La chimie est une science centrale. Nous parlons ici de ses applications

Qu´on le veuille ou non, qu´elle soit difficile à comprendre pour certains et facile pour les autres, la chimie est  une science qui, par ses innombrables applications, concerne très directement notre vie quotidienne dans des domaines aussi différents que la santé, l’habillement, les loisirs, l´alimentation, les transports, l´énergie etc.

Parmi les sciences naturelles renfermant toutes les matières scientifiques qui se consacrent à l’étude de la nature, la chimie joue un rôle de premier plan. La chimie est une science centrale qui permet de mieux comprendre, au niveau le plus intime, la matière, les molécules, leurs synthèses, leurs réactions, leurs propriétés et leurs applications. Elle pourvoit ainsi les 4 autres grandes sciences naturelles (qui sont : la physique, la biologie, la géologie, l´astronomie) en connaissances nouvelles, en composés à propriétés inédites.

Cette grande science qui est la chimie comporte un volet appliqué et industriel avec une puissante industrie chimique, indispensable à la production de biens de grande consommation. L'industrie chimique a développé de nombreux procédés de fabrication de produits de consommation de masse, qui ont bouleversé la vie quotidienne des populations. Où qu'on porte le regard autour de soi, on peut voir l'application de connaissances obtenues grâce à la recherche en chimie: plastiques de toutes sortes (Tupperware), vêtements synthétiques, peinture, essence pour moteurs, ordinateurs, produits alimentaires, médicaments, etc.…

J´aimerais donner quelques éclairages sur la chimie qu'ignorent la plupart de nos concitoyens, celle dont ils se servent du matin au soir, sans vraiment s'en apercevoir tant elle paraît habituelle et naturelle.

Nous parlerons des inventions et applications de la chimie, les molécules et produits qui nous soignent, nous transportent, colorent notre vie, nous nourrissent, nous habillent, etc.… Combien d'applications vitales entrées dans nos mœurs sont issues d'intuitions fulgurantes de chimistes, ingénieur-chimistes et ingénieur en génie des procédés : les plastiques de la polymérisation, I’ aluminium de l'électrolyse, les détergents de la saponification, les semi-conducteurs de la purification chimique du silicium. Je pourrais multiplier les exemples mais, malheureusement, cette mémoire collective est peu ou pas connue du grand public.

Tant il est vrai que la chimie est présente partout, non seulement dans les produits manufacturés mais aussi dans les aliments et la matière vivante ; chaque système biologique reste gouverné par des réactions moléculaires. La chimie est incontournable pour notre mode de vie actuel, qui est un choix de société.

Mon souhait ardant est qu´on échange ensemble pour « démystifier » les sciences chimiques, les rendre proches, compréhensibles et redire que c'est l'ignorance qui fait peur et non la connaissance.

De nombreuses personnes considèrent que la chimie et l’industrie chimique nuisent à l’environnement. Toutefois, de nombreux progrès et études scientifiques menés dans le domaine de la chimie nous permettent de développer des matériaux et des applications plus écophiles tout en préservant la qualité et le style de vie que nous désirons.

Part sombre de la chimie
Il serait naïf de penser qu'on peut, dans l'application de la chimie, obtenir seulement ce qu'on cherche sans qu'il y ait de répercussions négatives. C'est comme l'usage d'un médicament; il y a toujours un effet toxique. Nous sommes faits de composés chimiques et, si nous trafiquons ces composés, il y aura des contrecoups. Vous avez vu les images des effets de « la chimie » en Syrie, Irak et Vietnam. Oui c´est ca aussi la chimie !!! La science sans conscience n´est que ruine de l´âme dit-on.
L'histoire de la chimie est intrinsèquement liée à la volonté de l'homme de comprendre la nature et les propriétés de la matière, surtout la façon dont celle-ci se transforme et agit dans un environnement bien précis. Puisque notre société est construite sur ces connaissances devenues indispensables, il est de la responsabilité de chacun de prendre conscience de ces faits et d'agir en conséquence.

