Comprendre la chimie...

C'est souvent confondu dans le langage courant alors je prends le temps de faire la différence entre dilution, dissolution et même fusion.

Que ce soit clair, personne ne fait fondre du sel dans une casserole d'eau pour faire cuire des nouilles, comme je l'ai souvent entendu.

Faire fondre quelque chose, ça consiste à le faire passer de l'état solide à l'état liquide, sans rien y ajouter, et encore moins en le jetant dans un quelconque autre liquide. Bon courage pour faire fondre du sel de table : il faut atteindre environ 1400°C...

Lorsqu'un solide est introduit dans un liquide et y disparaît complètement (c'est-à-dire qu'à la fin on a un liquide clair, sans suspension solide), on appelle ça une dissolution. C'est le cas du sel dans l'eau des nouilles

On procède à une dilution lorsqu'on a déjà une solution à base d'un solvant, dans lequel se trouve d'autres espèces chimiques (dissoutes, mélangées, c'est selon le cas) à une concentration donnée, et lorsqu'on diminue cette concentration en rajoutant du solvant pur à cette solution. On peut ainsi diluer de l'eau trop salée en y rajoutant de l'eau douce...

Accessoirement, on appelle suspension un liquide contenant des grains solides flottant dans la solution.

Un truc assez bien connu par les profanes, somme toute. Je vais en livrer une petite explication assez qualitative, sans mathématiques.

J'avais parlé ici de la notion d'isotope, et un peu ici de l'élément carbone. Pour rappel :

- carbone 12, comportant six protons et six neutrons, est le plus courant et le plus stable, 98,8%.
- carbone 13, comportant six protons et sept neutrons, stable également, environ 1,1%
- carbone 14, comportant six protons et 8 neutrons, instable, se désintégrant de la manière suivante.
- carbone 11, comportant cinq neutrons et  six protons, également instable.

(l'image je l'ai piquée, cliquez pour la source)

Cette radioactivité est dite de type beta moins. L'atome d'azote correspondant est stable.

Le carbone 14 existe encore car il est produit par bombardement de neutrons (apporté par les rayons cosmiques) d'atomes d'azote 14 (les plus courants) dans la haute atmosphère.

 
Résultat des courses, on considère qu'on a une quantité dans la nature de carbone 14 quasi constante au cours du temps, équivalente à environ un millième de milliardième de carbone 12.

Ce ratio est le même dans un organisme vivant, et ce à chaque instant de sa vie, étant donné que les atomes se renouvellent continuellement suite aux échanges avec le milieu extérieur (respiration, alimentation, etc.). En revanche, dès qu'il meurt, la mécanique s'arrête et les atomes commencent à se désintégrer sans être remplacés.
On sait qu'il faut environ 5730 ans (le chiffre est normalement plus précis mais pas connu de moi) pour que la moitié des atomes de C 14 contenus dans l'organisme disparaissent. A comparer avec les 21 minutes du carbone 11... (Un jour je vous parlerai plus précisément de la notion de demi-vie des radioisotopes, mais sachez juste pour l'instant que ce temps est vraiment caractéristique de chaque isotope instable)
Bref, en mesurant la quantité d'atomes de C 14 présents dans l'organisme au moment de la mesure, en la comparant à la quantité qu'il comportait vivant (calculable), on peut déterminer par un calcul assez simple le nombre d'années écoulées depuis sa mort.

Cette méthode comporte bien sûr des erreurs car admet comme vraies beaucoup d'approximations. Elle n'est pas utilisable pour des phénomènes remontant à l'époque de la disparition des dinosaures (35000 ans est un grand maximum d'ancienneté pour des résultats à peu près fiables) et considérer qu'on a toujours eu la même quantité de carbone 14 sur la planète est une erreur, particulièrement depuis qu'on a commencé à mener des essais nucléaires, et même déjà avant, par des caprices cosmiques qui ne sont pas de mon ressort.

Elle permet quand même d'identifier sans risques des cadavres du 19è siècle déguisés en momies d'avant Jésus-Christ.

