
- Le traitement des grains de café, de la plante (le caféier) à la production de café moulu.
- La production et les propriétés de la tasse en céramique.
Réponse
La chimie est l’étude de la matière et de ses propriétés, de quoi celle-ci est faite et comment elle change. La matière est tout ce qui a une masse et qui occupe de l’espace, ce qui comprend presque tout ce avec quoi nous interagissons au quotidien, y compris la préparation d’une tasse de café.
Toutes les substances utilisées pour préparer le café - les grains, la tasse, le lait, l’eau - sont toutes faites de matière. Les propriétés de ces substances et la façon dont elles s’agencent et interagissent requièrent toutes la chimie.
En plus de la matière, nous interagissons également au quotidien avec de l’énergie. Cependant, l’étude de l’énergie et de comment l’énergie change est en grande partie du domaine de la physique, et non de la chimie. Donc, le processus de conversion du courant électrique en énergie thermique qui serait utilisée pour chauffer l’eau ne fait pas appel à la chimie ; ce processus fait plutôt appel à la physique. La bonne réponse est le choix B.
La chimie est une science physique, ce qui signifie qu’elle étudie les systèmes non vivants. Les sciences physiques comprennent la chimie, la physique, l’astronomie et les sciences de la Terre. Nous pouvons distinguer les sciences physiques des sciences de la vie (telles que la biologie et l’écologie) qui étudient les systèmes vivants.
Définition : Les sciences physiques
Les sciences physiques sont une branche de la science qui étudie les systèmes non vivants.
Définition : Les sciences de la vie
Les sciences de la vie sont une branche de la science qui étudie les systèmes vivants.
Exemple 2: Identifier la branche scientifique qui n’est pas une science physique
La chimie peut être classée dans la catégorie des sciences physiques car elle comprend l’étude de la matière et de son mouvement. Lequel des choix suivants n’est pas une science physique ?
- La physique.
- L’astronomie.
- Les sciences de la Terre.
- La science des matériaux.
- La biologie.
Réponse
Les sciences physiques étudient les systèmes non vivants. Quelques exemples de systèmes non vivants sont la matière et l’énergie (étudiés par la chimie et la physique), les planètes et les étoiles (étudiées par l’astronomie), la terre et l’atmosphère (étudiées par les sciences de la Terre), ainsi que les métaux, les plastiques et la céramique (étudiés par la science des matériaux).
Les systèmes vivants sont étudiés par les sciences de la vie, telles que la biologie. La biologie est la seule science de la liste ci-dessus qui est une science de la vie et non une science physique, et donc la bonne réponse est le choix E.
La chimie comprend la compréhension des particules qui composent la matière : les éléments, les atomes, les ions et les composés chimiques neutres. Les chimistes étudient la manière dont ces particules se lient les unes aux autres et comment elles se comportent au cours des réactions chimiques pour former de nouveaux composés et de nouvelles substances. Tout est composé de ces particules et des réactions chimiques se produisent partout ; il n’est donc pas surprenant que la chimie participe à tant d’autres domaines d’étude. C’est pourquoi la chimie est souvent appelée « science centrale ».
La biologie et d’autres sciences de la vie ont besoin de la chimie pour comprendre les milliers de réactions chimiques qui se produisent dans les cellules végétales et animales. Par exemple, un botaniste qui étudie les plantes a besoin de la chimie pour comprendre la photosynthèse, une réaction chimique au cours de laquelle une plante produit un sucre (le glucose) en utilisant l’énergie du Soleil.
Les écologistes et les scientifiques qui étudient l’environnement utilisent la chimie pour comprendre comment certaines molécules interagissent avec l’environnement. Par exemple, les écologistes ont utilisé la chimie pour créer des pesticides non toxiques et efficaces. Les scientifiques de ces domaines utilisent également des techniques chimiques pour identifier les espèces chimiques dans l’environnement.
