La loi de l’isolement : comment un juriste résolut le paradoxe des gaz de 1811

En 1811, un juriste spécialisé en droit canonique exerçant à Turin a proposé un concept fondateur pour la chimie physique : des volumes égaux de n'importe quel gaz, mesurés dans des conditions identiques de température et de pression, contiennent exactement le même nombre de molécules. Amedeo Avogadro, titulaire de diplômes de droit et ancien administrateur public, a publié cette hypothèse afin de résoudre une contradiction croissante dans les études sur les gaz au début du XIXe siècle. Selon le Science History Institute, cette proposition apportait la clé pour calculer les masses moléculaires relatives, bien qu'elle soit restée largement ignorée par la communauté scientifique pendant un demi-siècle.

Du droit canonique au laboratoire de Turin

Amedeo Avogadro est né à Turin, ville du Piémont située dans l'actuelle Italie, où son père, le comte Filippo Avogadro, était un avocat éminent et un haut fonctionnaire. Conformément aux attentes familiales, le jeune Avogadro a obtenu ses diplômes de droit et a commencé à exercer comme juriste en droit canonique. Cependant, sa curiosité s'est tournée vers les sciences physiques, le poussant à suivre des cours particuliers de mathématiques, de physique et de chimie. Ses travaux assidus lui ont permis de s'orienter vers une carrière académique, où il a finalement obtenu la chaire de chimie physique à l'Université de Turin.

Réconcilier Gay-Lussac et Dalton

En 1808, le chimiste français Joseph Louis Gay-Lussac a publié sa loi sur les volumes de combinaison, selon laquelle les gaz réagissent entre eux dans des rapports de volumes simples et entiers. Bien que les observations de Gay-Lussac soutiennent les concepts atomiques généraux, le chimiste britannique John Dalton a rejeté ces résultats car il n'arrivait pas à intégrer ces rapports volumétriques entiers dans son propre modèle atomique. Avogadro a compris que les constatations expérimentales de Gay-Lussac étaient rigoureuses. Il s'est particulièrement intéressé à l'observation de Gay-Lussac indiquant qu'au-dessus de 100 °C, le volume de vapeur d'eau produit était exactement le double de celui du gaz oxygène consommé — une mesure que les théories chimiques de l'époque ne parvenaient pas à expliquer.

Densités et molécules diatomiques

L'article publié par Avogadro en 1811 a résolu ce dilemme en suggérant que les gaz simples sont constitués de molécules composées de plusieurs atomes identiques, qu'il a qualifiées de molécules élémentaires. Il a déduit qu'une molécule d'oxygène se séparait en deux atomes distincts lors de la réaction chimique produisant de la vapeur d'eau, ce qui permettait à un volume de gaz oxygène d'engendrer deux volumes de vapeur. De surcroît, Avogadro a démontré qu'à température et pression égales, le rapport des densités de deux gaz quelconques correspond au rapport de leurs masses moléculaires relatives, établissant ainsi une méthode directe pour déterminer les masses moléculaires.

Dogme électrique et reconnaissance tardive

Malgré sa grande clarté explicative, l'hypothèse d'Avogadro a heurté de longs obstacles théoriques et géographiques. L'un des principaux freins résidait dans la théorie dominante du dualisme électrochimique, défendue par le chimiste suédois Jöns Jakob Berzelius. Berzelius soutenait que les composés étaient maintenus ensemble exclusivement par l'attraction de charges électriques opposées, ce qui rendait scientifiquement impensable l'existence d'une molécule formée de deux atomes d'oxygène identiques et de même charge. Par ailleurs, Turin se trouvait géographiquement isolée des grands centres scientifiques de France, d'Allemagne, d'Angleterre et de Suède, laissant Avogadro à l'écart des réseaux majeurs de la chimie de son temps.

Plusieurs décennies après sa mort, l'intuition d'Avogadro de 1811 a finalement été reconnue sous le nom de loi d'Avogadro, devenant un pilier essentiel de la chimie physique. En établissant le lien mathématique entre la densité d'un gaz et sa masse moléculaire, sa formulation a permis de déterminer avec précision les poids atomiques et demeure aujourd'hui fondamentale dans la science chimique moderne.

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Source: Amedeo Avogadro