Je dois dire ici que je ne suis pas un chimiste. Mais lorsqu´on apprend en génie mécanique ce qu´on appelle les techniques des procédés ou génie des procédés (qui désigne d´ailleurs l'application de la chimie à l'échelle industrielle) on est obligé d´apprendre et approfondir en chimie à tel point de parler maintenant comme un chimiste !!!   

Jim KK en RFA

Nous allons montrer à l´aide des exemples l´application de la chimie dans les jours prochains. Raison pour laquelle je me permets d´expliquer déjà quelques notions ou définitions importantes pour mieux comprendre la suite de la discussion :

La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ainsi, tout ce qui a une masse et occupe de l´espace est de la matière. Par exemple un papier, l´air, l´eau, une bière, un Bic, une table, le corps humain …

Atome : (grec ancien « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie de la matière pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est constitué d’un noyau positif et d’un nuage d’électrons négatif.

L'électron est une particule élémentaire, ponctuelle chargée négativement, se déplaçant autour du noyau atomique.

Le noyau atomique est constitué de deux types de nucléons (= particules stable, constituants du noyau), les protons et les neutrons.

La Charge électrique d'un atome  est neutre, car le nombre d'électrons (chargés négativement) du nuage électronique est égal au nombre de protons (chargés positivement) constituant le noyau. Ainsi, les charges électriques s'annulent.

Ion : atome chargé électriquement, du fait que le nombre d’électrons ne correspond pas à celui des protons. Si un atome gagne un ou plusieurs électrons, la charge de l'atome devient négative : on parle d’anion. S'il en perd, la charge de l'atome devient positive, on parle de cation.

Isotopes: On appelle isotopes des atomes qui possèdent le même nombre d’électrons et le même nombre de protons, mais qui diffèrent par le nombre de neutrons présents dans leur noyau.

La plupart des éléments (voir dans la table de Mendeleïev) ont plusieurs isotopes. Pour les quelques 103 éléments connus actuellement, 90 existent dans la nature, 13 ont été crées artificiellement. Au total, on recense environ 325 isotopes naturels et 1200 isotopes artificiels.  

Nucléide: type de noyau atomique caractérisé par le nombre de protons et de neutrons qu'il contient.

Une mole : C'est la quantité de matière d'un système contenant autant d'entités élémentaires qu'il y a d'atomes de C (carbone) dans 12 grammes de C (carbone). Ce nombre d'atomes est le nombre d'Avogadro NA.

Sur le plan pratique il faut retenir que la quantité de matière se mesure à l'aide de la masse et  lorsqu'il s'agit de compter des particules de la matière, en chimie on utilise la mole.

Le pH est l’abréviation de potentiel hydrogène, est un paramètre servant à définir si un milieu est acide ou basique. Le pH 7, aussi appelé "pH neutre", caractérise un milieu neutre (ni acide ni basique). Il correspond au potentiel hydrogène de l’eau pure à 25°C. Les solutions dont le PH est inférieur à 7 sont acides. Celles dont le PH est supérieur à 7 sont basiques.

Molécule : la plus petite partie de la matière  (donc corps simple ou composé) qui soit capable d'exister à l'état libre et dans laquelle la composition et les propriétés chimiques caractéristiques du corps sont conservées.  C'est le « couplage » chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes.

Alors on peut dire :
Toute matière est faite de molécules, une molécule est faite d’atomes et un atome est constitué d’un noyau positif formé de protons et d’électrons négatifs qui gravitent dans son orbite. Lorsque l’atome perd ou gagne des électrons, il se charge électriquement et devient un ion (donc cation ou anion).    

Une réaction chimique correspond à la transformation d'espèces chimiques (molécules, atomes ou ions) en d'autres espèces chimiques. Les corps qui réagissent entre eux pour disparaître sont appelés réactifs. Les corps qui sont formés au cours de la réaction sont appelés produits (de la réaction).

Au cours d'une réaction chimique il y a conservation de la matière : Chacun des atomes des réactifs se retrouve dans les produits (rien ne se perd), chaque atome des produits provient nécessairement d'un réactif (rien ne se crée).
Lors d'une réaction chimique les atomes sont conservés. Chacun de ces atomes ayant une masse bien définie, on en déduit que la masse totale des produits est égale à la masse totale des réactifs.

