Les 4 éléments

De Wikidebrouillard.

Version actuelle en date du 23 avril 2013 à 14:59

Une histoire de philosophe

Au VIIème siècle avant Jésus-Christ, la Grèce voyait naître la philosophie. Ses habitants se posaient des questions sur la matière des choses. De quoi est fait le bois ? De quoi est fait ce caillou ?

• Thalès, l'hydrophile

Thalès, philosophe et scientifique, célèbre pour son théorème de géométrie (théorème de Thalès), pensait que toute chose était faite à partir d'eau. L'eau peut revêtir différentes formes : état liquide, état solide, état gazeux. C'est ce qui l'autorisait à penser que l'eau était l'élément de base de la nature. L'eau, principe premier de tout ce qui nous environne ? Non, cette explication paraissait insuffisante. Comment l'eau, qui est déterminée, peut-elle se transformer en d'autres choses ?

• Anaximène, la tête en l'air

Quelques années plus tard, Anaximène va dire que le plus petit élément qui forme toute chose est l'air. L'air semble moins déterminé. Il pensait que l'air s'échauffait et se transformait en feu en se raréfiant, et qu'il se refroidissait et se solidifiait en se condensant pour donner la matière solide. Mais admettre l'air comme principe premier ne satisfaisait pas tout le monde.

• Héraclite, tout feu tout flamme

En 540 av JC, Héraclite viendra proposer le feu comme élément fondamental. Selon lui, tout est transformation du feu : l'eau et l'air sont feu en voie d'extinction ; la terre est feu éteint. Mais les hommes, n'étant satisfaits que par ce qui est vrai, continuèrent à approfondir cette question : de quoi sont faites les choses?

• Empédocle, l'unificateur

C'est alors qu'Empédocle, s'inspirant des philosophes précédents, observa dans la nature la présence nécessaire de quatre éléments : l'EAU, le FEU, l'AIR et la TERRE. Il considérait que les choses sont composées de quatre substances : différentes, incréées (qui ont toujours existé), impérissables.

• Leucippe de Millet, le père de l'atome

Parallèlement, Leucippe de Millet développait la théorie de l'atomisme. Il pose comme principe qu'il existe une particule qu'on appelle atome, et que la différence entre les objets s'explique par les différents types d'assemblage. Mais durant plusieurs siècles, c'est la théorie des 4 éléments qui prédomina, car l'atomisme n'était pas vérifiable à l'époque.

Mais comment mettre en évidence l'erreur de la théorie des 4 Éléments?

Les 4 éléments

L'AIR

L'air est il un élément de base?

Très tôt, l'homme s'est rendu compte que l'air est fondamental pour vivre : on respire l'air qui nous environne. Mais ce qui amène à considérer l'air comme un élément de base, c'est le fait qu'il soit invisible et ainsi indéterminé.

Composition de l'air

On entend souvent parler aujourd'hui d'oxygène, de dioxyde de carbone (CO₂). Les scientifiques ont pu mettre en évidence la composition de l'air. Voici les principaux éléments qui le composent :

• Diazote = 70%
• Oxygène = 21%
• CO₂, vapeur d'eau et gaz rares = 1%

LE FEU

La domestication du feu par l'Homme

Il est très difficile, voire impossible de dater précisément la domestication du feu par l'Homme. En effet, le feu pouvant être produit naturellement (foudre), certaines traces de combustion correspondent à des incendies naturels et d'autres à une réelle domestication par l'Homme. On peut tout de même situer les premiers foyers entretenus par l'Homme entre -800000 et -250000 ans. La maîtrise du feu a occupé une place importante dans l’évolution de l’espèce humaine, car c’est une des premières preuves d’existence de l’humanité.

Pourquoi l’Homme a-t-il utilisé le feu ?

On peut retrouver des traces de foyers, mais rien ne dit dans quels buts ils ont été faits. On a tout de même des idées plutôt cohérentes à ce sujet. En effet, trois raisons importantes ont certainement poussé l’homme à utiliser le feu :

• Se réchauffer :

Diverses traces de foyers entretenus ont été retrouvées à l’entrée de grottes, cela permettait sûrement de se réchauffer durant les périodes de froid, ainsi que pendant les nuits fraîches.

• Se protéger :

L’homme étant le seul animal à maîtriser le feu, le simple fait de brandir une torche enflammée devait pouvoir effrayer les animaux et les faire fuir. De la même façon, regroupée autour d’un feu, la tribu était plus sécurisée. Le feu a aussi joué un rôle au niveau de la conception des armes en les rendant plus dangereuses.