Les astronomes sont capables de déterminer la composition d’étoiles lointaines, d’astéroïdes et de planètes en déchiffrant la chimie de différents éléments et la façon dont différents éléments interagissent avec la lumière et le rayonnement. C’est grâce à la chimie que nous comprenons si bien l’univers malgré la distance entre ces corps et la Terre.
Les domaines de la médecine, de la nutrition et de la pharmacologie exigent une compréhension des réactions chimiques qui se produisent dans le corps humain, afin de créer de nouveaux médicaments et d’améliorer la santé d’une personne. Les ingénieurs doivent comprendre les propriétés chimiques de différents matériaux pour concevoir des bâtiments, des véhicules et les remplacements de joints. Les médecins légistes utilisent des méthodes chimiques pour tester le sang, les fibres et l’ADN afin d’identifier les criminels.
Exemple 3: Identifier la discipline scientifique qui se chevauche avec la chimie dans un problème de recherche
Une entreprise se spécialise dans l’analyse d’échantillons des sols et dans le développement de nouveaux engrais pour augmenter la productivité des cultures. En dehors de la chimie, à quelle autre discipline cette recherche ferait-elle appel ?
- L’agronomie.
- La pharmacologie.
- L’informatique.
- La physique.
- La psychologie.
Réponse
Les chimistes sont en mesure de comprendre les propriétés des substances qui composent les engrais et les sols, comment les analyser et les synthétiser. Cependant, souvent les chimistes ne connaissent pas très bien l’agriculture, et donc un chimiste peut avoir besoin de quelqu’un avec des connaissances complémentaires pour ce projet.
L’agronomie est la science et la technologie de l’agriculture. Les agronomes comprennent la science des plantes, des sols, de l’eau et tout ce qui entre dans la culture de plantes plus productives, donc l’agronomie serait certainement incluse dans cette étude. La bonne réponse est le choix A.
Exemple 4: Identifier le domaine des sciences qui, en dehors de la chimie, participe à la recherche sur la découverte de médicaments
Un chimiste peut être intéressé par la synthèse et la production de nouvelles molécules médicamenteuses. En dehors de la chimie, quelle autre discipline participerait typiquement à cette étude ?
- La métallurgie.
- La physique.
- Les sciences de la Terre.
- L’agriculture.
- La pharmacologie.
Réponse
La synthèse et la production de nouvelles molécules médicamenteuses nécessitent la connaissance des propriétés de ces molécules et des réactions mises en jeu pour les concevoir. Les chimistes connaissent très bien les propriétés des molécules, ce qui les rend importants dans ce domaine.
Une fois que ces nouvelles molécules médicamenteuses ont été produites, il est important de comprendre comment elles interagissent avec le corps humain pour s’assurer que le médicament est efficace et sûr. Bien qu’un chimiste puisse avoir certaines connaissances à ce sujet, l’étude de la manière dont les médicaments affectent le corps humain et de comment le corps réagit à un médicament relève du domaine de la pharmacologie, et donc la bonne réponse est le choix E.
La chimie peut être subdivisée en différentes branches. Les principales branches de la chimie sont la chimie physique, la chimie analytique, la chimie organique, la chimie minérale (ou chimie inorganique), la chimie numérique (encore appelée chimie informatique ou chimie computationnelle) et la biochimie. Il y a également plusieurs autres spécialisations en chimie, comme la chimie de l’environnement, la chimie théorique, la chimie nucléaire, la chimie des polymères et la chimie des matériaux.
La chimie physique étudie les propriétés des substances et leur structure, ainsi que comment les réactions chimiques ont lieu. Les physiciens chimistes utilisent les théories de la physique et les mathématiques pour comprendre les propriétés chimiques des substances.
La chimie analytique utilise des techniques expérimentales pour identifier, séparer ou quantifier la matière et ses propriétés. La chimie analytique est utilisée pour tester la sécurité des aliments, de l’eau, des cosmétiques et des produits pharmaceutiques. La médecine légale utilise des techniques de chimie analytique pour fournir des preuves qui sont utilisées pour résoudre des crimes. La recherche en chimie analytique requière souvent la création de nouvelles techniques expérimentales qui peuvent être utilisées dans d’autres branches de la chimie.