Par exemple, la combustion du méthane avec le dioxygène est décrite par :

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

Au début de la réaction nous avons 1 C, 4 H et 4 O. Et à la fin de réaction nous obtenons aussi  1 C, 4 H et 4 O

Attention, il ne faut pas confondre les réactions chimiques avec les transformations physiques
Par exemple la vaporisation de l'eau:
• avant : molécules d'eau (H2O) à l'état liquide
• après : molécules d'eau (H2O) à l'état gazeux

L´eau est restée eau, elle a changeé seulement son état physique. Ce n´est pas une réaction chimique !!!

Jim KK en RFA   

La fabrication du papier hygiénique   

S'il est un produit renouvelable, c'est bien celui-ci.
S'il est un produit dont on ne peut pas se passer, quel que soit son pouvoir d'achat, c'est toujours lui. Le papier hygiénique est un produit de consommation courante dont personne ne peut se passer.

Avant de parler du papier hygiénique parlons d´abord du papier tout court par ce que le papier hygiénique est en général que du papier recyclé.

Le papier est constitué de fibres de cellulose. C'est dans les arbres que l'on en trouve le plus. Donc la cellulose est un des  principaux constituants du bois. La cellulose constitue la matière organique la plus abondante sur la terre (plus de 50 % de la biomasse). La quantité synthétisée par les végétaux est estimée à plusieurs milliards de tonnes (donc 50-100 milliards de tonnes) par an.
L’industrie du papier tire parti des déchets de scierie, de coupe, et des petits bois. La pâte à papier se fabrique à partir des Procédés chimiques, par exemple le procédé Kraft.

Comme je le disais, le papier est généralement fait à partir du bois. En effet le bois est constitué de fibres qui soutiennent l’arbre. Selon les arbres, ces fibres peuvent mesurer 1,5 à 5 millimètres de longueur. Quand les troncs d´arbres arrivent à l’usine à papier, les machines en enlèvent l’écorce. Puis d’autres machines lavent, coupent, râpent puis broient les troncs  en copeaux.
Les copeaux sont ensuite cuits avec de l’eau mélangée avec la soude caustique. La soude caustique n´est autre que l´hydroxyde de sodium (NaOH). La soude caustique est une matière généralement connue. Elle est souvent utilisée pour déboucher les canalisations. Dans le cas précis, elle est utilisée pour « craquer » la lignine (qui est aussi un des principaux composants du bois. La lignine gène la fabrication du papier blanc. Grâce à  la présence de NaOH, la cuisson se passe dans un milieu plutôt alcalin ou basique (pH = 8 à 9).

La cuisson sépare les fibres des autres composants du bois. Les fibres sont alors filtrées, puis malaxées dans une cuve d’eau. Une pâte liquide se forme. On peut y ajoute des colorants et des colles pour la renforcer. On obtient la pâte à papier. A l’état naturel, la pâte à papier est de couleur brune, du fait de la présence de lignine. Cet aspect convient à la fabrication de certains types de papiers dits “ écrus ”. Pour d’autres usages, une blancheur parfaite est exigée. La pâte à papier est donc blanchie, habituellement au peroxyde d’oxygène (H2O2). Le produit obtenu est plus blanc, mais aussi plus résistant et absorbant.

D’énormes cylindres chauffants entrainent, aplatissent et sèchent la pâte qui devient de plus en plus épaisse. Plus la pâte avance, plus elle sèche. A la sortie de son parcours entre les rouleaux, on obtient un ruban de papier géant. Ce ruban défile alors devant une dernière machine qui projette un enduit à la surface de la feuille. Il permettra à l’encre de s’imprimer sur le papier. La feuille de papier est enroulée sur une énorme bobine qui sera découpée en bobines plus petites expédiées aux imprimeries.