Phénomène dont à peu près tout le monde a entendu parler.

Raaah à cause du réchauffement climatique / de la pollution / de l’industrie blablabla on va mourir, les UV arrivent sur terre à cause du trou de la couche d’ozone… (Je caricature à peine, et pourtant je ne nie pas les problèmes, au contraire) (En passant, les politiques vous parlant des milliers de morts de Seveso ne savent souvent pas de quoi ils parlent ; il n’y a pas eu de mort sur le coup à Seveso, contrairement à Bophal ou Tchernobyl – par contre, des maladies et malformations, ça oui, mais c’est moins facile à chiffrer tout de suite)

Alors déjà, l’ozone, c’est quoi ?

C’est tout simplement du trioxygène (O₃), qui est formé à partir de dioxygène (O₂, celui qui nous est essentiel) et peut être détruit par un certain nombre de composés en redonnant du dioxygène. Je ferai quelque chose de plus détaillé plus tard, mais sachez que l’ozone est présent naturellement dans l’atmosphère, à concentration à peu près fixe, et a la particularité d’absorber une grande partie des UV que le soleil nous fait parvenir, ce qui nous évite beaucoup de cancers de la peau notamment.

La couche d’ozone (ou « bon » ozone), contenant 90% de l’ozone atmosphérique, se trouve dans la stratosphère, à environ 20 km d’altitude, et doit être épaisse d’environ 1mm (ramenée au niveau du sol, la même quantité ferait une couverture de 3mm, et c’est de cette longueur, qui est la norme, qu’on parlera par la suite). Les 10% restants sont du « mauvais » ozone, qui se trouve à portée de notre respiration (dans la troposphère, c’est donc de l’ozone troposphérique), ce qui n’est pas idéal vu qu’il est toxique. Les pics de pollution sont souvent associés à une quantité trop importante d’ozone, entre autres.

Pendant la seconde guerre, on a commencé à produire des Chlorofluorocarbures, plus connus sous le nom de CFC, ou fréons : ça avait un tas de particularités intéressantes (non toxique, ininflammable), et ça servait de fluide réfrigérant pour les frigos, et de propulseur dans les bombes aérosol.

En 1974, un article dans la revue scientifique Nature a fait beaucoup de bruit : à partir de calculs, il démontrait la dangerosité des fréons pour la couche d’ozone. Tous les scientifiques n’y ont pas cru, mais sur quelques années, les aérosols ont été largement boycottés par le public, avant que ledit public n’oublie… Ce sont les débuts des débats sur le trou de la couche d’ozone.

En 1978, est envoyé un satellite américain dédié à la mesure de l’ozone total (stratosphérique + troposphérique) ; les données qu’il envoie permettent d’établir… qu’il ne se passe rien. Le satellite ne remarque aucune baisse notable de la quantité d’ozone dans l’atmosphère.

Cependant, les stations au sol contredisent le satellite, tant et si bien qu’en 1985, après avoir été refusée plusieurs fois, une publication apparaît dans la même revue, selon laquelle un trou dans la couche d’ozone apparaît au-dessus du continent Antarctique : on découvre alors que les données le démontrant étaient bien dans le satellite, mais rejetées par le programme comme aberrante, car la variation de la quantité d’ozone était beaucoup plus brutale que ce que supposaient les scientifiques. D’où l’erreur énorme d’interprétation.

Le résultat finalement reconnu est donc le suivant :

Au mois d’octobre, au-dessus de l’Antarctique, l’épaisseur de la couche d’ozone est réduite à un tiers de la normale.

De nouvelles mesures plus précises révèlent que ce phénomène commence en septembre, et qu’il se résorbe en novembre. La taille varie d’une année sur l’autre, mais il a quand même tendance à s’agrandir.

Comment expliquer ceci chimiquement ? (attention, niveau 2 voire 3 minimum, en-dessous ça risque d’être un peu pas clair, désolée)

Les scientifiques Chapman et Grutzen (le second complétant le travail du premier beaucoup plus tard) ont établi un cycle de l’ozone dans la stratosphère.