La chimie organique étudie la structure, les propriétés et les réactions des composés contenant une quantité importante d'atomes de carbone principalement engagés dans des liaisons carbone-carbone et carbone-hydrogène. Les chimistes spécialisés en chimie organique participent à la synthèse de produits pharmaceutiques, de produits pétroliers, des cosmétiques, des plastiques et des produits de nettoyage, pour n’en citer que quelques-uns.
La chimie minérale étudie les propriétés et les réactions des substances qui ne sont pas des composés à chaîne carbonée et qui ne contiennent pas de liaisons carbone-hydrogène, comme par exemple l'eau, la plupart des métaux et des sels communs. Elle sert à la compréhension des propriétés des métaux et à la création de nouveaux alliages pour des applications spécifiques. La chimie minérale est employée pour créer des peintures, des pigments et des puces électroniques pour les ordinateurs.
La chimie numérique résout les problèmes de la chimie en créant et en utilisant des modèles théoriques et des simulations par ordinateur. De nombreuses expériences sont étudiées au moyen de calculs ou de simulations informatiques avant d’être effectuées en laboratoire. Ceci peut aider les chimistes à comprendre quelles expériences sont susceptibles de réussir, et à réduire le coût des réactifs.
La biochimie se situe à l’intersection entre la biologie et la chimie. Ce domaine étudie les produits chimiques et les réactions chimiques qui se produisent dans les systèmes biologiques. Les biochimistes étudient les protéines dans le corps humain pour trouver de nouveaux remèdes contre les maladies, et aident à créer des biocarburants, de nouveaux types d’aliments et des plastiques biodégradables.
Exemple 5: Identifier les branches de la chimie
La chimie peut être subdivisée en différentes branches. Lequel des choix suivants n’est pas une branche reconnue de la chimie ?
- La chimie minérale.
- La chimie physique.
- La chimie organique.
- La chimie analytique.
- La chimie des particules.
Réponse
La chimie étudie la matière, ses propriétés, sa composition et comment celle-ci change. La chimie est un vaste domaine scientifique qui peut être subdivisé en de nombreuses branches et spécialités.
Les principales branches de la chimie sont la chimie physique, la chimie analytique, la chimie organique, la chimie minérale, la chimie numérique et la biochimie.
La chimie physique étudie les propriétés fondamentales des substances et des particules qui les composent.
La chimie analytique utilise des techniques expérimentales pour identifier, séparer ou quantifier des substances.
La chimie organique se concentre sur les substances qui sont essentiellement composées de carbone, tandis que la chimie inorganique se concentre sur les substances qui ne sont pas à base de carbone.
La chimie numérique utilise des ordinateurs pour résoudre des problèmes de chimie en créant des modèles et des simulations.
La biochimie étudie les réactions chimiques qui se produisent dans les systèmes biologiques.
Parmi les choix de réponses dans ce problème, le seul qui n’est pas une branche reconnue de la chimie est le choix E : la chimie des particules.
La chimie et les chimistes s’attaquent actuellement à la résolution de certains des problèmes mondiaux les plus importants. La chimie contribue grandement à la recherche de sources d’énergie renouvelables, telles que les cellules photovoltaïques. La recherche en nanotechnologie améliore la manière dont les médicaments peuvent être administrés, permet de fournir de meilleurs catalyseurs et de découvrir de nouveaux matériaux pour le stockage de l’énergie.
Les progrès de la chimie verte aident également à minimiser et même à éliminer la quantité produite de déchets et de matières dangereuses.
Les points clés
- La chimie est l’étude de la matière et de sa composition, de ses propriétés et de ses utilisations, et de la manière dont elle change.
- La chimie est une science physique.
- La chimie est une science extrêmement interdisciplinaire qui se chevauche fréquemment avec d’autres sciences.
- Les branches de la chimie sont la chimie physique, la chimie organique, la chimie minérale, la chimie analytique, la chimie numérique et la biochimie.