Regardez ce petit film:

https://www.youtube.com/watch?v=0J6k6ZJm1B8

Recyclage du papier

On peut aussi  faire du papier en recyclant du papier déjà imprimé de magazines ou de journaux. En rapportant par exemple vos vieux papiers au conteneur de recyclage de papiers, vous  permettez indirectement de moins couper d’arbres en forêts. Notez qu´ à chaque recyclage, les fibres de cellulose se raccourcissent, si bien que l’on ne peut pas réutiliser indéfiniment le papier. Au bout de 6 à 8 cycles entiers, les fibres de papier sont très fines et courtes, et ne peuvent être utilisées que pour la confection de papier hygiénique ou de mouchoirs.

Du fait de la couleur sur les vieux papiers, la pâte doit être blanchie. Et selon l'agent de blanchiment qu'on utilise on devra traiter les eaux usées. Blanchir avec des peroxydes de l'oxygène (H2O2) et de l'ozone (O3) n'est pas aussi efficace que d'utiliser du chlore (Cl2), mais l'eau est alors peu ou pas polluée. En utilisant le chlore l'eau contient des agents qui augmentent la quantité de produits organochloré. D'un autre côté le blanchiment est plus efficace.
Alors si on obtient la pâte à papier on la met sur les cylindres chauffants comme décrit en haut pour la sécher et en suite la couper en papier hygiénique.

Voila comment on utilise les connaissances en chimie pour fabriquer du papier hygiénique.

Jim KK en RFA  

La fabrication de verre

Le verre est omniprésent dans notre quotidien, verre à boire, bouteille de bière, recipients en verre, miroirs, vitre de voiture, de maison… Nous allons découvrir comment est fabriqué le verre. Le verre est la seule matière minérale solide que l’on puisse produire à des dimensions et sous des formes quelconques tout en conservant sa transparence.

Pour les scientifiques, c'est une substance amorphe, présentant l'état solide ou de liquide surfondu, transparent, translucide ou opaque, sonore, doué d'une cassure brillante et pouvant passer par toutes les phases de l'état pâteux par élévation de température.

L' élément de base du verre est le sable, ou plus exactement la silice fondue. Le saviez-vous ???
La silice est la forme naturelle du dioxyde de silicium (SiO2). Chaque atome de silicium est placé au centre d’un tétraèdre et lié à quatre atomes d’oxygène. Ces tétraèdres sont liés ensemble par le sommet de telle sorte que chaque atome d’oxygène est lié à deux atomes de silicium. Le verre, à l'état pur, est du dioxyde de silicium.

Donc, je disais que la silice est le composant de base du verre. Alors pour produire du verre, il faut fondre la silice. On y adjoint divers ingrédients en fonction des qualités souhaitées. Une très faible variation de dosage suffit pour modifier complètement les propriétés physiques. Le problème, c'est que la silice fond à une température très élevée (1 750°C environ). Pour faire baisser cette limite, on ajoute donc des "fondants". Ces fondants sont : le carbonate de sodium (Na2CO3), le carbonate de calcium (CaCO3) et le calcin (débris de verre recyclé).

Ces ingrédients sont ensuite mélangés à de l'eau et du calcin (débris de verre recyclé) selon des proportions très précises. On enfourne le tout dans un four à 1 550°C en moyenne ; c'est l'une des températures les plus élevées dans l'industrie. Avec les techniques industrielles d’aujourd’hui, certains additifs peuvent être ajoutés à la composition du verre pour le rendre plus résistant, coloré, et joli.

Lorsque le verre est liquide et brulant, il peut être utilisé pour former des objets de différentes façons. Les deux façons les plus connues sont les suivantes :

Le moulage : le verre liquide est alors versé dans des moules aux formes voulues. En refroidissant, l’objet souhaité va se former.
Le soufflage : une boule de verre liquide est placée au bout d’une canne de verrier, une sorte de paille géante. De l’air est alors soufflé dans le tube, ce qui fait gonfler la boule de verre. La bulle de verre est alors travaillée avec divers instruments pour donner la forme souhaitée. Cette technique est utilisée pour la fabrication artisanale de verres, vases et autres objets creux. Le soufflage est aussi utilisé dans l’industrie pour fabriquer des ampoules ou des flacons.

Voyez-vous comment la chimie simplifie notre quotidien ?

