N°117, l’histoire des atomes continue (1)

Un atome est la plus petite partie d’un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec un autre. C’est en particulier sur cette notion d’atome que reposent les sciences de la matière modernes. On définit par élément chimique, ou simplement élément, une catégorie d’atomes ayant en commun le même nombre de protons dans leur noyau atomique, ce nombre, noté Z, définissant le numéro atomique de l’élément (comme le n°117 ci-dessus !). Les propriétés chimiques sont déterminées par les électrons autour de l’atome en lien avec le numéro atomique.

Ca ne vous dit rien ? Mais si, je suis sûr que vous en connaissez plein des éléments chimiques !

Il est souvent fait référence à Lavoisier en tant que père de la chimie moderne. Il participa à la réforme de la nomenclature chimique2 avec Berthollet dans les années 1780, révolutionna la chimie en introduisant l’idée que les minerais pouvaient être réduits à leurs éléments atomiques. Dans les décennies suivantes, la découverte d’un nouveau minerai (nommé avec le suffixe « a ») fut désormais considérée comme l’équivalent de la découverte de l’élément nouveau correspondant (nommé avec le suffixe « ium »), ce qui fut accompagné du système de désignation par symbole des éléments atomiques par leur nom latin abrégé à une ou deux lettres, proposé par Berzelius en 1813.

L’Antiquité

De nombreux éléments étaient déjà connus dès l’Antiquité, comme l’or (-3400), l’argent (-5000), le plomb (-6500), le soufre, ou encore le carbone (-1200), ce dernier provenant du terme latin carbo désignant le charbon. Lavoisier choisit d’appeler cet élément « carbone » pour le distinguer du mot « charbon » français. L’origine du cuivre est plus originale : ce terme dérive du latin Cyprium et du grec [Kypros], désignant l’île de Chypre où l’on a trouvé les premières traces d’un minerai de cuivre il y a 6 000 ans. Rien d’original jusque là, sauf que l’île doit, elle, son nom aux nombreux cyprès que l’on y trouve ; étonnant, non ? Savez-vous pourquoi l’un des plus vieux métaux connu de l’homme, l’étain, possède le symbole Sn ? Celui-ci provient de son appellation latine stannum, connectée à l’indo-européen stag qui signifie couler. Et pour le mercure et son symbole Hg ? C’est moins évident, car Hg provient du grec [hydrargyros], de [hydôr] = eau, et [argyros] = argent. Le mercure possède de nombreuses appellations, dont celle empruntée au dieu romain des marchands aux pieds ailés Mercurius, en lien avec la mobilité de ce métal liquide, mais aussi le dérivé anglo-saxon quicksilver, dont le préfixe quick provient de langues germaniques anciennes et signifie « vivant ». Le fer, connu depuis plus de 7 000 ans (Âge du Fer), provient du latin ferrum. Cependant, plus de 15 racines européennes et indo-européennes ont été recensées, ayant notamment donné l’anglais iron, et au moins 213 mots dans plus de 100 langues différentes.

XIIIe – XVIIe siècles

L’arsenic, identifié en 1250 par Magnus, est nommé à partir de l’arabe al-zarnīkh signifiant « doré », en référence au minerai orpiment utilisé comme pigment par les anciens. Au XVe siècle, l’antimoine métallique est décrit pour la première fois par Agricola. En Égypte ancienne, le terme sdm désignait le sulfure d’antimoine utilisé comme fard à paupières. Ce terme donna le nom latin stibium à l’origine du symbole Sb. La désignation arabe al-ithmīd qui fut latinisée conduisit à antimonium. Diverses étymologies fantaisistes ont été attribuées a posteriori à l’antimoine, comme le grec [anti + monos], traduit par « ennemi de la solitude » car cet élément aurait toujours été trouvé avec d’autres métaux ; ou encore 400 ans trop tard, [anti + monachus], « contre les moines » car au Moyen-Âge il rendait malade les moines auxquels l’alchimiste Valentin l’aurait administré. En 1526, le zinc fut découvert par Paracelsus. Son nom provient du haut-germanique zinke = dent, en lien avec sa forme à la sortie des fourneaux. La découverte du phosphore en 1669 par Brand posa de nombreux problèmes d’identification. Ce nom, qui provient du grec [phôs] = lumière, [ferô] = je porte, a été attribué tout d’abord au phosphore blanc phosphorescent en présence d’oxygène, mais aussi à toutes les substances luminescentes : la pierre de Bologne (sulfure de baryum), le phosphore d’Homberg (chlorure de calcium), de John Canton (sulfure de calcium) et de Baldwin (nitrate de calcium).

