Chimie inorganique
La chimie moderne, qui date plus ou moins de l’acceptation de la loi de conservation de la masse à la fin du XVIIIe siècle, s’est d’abord concentrée sur les substances qui ne sont pas associées à des organismes vivants. L’étude de ces substances, qui contiennent normalement peu ou pas de carbone, constitue la discipline de la chimie inorganique. Les premiers travaux ont cherché à identifier les substances simples – à savoir les éléments – qui sont les constituants de toutes les substances plus complexes. Certains éléments, comme l’or et le carbone, sont connus depuis l’Antiquité, et de nombreux autres ont été découverts et étudiés au cours du 19e et du début du 20e siècle. Aujourd’hui, on en connaît plus de 100. L’étude de composés inorganiques aussi simples que le chlorure de sodium (le sel commun) a conduit à certains des concepts fondamentaux de la chimie moderne, la loi des proportions définies en étant un exemple notable. Cette loi stipule que pour la plupart des substances chimiques pures, les éléments constitutifs sont toujours présents dans des proportions fixes en masse (par exemple, chaque 100 grammes de sel contient 39,3 grammes de sodium et 60,7 grammes de chlore). La forme cristalline du sel, appelée halite, est constituée d’atomes de sodium et de chlore entremêlés, un atome de sodium pour chaque atome de chlore. Un tel composé, formé uniquement par la combinaison de deux éléments, est connu sous le nom de composé binaire. Les composés binaires sont très courants en chimie inorganique, et ils présentent une faible variété structurelle. C’est pourquoi le nombre de composés inorganiques est limité, malgré le grand nombre d’éléments qui peuvent réagir entre eux. Si trois éléments ou plus sont combinés dans une substance, les possibilités structurelles deviennent plus grandes.
Après une période de quiescence au début du 20e siècle, la chimie inorganique est redevenue un domaine de recherche passionnant. Les composés du bore et de l’hydrogène, connus sous le nom de boranes, présentent des caractéristiques structurelles uniques qui ont forcé un changement dans la réflexion sur l’architecture des molécules inorganiques. Certaines substances inorganiques présentent des caractéristiques structurelles que l’on a longtemps cru n’exister que dans les composés du carbone, et quelques polymères inorganiques ont même été produits. Les céramiques sont des matériaux composés d’éléments inorganiques combinés à de l’oxygène. Depuis des siècles, les objets en céramique sont fabriqués en chauffant fortement un récipient formé d’une pâte de minéraux en poudre. Bien que les céramiques soient assez dures et stables à très haute température, elles sont généralement fragiles. Actuellement, de nouvelles céramiques suffisamment solides pour être utilisées comme aubes de turbine dans les moteurs à réaction sont en cours de fabrication. On espère que les céramiques remplaceront un jour l’acier dans les composants des moteurs à combustion interne. En 1987, une céramique contenant de l’yttrium, du baryum, du cuivre et de l’oxygène, dont la formule approximative est YBa2Cu3O7, s’est révélée être un supraconducteur à une température d’environ 100 K. Un supraconducteur n’offre aucune résistance au passage d’un courant électrique, et ce nouveau type de céramique pourrait très bien trouver une large utilisation dans les applications électriques et magnétiques. Une céramique supraconductrice est si simple à fabriquer qu’elle peut être préparée dans un laboratoire de lycée. Sa découverte illustre l’imprévisibilité de la chimie, car des découvertes fondamentales peuvent encore être faites avec un équipement simple et des matériaux peu coûteux.
Plusieurs des développements les plus intéressants de la chimie inorganique comblent le fossé avec d’autres disciplines. La chimie organométallique étudie les composés qui contiennent des éléments inorganiques combinés à des unités riches en carbone. De nombreux composés organométalliques jouent un rôle important dans la chimie industrielle en tant que catalyseurs, c’est-à-dire des substances capables d’accélérer la vitesse d’une réaction même si elles ne sont présentes qu’en très petites quantités. L’utilisation de ces catalyseurs pour convertir le gaz naturel en substances chimiques apparentées mais plus utiles a connu un certain succès. Les chimistes ont également créé de grandes molécules inorganiques qui contiennent un noyau d’atomes de métal, comme le platine, entouré d’une enveloppe de différentes unités chimiques. Certains de ces composés, appelés « amas métalliques », présentent les caractéristiques des métaux, tandis que d’autres réagissent de manière similaire aux systèmes biologiques. Des quantités infimes de métaux dans les systèmes biologiques sont essentielles pour des processus tels que la respiration, la fonction nerveuse et le métabolisme cellulaire. Les processus de ce type constituent l’objet d’étude de la chimie bioinorganique. Si l’on pensait autrefois que les molécules organiques étaient la caractéristique chimique distinctive des êtres vivants, on sait aujourd’hui que la chimie inorganique joue également un rôle essentiel.