Gerhard Herzberg

Chimie physique

A remporté le Prix Nobel de Chimie en 1971 pour son utilisation de la spectroscopie afin de découvrir la géométrie interne et les états énergétiques dans les molécules simples, et plus particulièrement la structure et les caractéristiques des radicaux libres.

"Vous ne devriez pas faire de la science juste pour gagner de l’argent — faites de la science pour améliorer la culture humaine, et la connaissance. La vie doit avoir un but plus élevé que de juste survivre."

Herzberg était physicien mais ses découvertes sont aussi importantes pour les chimistes, car elles concernent la géométrie interne et les états énergétiques des molécules. Rappelez-vous : au moment de la naissance de Herzberg, le concept d’électron commençait tout juste à faire son apparition. Lorsqu’il termina ses études universitaires on n’avait toujours pas découvert comment les atomes se combinent pour former des molécules ; toutes ces théories étaient nouvelles et très peu de choses avaient encore été prouvées.

 

En essayant de démontrer toutes ces idées excitantes, Herzberg devint un pionnier dans le domaine de la spectroscopie moléculaire, l’étude de la façon dont les atomes et les molécules émettent ou absorbent la lumière. En analysant des spectrogrammes — une espèce de photographie montrant comment une molécule émet et absorbe de la lumière  — il put apprendre beaucoup sur les molécules. En mesurant par exemple la distance entre les lignes d’un spectrogramme et en comptant combien de lignes il y avait, il fut capable d’appliquer certaines formules mathématiques qui décrivent les niveaux d'énergie et les locations probables des électrons dans la molécule. Tout ceci fut très utile aux chimistes, car ces connaissances nouvelles les aidaient à imaginer de nouvelles manières de combiner les produits chimiques afin de créer des substances nouvelles. 

Une fois que le spectre d’une molécule est connu, les astronomes peuvent également l’utiliser afin de caractériser la composition des étoiles lointaines et des nébuleuses, en pointant vers elles des spectrographes par l’intermédiaire de télescopes. C’est pratique si vous souhaitez savoir de quoi sont faites les étoiles, c’est aussi une manière d’apprendre ce qui se trouve dans l’espace, à des millions d’années lumières, sans devoir faire un voyage d'une longueur impossible pour visiter un endroit et y prélever des échantillons. C'est une des choses qui intéressaient véritablement Herzberg, car cela le rapprochait de son amour de jeunesse pour l'astronomie.

Un spectrogramme est réalisé à l’aide d’un appareil appelé spectrographe. L’appareil capture un rayon de lumière qui est créé par combustion du produit chimique particulier que l’on souhaite étudier. La lumière est concentrée par une lentille, puis passée au travers d'un prisme et décomposée dans les différentes parties qui la composent, comme un arc-en-ciel. Mais cet arc-en-ciel est très précis et apparaît sous la forme de lignes verticales claires et sombres qu’il est possible de mesurer.

Un spectrogramme est une longue feuille de verre recouverte de produits chimiques photographiques. Une fois exposées dans un spectrographe et développées, les feuilles portent des lignes verticales sombres. En mesurant l’espacement et l’épaisseur des lignes, les physiciens peuvent appliquer des formules mathématiques et déterminer certains des états d’énergie des molécules dont la lumière a produit le spectrogramme.

La distance entre les lignes les plus larges du spectre est proportionnelle à l’énergie « vibrationnelle » de la molécule. Les petits groupes de lignes concentrés autour des lignes principales représentent l’énergie “rationnelle” de la molécule. Ces lignes et leurs relations mathématiques sont appelées lignes de Balmer, d’après le nom du professeur de lycée suisse qui les a étudiées en 1885.

Le méthylène (CH2) est un radical libre, ce qui signifie qu’il possède une paire d’électrons supplémentaire qu’il essaye de partager avec une autre molécule. Ces électrons supplémentaires rendent le radical libre très réactif, ce qui signifie qu’il s’associera très vite, habituellement en quelques millionièmes de secondes, avec une autre molécule.


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MYSTèRE

Bien que cela puisse paraître bizarre Herzberg aimait, à la fin de sa vie, rappeler aux gens qu'ils ne devraient pas faire de la science afin de faire quelque chose d'utile. « Je ne l’ai pas fait pour être utile, » disait-il. « Les scientifiques se demandent comment certaines choses fonctionnent, ils essayent sans cesse de comprendre comment et pourquoi. Ils ne sont pas intéressés par les applications utiles de leurs recherches, car ils ne peuvent pas les voir. Si vous faites de la science pour faire quelque chose d’utile, alors vos chances de vraiment découvrir quelque chose d’utile sont bien moindres que si vous vous concentrez pour essayer de découvrir quelque chose d’essentiel. » D’après Herzberg, un vrai scientifique essaye des comprendre les mystères de la nature dans le seul but de faire avancer la connaissance humaine. L’utilité de cette connaissance devient évidente d'elle-même, une fois découverte. Des exemples primordiaux sont les rayons X et les rayons lasers, tous les deux ont été découverts par des physiciens qui n’avaient aucune idée à quel point leurs découvertes deviendraient utiles plus tard.

Pour continuer l’exploration

Gerhard Herzberg, Atomic Spectra and Atomic Structure, Dover, 1944.

J. Michael Hollas, Basic Atomic and Molecular Spectroscopy, Wiley-RSC, 2002.

Boris Stoicheff, Gerhard Herzberg: An Illustrious Life in Science, NRC Press, McGill-Queen’s University Press, 2003.

An introduction to spectroscopy on the NASA Goddard Space Flight Center website.

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