En 1700, on connaissait seulement 13 éléments, à savoir : C, S, Fe, Cu, Ag, Sn, Sb, Au, Hg, Pb, As, Zn, et P. Pourquoi ceux-ci ? Ce sont essentiellement des corps faciles à obtenir ou même existant à l’état natif (minerais purs). Depuis 1770 environ, les découvertes se sont alors succédées à un rythme à peu près régulier. Mais surtout, c’est la révolution de la chimie qui s’est amorcée : Sir Robert Boyle, avant 1700, a montré par un très gros travail que les gaz « existent », qu’on peut les peser. C’est le début de la fin pour la théorie des quatre éléments (Terre, Air, Feu, Eau). Lavoisier systématise l’utilisation de la balance : c’est la chimie quantitative qui démarre et va permettre de nombreuses découvertes. Au fait, il n’a découvert aucun élément !

XVIIIe siècle : des mythes à la science

Les croyances et les mythes populaires ont beaucoup contribué à l’appellation de certains éléments. Ainsi, pouvez-vous imaginer quel métal a un nom qui signifie « gobelin » ? Il s’agit du cobalt, découvert en 1737, dont le nom provient de l’allemand kobold. Il désigne les lutins des mines dans les légendes germaniques, qui empêchaient la production de ce métal par le procédé de production usuel. De même, le nickel isolé en 1751 par Cronstedt, tire son nom de l’allemand kupfernickel, signifiant « cuivre du diable » (de kupfer = cuivre, et nickel = démon), qui empêchait par un mauvais sort d’extraire le cuivre du minerai. En fait, ce n’était pas un minerai de cuivre, mais bien de nickel. Le magnésium n’est pas magnétique me direz-vous ! Pourtant l’origine de ces deux mots est commune. Découvert en 1755 par Black, le magnésium doit son nom au grec [Magnèsia], préfecture de la Thessalie en Grèce, d’où l’on extrayait la magnésie (carbonate de magnésium), mais où de grandes quantités de minerais d’oxydes de fer étaient aussi présentes, magnétisant ainsi les minerais de magnésium. Par ailleurs, le manganèse découvert par Gahn en 1774 emprunte aussi son nom aux pierres de Magnésie, dans lesquelles il était abondamment présent. Les deux éléments magnésium et manganèse ont par ailleurs très souvent été confondus.

Le XVIIIe siècle, c’est aussi la découverte des premiers éléments gazeux. Peu après l’hydrogène (1766), un autre gaz fut découvert en 1772, par Rutherford. Du préfixe privatif grec a = sans et [zôè] = vie, l’azote fait référence à l’asphyxie qu’il provoque. Le nom ne convenant pas à tout le monde, Chaptal proposa en 1790 le nom nitrogène, du grec [nitron] = nitre, ici dans l’acception salpêtre, et [geinomai] = engendrer, car l’azote de l’air se retrouve dans du salpêtre. Cette appellation donna tous les dérivés français de racine nitr- (nitrate, nitrite, nitro…), ainsi que la désignation anglo-saxone nitrogen et bien sûr le symbole N. En 1774, l’oxygène découvert par Joseph Priestley doit son nom à une erreur : Lavoisier choisît les mots grecs [oxys] = acide + [geinomai] = engendrer, car il pensait que cet élément était indispensable pour donner lieu à la formation d’un acide. Un autre gaz, le chlore, découvert la même année par Carl Wilhelm Scheele, provient du grec [chlôros] = jaune verdâtre, en lien avec la couleur de ce gaz.

