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Les activités du chimiste et les enjeux de la chimie dans la société

Objectif : Dans la société actuelle, le rôle du chimiste est très important, et sa production est le centre de nombreux enjeux économiques. Que ce soit dans le domaine pharmaceutique, celui de la chimie lourde, ou dans d'autres domaines, son travail peut être très varié : il peut extraire, purifier, distiller, identifier, formuler, créer, etc.
Quelles sont les activités du chimiste ? Quelles sont les questions qui se posent au chimiste ? Quels sont les enjeux de son travail ?
1. Le travail du chimiste dans le monde contemporain
a. Les activités du chimiste
Le chimiste utilise de nombreuses techniques, dont certaines vous sont déjà familières :
  • L'extraction : un chimiste peut extraire à l'aide de solvants, des composés contenus dans un mélange ou dans un composé naturel.
    On peut procéder, par exemple, à l'extraction de l'eugénol contenu dans le clou de girofle en utilisant un solvant dans lequel cette huile essentielle est soluble, le dichlorométhane (dangereux !).
  • L'identification : un chimiste doit déterminer les caractéristiques physiques (densité, température de fusion, rapport frontal, etc.) d'un composé pour l'identifier.
  • L'analyse : un chimiste peut être amené à surveiller les concentrations de certains composés dans l'air, dans l'eau, ou dans les aliments, par exemple, afin de veiller à la sécurité et au respect de l'environnement.
  • La purification : un chimiste peut purifier des métaux (technique de l'électrolyse) ou des produits organiques. Cette technique permet d'obtenir des composés purs, débarrassés des impuretés.
  • La formulation : dans le domaine pharmaceutique, les médicaments doivent être formulés, c'est-à-dire présentés sous une forme plus pratique. Le travail du chimiste consiste à trouver la formulation adéquate à chaque produit.
  • La synthèse : la plupart des molécules que l'industrie utilise ne peuvent être directement extraites de la nature (problème de coût). Le chimiste synthétise donc des molécules nécessaire, et ceci, à moindre coût et en quantités plus importantes.

 

b. Les enjeux de la chimie dans la société
Les domaines dans lesquels le chimiste travaille sont variés. Il travaille pour :
  • La chimie lourde (ou chimie de base) : fabrication de produits de base, en grandes quantités (ammoniac).
  • La chimie fine : fabrication de produits élaborés, coûteux, en quantités faibles (parfum, principe actif des médicaments).
  • La parachimie : fabrication, à partir des composés de la chimie fine, de produits tels que les savons, les détergents, etc.
  • La pharmacie : fabrication des médicaments, à partir des principes actifs fabriqués part la chimie fine.

    L'industrie française emploie de nombreux chimistes, qui travaillent pour répondre aux nombreux besoins de la société.

2. Les questions qui se posent au chimiste
Dans son travail, le chimiste peut être amené à se poser diverses questions : Avec quel rendement la réaction se fait-elle ? Quelle est la durée de fabrication de ce produit ? Quel est le coût de production ? Quels sont les impacts de cette industrie sur l'environnement ? Peut-on recycler ce produit ?
Les principales préoccupations du chimiste peuvent être classées en quatre catégories.

 

a. La transformation d'un système chimique est-elle toujours rapide ?
La quantité de produit que l'on obtient par unité de temps est une grandeur qui varie d'une transformation à une autre.
  • Certaines transformations sont rapides :
    La réaction entre les ions hydroxydes OH- et les ions oxonium H3O+, utilisée lors des dosages par exemple, se fait instantanément dès que les réactifs sont en contact.
  • Certaines transformations sont lentes :
    La synthèse des esters, utilisés comme parfums et arômes dans l'industrie, est une réaction lente.

On appelle facteur cinétique les grandeurs qui peuvent faire varier la vitesse d'une transformation.

 

b. La transformation d'un système chimique est-elle toujours totale ?
On dit qu'une transformation est totale si l'avancement maximal est égal à l'avancement final.
xmax= xf.

Certaines transformations n'ont pas cette propriété ; l'avancement maximal est inférieur à l'avancement final. On dit que la transformation est limitée.

xmax< xf.
Le rendement n d'une transformation est le rapport entre xf et xmax. Il correspond au rapport entre la quantité de produit obtenue et la quantité de produit que l'on aurait obtenue si la transformation avait été totale.
n = xf / xmax.

Le rendement est un nombre compris entre 0 et 1, souvent exprimé en pourcentage.

c. Le sens spontané d'évolution d'un système est-il prévisible ?
Nous avons vu en classe de première, que les réactions d'oxydoréductions se produisaient dans un sens, mais non dans l'autre.
Le sens dans lequel la transformation se produit est prévisible. Ce sont des grandeurs thermodynamiques, accessibles au chimiste, qui lui permettent de déterminer le sens d'une réaction.

 

d. Comment le chimiste contrôle-t-il les transformations de la matière ?
Puisque les transformations ne sont pas toujours rapides ou totales, le chimiste doit trouver des techniques qui permettent de pallier ces problèmes :
  • Pour accélérer une transformation lente, il agit sur un ou plusieurs facteurs cinétiques.

    Exemple : Augmenter la température ou la pression d'un mélange réactionnel permet souvent d'atteindre l'avancement maximal plus rapidement.
    On peut ajouter des catalyseurs, qui permettent à la transformation d'être plus rapide.

  • Pour déplacer l'équilibre (et former ainsi plus de produits), on peut mettre en excès l'un des réactifs, ou éliminer au fur et à mesure qu'il se forme l'un des produits.

C'est en connaissant bien les transformations que le chimiste peut résoudre les problèmes qui se posent à lui.

 

L'essentiel

Les domaines dans lesquels le chimiste travaille sont vastes (chimie lourde, chimie fine, pharmacie, parachimie, etc.) et les techniques qu'il utilise sont nombreuses (extraction, synthèse, purification, analyse, etc.).
Les préoccupations du chimiste sont nombreuses : Les transformations sont-elles rapides, totales ? Ne sont-elles pas trop coûteuses, dommageables pour l'environnement ?
Le chimiste met ainsi en place des stratégies pour résoudre ces problèmes.

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