Regardez ce petit film
https://www.youtube.com/watch?v=uOuVLrjB8g0

Jim KK en RFA      

vital vitium un chimiste congolais invente une pile a base de manioc            

http://www.voiceofcongo.net/vital-vitium-un-chimiste-congolais-invente-une-pile-a-base-de-manioc

To kosolola a propos ya sujet oyo mukolo mosusu  

Ce que vous ne savez peut-être pas sur le rejet du CO2 de votre voiture.

Savez-vous combien de kilos de C02 rejette votre voiture par litre de carburant ??

Ce petit calcul va peut-être vous étonner !!!

Le pétrole brut est une source d´ énergie fossile. L´essence et le diesel sont des dérivés du pétrole brut. Ces substances sont du concentré d'énergie chimique.  Chimiquement, il s'agit de substances de la famille des hydrocarbures (par exemple les alcanes), c'est-à-dire composés à la fois d'hydrogène et de carbone. Pour extraire leur énergie comme dans un moteur de voiture,  il suffit de les brûler : l'énergie chimique se transforme alors en chaleur, tandis que l'hydrocarbure se transforme en eau et en gaz carbonique (le fameux CO2, appelé aussi dioxyde de carbone).

La formule générique de combustion complète des alcanes est:

  CnH(2n+2) + (3n+1)/2*(O2+3.76N2) --> nCO2 + (n+1)H2O+(3n+1)/2*3.76N2

Considérant les gaz d'échappement, 1 mole de gaz = 25 litres

Etudions les rejets massiques de l'equation complète.
[CO2]=12+2*16=44 g/mol
[H2O]= 2*1 + 16 = 18 g/mol
[N2]=2*14=28g/mol

Le calcul sur le N2 est inutile dans le cas d'une combustion idéale ( pas de création de Nox) puisque cet élément n'intervient pas, c'est un gaz inerte. Et puis pour question de simplification, je ne considère pas les imbrûlés de tout poil. Il n'y a pas d'équation simple qui nous permet de prédire ces imbrûlés.

Les masses respectives seraient donc:
pour le CO2 : 44n
pour l'H2O : 18(n+1)

Applications

Cas de l'essence

L' essence ( donc octane pur ) c´est n=8
[C8H18] = 8*12 + 18*1 = 114 g/mol.
La masse de CO2 rejetée par mole d'octane consommée est de : 44*8 = 352 g.
La masse de H2O rejetée par mole d'octane consommée est de : 18(8+1) = 162 g.
Le rapport consommation d'essence sur rejets de CO2 est de 352/114 = 3.09

Comme l'unité de volume est plus usuelle lorsque l'on parle de carburant, il est préférable de passer ce rapport en gramme de CO2 par litre d'essence consommée.

Sachant que la masse volumique de l'essence est de 0.74 kg/l et que 1 gramme d'essence brulée rejette 3.09 grammes de CO2, il vient : 0.74 * 3.09 = 2.28 kg de CO2 par litre d'essence brulée.

Pour chaque litre d´essence consommée votre voiture rejette 2,28 kg !!!
Pouvez-vous manger un hamburger ou une viande de 2 kilos par jour ???          

Cas du Diesel

Chimiquement, le diesel peut être assimilée à du hexa décane pur, soit n=16.
La masse de CO2 rejetée par mole d'octane consommée est de : 44*16 = 704 g. Donc le rapport consommation de diesel sur rejets de CO2 est de 704/226 = 3,16

Sachant que la masse volumique du gaz oïl est de 0.85 kg/l et que 1 gramme de diesel brulé rejette 3.16 grammes de CO2, il vient : 0.85 * 3,16 = 2.67 kg de CO2 par litre de diesel brulé.

Compte tenu que le diesel, comme l'essence, un mélange de molécule plus ou moins lourde,
on retiendra généralement la valeur de 2,6.
Soit 2,6 kg de CO2 par litre de diesel.

Pouvez-vous manger un poulet de 2 kilos par jour ???
Mais votre voiture rejette plus de 2 kilos de C02 par litre !!!          

Conclusion :

Si vous roulez moins, vous allez aussi contribuer à votre niveau à la dépollution de notre planète.
Pensez-y chers compatriotes !!!

Jim KK en RFA