• Cuire les aliments :

La maîtrise du feu a aussi joué un rôle dans l'alimentation de nos ancêtres : mastication plus facile, meilleur goût et meilleure digestion des aliments.

Comment faisait-il du feu ?

Gare aux idées reçues, le fait de taper un silex contre un autre n'a jamais allumé le moindre feu. En revanche, on a recensé deux techniques utilisées pour allumer un feu :

• La percussion :

Il s’agit de frapper un silex contre un minerai de fer (pyrite ou marcassite) et d’orienter les étincelles produites vers un initiateur (un champignon ou un végétal). Ces étincelles durent environ deux secondes, temps pendant lequel on place des brindilles ou des herbes sèches.

• La friction :

Pour cette technique, on utilise un morceau de bois que l’on frotte assez vite sur un autre jusqu’à obtenir de la sciure échauffée. Au contact de l’air apparaissent des braises que l’on alimente avec des brindilles.

Et aujourd'hui ?

De la préhistoire à aujourd'hui en passant par Héraclite ainsi que par la théorie du phlogistique, la façon de décrire le feu et d'expliquer le phénomène a beaucoup évolué. En effet, le feu n'est pas un élément de base comme on l'imaginait dans la théorie des quatre éléments, mais une réaction chimique (combustion) nécessitant un combustible (bois, papier, tissu, essence...), un comburant (dioxygène présent dans l'air) et une énergie d'activation (chaleur, étincelle, frottement d'une allumette...). On représente cela sous forme d'un schéma : Le triangle du feu. Si on supprime l'un des côtés du triangle, il n'y a pas de combustion.

Par exemple, on voit dans l'expérience Extincteur sans eau qu'il suffit de supprimer le comburant (air) autour d'une flamme pour qu'elle s'éteigne.

L'EAU

Où trouve-t-on de l’eau ?

L’eau est présente partout sur terre, on la trouve dans les océans et dans les rivières. On estime que la terre est composée de 70% d’eau. On trouve également de l’eau dans notre sang et dans nos muscles. Le corps humain est constitué de 60% d’eau.

L’eau est-elle un élément ?

Le chimiste français Lavoisier (1743-1786) fut le premier à s’intéresser à la composition de l’eau. Il réussit à décomposer l’eau en faisant passer la vapeur d’eau sur du fer très chaud. Cette expérience s’appelle la thermolyse. Il prouva que la vapeur d’eau se transformait en dioxygène et dihydrogène à très haute température (750 °C). L’eau n'est donc pas un élément, puisqu'elle est constituée elle même de deux éléments : le dioxygène et le dihydrogène.

La décomposition de l’eau

L’expérience de Lavoisier montre que pour décomposer l’eau il faut lui apporter de l’énergie. On a donc la formule : 2 H₂0 ---> 2 H₂ + O₂
On peut décomposer l’eau en utilisant l’électricité. Cette expérience s’appelle l’Electrolyse de l'eau.

LA TERRE

Pourquoi la terre comme élément de base ?

La terre était considérée par les anciens avec grand respect car elle était la source de régénération. En effet c'est dans la terre que poussent les arbres, les plantes ; c'est elle qui donne ce qui faut pour nous nourrir. C'est pour cela que leur est venue l'idée de penser que la terre était un élément de base constitutif de toute la matière qui nous environne. La terre est en fait un mélange de multiples composants : sels minéraux, matière organique en décomposition...

Le pH d'un sol a une influence sur l'assimilation des nutriments et oligoéléments par une plante.

Conclusion

Le tableau de Mendeleïev

Avec la découverte de nombreux composés chimiques, Mendeleïev se demanda comment on pourrait organiser ces éléments que l'on découvrait : l'oxygène, le dihydrogène, le carbone... Il se rendit compte que certaines propriétés des éléments étaient liées avec la masse atomique. C'est ce qui donna lieu à la classification des éléments dans un tableau de cinq colonnes de dix-huit éléments.

Mais en 1913, des chimistes décidèrent de classer plutôt selon le numéro atomique (nombre de protons de l'élément).

D'où le tableau périodique des éléments. Éléments avec lesquels on peut former toute la matière connus.

(à développer un peu ? En fait tout est là : les vrais éléments, les voilà. Donner pour finir des exemples compréhensibles de ce qui est vraiment un élément et de ce qui n'est qu'un composé ?)

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