Réaction de formation (faut bien) :

Dissociation de l’oxygène par les rayons UV : O₂ + hn (l < 240 nm) --> O + O

NB : (raah, Overblog déconne, pas merci hein, le n devrait apparaît sous forme de la lettre grecque "nu" mais non) hn désigne en général un rayonnement lumineux (ça vient du travail de Max Planck, j’en parlerai une autre fois). Il faut savoir qu’en général, plus la longueur d’onde (l) est petite, plus l’énergie apportée par le rayonnement est importante ; et que la totalité des réactions physicochimiques ont besoin d’un minimum d’énergie pour avoir lieu, d’où la condition sur la longueur d’onde.

Réaction des atomes avec du dioxygène (M c’est tout ce qu’on veut, je sais pas pourquoi mais si on isole les réactifs du reste ça ne marche pas apparemment) : O₂ + O + M --> O + M

En contrepartie, O₃ est aussi détruit (faut aussi, sinon y aurait plus que ça dans l'atmosphère) selon les réactions :

 O₃ + hn (l < 310 nm) --> O₂ + O

 O₃ + O --> 2 O₂

Et aussi avec l’intervention du dioxyde d’azote :

NO₂ + O --> 2 NO

O₃ + NO --> NO₂ + O₂

NO₂ + O + hn  --> O₂ + O

Tout ça ça se fait naturellement, et cette compétition permanente donne une quantité d’ozone constante dans l’atmosphère. La nature est un équilibre.

Ajoutons-y maintenant l’influence des fréons :

Ca commence avec la coupure des liaisons carbone-chlore des fréons, qui libèrent du chlore atomique et super réactif dans l’atmosphère.

Cl + O₃ --> ClO + O₂

ClO + O --> Cl + O₂

Notez la réapparition du chlore libre à la fin de la réaction, qui lui permet de la recommencer et de nuire encore plus ! (En chimie on appelle ça un catalyseur) Heureusement, il est possible de le neutraliser ainsi :

ClO + NO₂ --> ClONO₂ (nitrate de chlore, Cl est stocké et inactif)

Voilà, maintenant on sait comment la quantité d’ozone diminue à cause du chlore. Maintenant, pourquoi en octobre, et encore aujourd’hui alors que la production a quasiment cessé ?

Eh bien voilà :

Au mois de juillet, c’est l’hiver au pôle Sud. La pression et la température de la stratosphère au-dessus du pôle Sud (beaucoup moins ailleurs, pour raison de température plus élevées) conviennent tout juste à la solidification de la rare vapeur d’eau en glace (pas de liquide en-dessous d’une certaines pression pour tous les composés, et l’eau ne fait pas exception). Cela forme des nuages polaires.

NB : la présence d’acide nitrique (HNO₃), en plus, dans l’atmosphère, permet de former ces nuages à température plus haute (-89 °C vs -91°C), et donc de détruire un peu plus l’ozone…

 Ces nuages permettent une réaction supplémentaire, qui « déstocke » le chlore :

ClONO₂ + H₂O --> HOCl + HNO₃

Et, en septembre, quand arrive le printemps qui fait fondre la glace et amène la lumière :

HOCl + hn  -->HO + Cl

Et deux destructeurs d’ozone pour le prix d’un ! (Le premier sera cependant moins dangereux car non catalyseur)

Donc en octobre, avant d’être neutralisés par NO₂, Cl démolit pas mal d’ozone, d’où l’affinement de la couche.

Au pôle Nord, le phénomène existe aussi, mais bien moindre car les températures sont plus élevées. En général, d’ailleurs, l’ampleur du phénomène varie tous les ans selon les conditions climatiques.

Aujourd’hui, dans l’industrie, la quasi-totalité des CFC ont disparu, remplacés par d’autres composés beaucoup moins dangereux pour la couche d’ozone, mais beaucoup plus nuisibles, pas de chance, en termes de réchauffement climatique. On ne peut pas tout avoir.