Parmi les subtilités de l’étymologie des éléments, il existe un élément qui doit son nom à un autre élément : il s’agit du molybdène découvert par le même Scheele en 1778, qui vient du grec [molybdos], désignant le plomb ! En effet, la molybdénite, un minerai opaque et noir, a longtemps été confondue avec celui de plomb. Dans la série des symboles particuliers, savez-vous d’où vient le W représentant le tungstène ? Alors que le mot tungstène provient du suédois tung sten, « pierre lourde », rappelant la grande densité du minerai scheelite dans lequel on a trouvé cet élément en 1773, le W réfère à un autre minerai nommé wolframite, et signifiant « bave de loup » ! En 1556 Agricola observait ainsi que ce minerai présent lors de la préparation de l’étain engloutissait ce dernier, comme les loups qui engloutissent leur proie. Le nom wolfram est recommandé par l’UICPA, mais le terme tungstène reste très utilisé.

En 1782, le tellure fut identifié par Freiherr von Reichenstein, qui le nomma du latin Tellus, déesse romaine de la Terre. Puis en 1789, l’uranium découvert par Klaproth reçut son nom d’après la planète Uranus afin de célébrer le grand événement astronomique qu’a constitué la découverte, intervenue 8 ans auparavant, de cette planète. Uranus a reçu ce nom par référence au dieu grec du ciel Ouranos, père des Titans, et qui forme avec Gaïa déesse grecque de la Terre, le couple divin le plus ancien. C’est ainsi qu’en 1797 le titane, découvert aussi par Klaproth, reçu ensuite son nom des Titans de la mythologie grecque, et non pas en référence à ses propriétés de dureté extrême.

Les couleurs ont aussi donné leur lot de dénominations, puisqu’en 1789 le zirconium découvert par Klaproth provient de l’arabe zarkûn, « couleur or » du minerai zircon. En 1794, le chrome, découvert par Vauquelin, doit son nom du grec [chrôma] = couleur, en référence aux nombreuses couleurs des composés à base de chrome. En 1798, Vauquelin découvrit un nouvel élément en étudiant des béryls et émeraudes, qu’il appela glucinium, symbole Gi, du grec [glykys] = sucré, en référence, mais oui, au goût de cet élément ! Vous aurez peut-être deviné quel nom lui est attribué aujourd’hui : il s’agit du béryllium, extrêmement toxique ! En effet, notant que les minerais d’yttrium découverts peu avant avaient aussi un goût sucré, Klaproth proposa l’appellation béryllium du grec [bèryllos] = béryl, faisant référence à l’émeraude. Ce n’est qu’en 1949 que l’UICPA confirma le nom béryllium, le plus utilisé.

Dans des élans de nationalisme exacerbé, les localisations géographiques ont aussi beaucoup servi d’inspiration à la désignation des nouveaux éléments. Ainsi en 1793, le strontium découvert par Klaproth doit son nom à la ville écossaise Strontian. La fin du XVIIIe siècle a notamment vu la découverte de plusieurs terres rares en Suède, près de la ville d’Ytterby. Gadolin en étudiant le minerai d’Yttria, la pierre noire d’Ytterby, montra qu’elle était composée à 38 % de nouveaux éléments sous formes de mélanges d’oxydes. En 1843 Mosander sépara l’yttrium, l’erbium et le terbium. Le siècle suivant, dix nouveaux éléments furent trouvés dans l’Yttria de Gadolin, dont l’ytterbium, mais aussi l’holmium, nommé d’après la ville de Stockholm (anciennement Holmia), le scandium et le thulium, nommés d’après la Scandinavie. Les autres éléments furent le gadolinium en 1880 en hommage à Gadolin, le dysprosium (1886, du grec [dysprositos] = difficile à obtenir), et le lutécium découvert par le parisien Urbain en 1907. Tous ces éléments chimiques sont aujourd’hui principalement utilisés dans l’industrie électronique, notamment dans les technologies d’écran de télévision.

Dans le prochain épisode : les XIXe siècle (de l’électrolyse à la spectroscopie) et XXe siècle (l’avènement de la radioactivité).

Références 

1. LLNL April 2010 News Release ; Physical Review Letters, April 9, 2010 

2. http://www.vanderkrogt.net/elements/multidict.html, en anglais mais extrêmement complet, pour ceux qui veulent en savoir plus.