Le chimiste anglais Joseph Priestley découvre l’oxygène en l’isolant à l’état gazeux
Joseph Priestley (1733-1804) isola un grand nombre de gaz, dont l’ammoniac, l’oxyde d’azote, le dioxyde de soufre et le monoxyde de carbone mais sa principale découverte fut l’oxygène.
Lorsque Joseph Priestley a découvert l’oxygène en 1774, il a répondu à des questions séculaires sur le pourquoi et le comment des choses brûlent. Anglais de naissance, Priestley était profondément impliqué dans la politique et la religion, ainsi que dans la science. Lorsque son soutien vocal aux révolutions américaine et française rendit dangereux de rester dans son pays natal, Priestley quitta l’Angleterre en 1794 et poursuivit son travail en Amérique jusqu’à sa mort.
Il y a environ 2 500 ans, les anciens Grecs identifiaient l’air – avec la terre, le feu et l’eau – comme l’un des quatre composants élémentaires de la création. Cette notion peut sembler charmante et primitive maintenant. Mais cela avait un excellent sens à l’époque, et il y avait si peu de raisons de le contester que l’idée a persisté jusqu’à la fin du XVIIIe siècle. Cela aurait pu durer encore plus longtemps s’il n’y avait pas eu un chimiste anglais libre-penseur et théologien non-conformiste nommé Joseph Priestley. 
Priestley était extrêmement productif dans la recherche et largement connu en philosophie. Il a inventé l’eau gazeuse et la gomme en caoutchouc, a identifié une douzaine de composés chimiques clés et a écrit un premier article important sur l’électricité. Ses écrits religieux peu orthodoxes et son soutien aux révolutions américaine et française ont tellement enragé ses compatriotes qu’il a été contraint de fuir l’Angleterre en 1794. Il s’est installé en Pennsylvanie, où il a poursuivi ses recherches jusqu’à sa mort.
Le monde se souvient le mieux de Priestley comme l’homme qui a découvert l’oxygène, l’ingrédient actif de l’atmosphère de notre planète. Ce faisant, il a contribué à détrôner une idée qui a dominé la science pendant 23 siècles ininterrompus : peu de concepts « ont une plus grande emprise sur l’esprit », écrivait-il, que l’air « est une simple substance élémentaire, indestructible et inaltérable ».
Dans une série d’expériences culminant en 1774, Priestley découvrit que « l’air n’est pas une substance élémentaire, mais une composition », ou un mélange, de gaz. Parmi eux se trouvait le gaz incolore et hautement réactif qu’il appelait « l’air déphlogistiqué », auquel le grand chimiste français Antoine Lavoisier allait bientôt donner le nom d’« oxygène ».
Il est difficile d’exagérer l’importance de la révélation de Priestley. Les scientifiques reconnaissent maintenant 92 éléments naturels, dont l’azote et l’oxygène, les principaux composants de l’air. Ils représentent respectivement 78 et 21 % de l’atmosphère.
Comprendre la composition de l’air
Au milieu du XVIIIe siècle, la notion d’élément est encore en évolution. Les chercheurs n’avaient pas distingué plus d’une vingtaine d’éléments, selon qui effectuait le comptage. Il n’était pas clair comment l’air s’intégrait dans ce système. Personne ne savait ce que c’était, et les chercheurs ont continué à découvrir qu’il pouvait être converti en une telle variété de formes qu’ils parlaient régulièrement de différents « airs ».
La principale méthode pour modifier la nature de l’air, apprenaient les premiers chimistes, était de chauffer ou de brûler un composé qu’il contenait. La seconde moitié des années 1700 a vu une explosion d’intérêt pour ces gaz. La machine à vapeur était en train de transformer la civilisation et les scientifiques de tous horizons étaient fascinés par la combustion et le rôle de l’air dans celle-ci.
Enfin en 1772, Daniel Rutherford découvrit que lorsqu’il brûlait de la matière dans une cloche de verre, puis absorbait tout l’air « fixe » en l’imbibant d’une substance appelée potasse, il restait un gaz. Rutherford l’a surnommé « l’air nocif » parce qu’il asphyxiait les souris qui y étaient placées. Aujourd’hui, nous l’appelons l’azote.
Mais aucune de ces révélations ne raconte à elle seule toute l’histoire. La prochaine découverte majeure viendrait d’un homme dont la jeunesse n’indiquait pas qu’il deviendrait l’un des plus grands chimistes expérimentaux de l’histoire.
Oxygène et autres découvertes en Angleterre
Joseph Priestley est né dans le Yorkshire, fils aîné d’un fabricant de draps de laine. Sa mère est morte après avoir porté six enfants en six ans. Le jeune Joseph fut envoyé vivre avec sa tante, Sarah Priestley Keighley, jusqu’à l’âge de 19 ans. Elle recevait souvent des membres du clergé presbytérien chez elle, et Joseph en vint progressivement à préférer leurs doctrines au calvinisme plus sombre de son père. Avant longtemps, il a été encouragé à étudier pour le ministère. Et il s’est avéré que l’étude était quelque chose que Joseph Priestley faisait très bien.
Outre ce qu’il a appris dans les écoles locales, il a appris seul le latin, le grec, le français, l’italien, l’allemand et quelques langues du Moyen-Orient, ainsi que les mathématiques et la philosophie. Cette préparation aurait été idéale pour étudier à Oxford ou à Cambridge, mais en tant que dissident (quelqu’un qui n’était pas membre de l’Église d’Angleterre), Priestley était exclu des grandes universités anglaises. Il s’est donc inscrit à la Daventry Academy, une célèbre école pour dissidents, et a été exempté d’une année de cours en raison de ses réalisations.
Après avoir obtenu son diplôme, il subvenait à ses besoins, comme il le ferait pour le reste de sa vie, en enseignant, en donnant des cours particuliers et en prêchant. Son premier poste d’enseignant à temps plein était à la Dissenting Academy de Warrington. (Bien qu’évidemment brillant, original, franc et, selon un rapport, « d’un tempérament gai et aéré », Priestley avait une voix désagréable et une sorte de bégaiement. Le fait qu’il gagnait sa vie grâce à des conférences et des sermons est une preuve supplémentaire de sa nature extraordinaire. .)
En 1762, il fut ordonné prêtre et épousa Mary Wilkinson, la fille d’un éminent propriétaire de forges. Elle était, a-t-il noté, « d’une excellente compréhension, très améliorée par la lecture, d’une grande force d’âme et d’une grande force d’esprit, et d’un tempérament au plus haut degré affectueux et généreux ; se sentant fortement pour les autres et peu pour elle-même ».
Priestley se rend régulièrement à Londres et fait la connaissance de nombreux hommes de science et de pensée indépendante, dont un américain ingénieux du nom de Benjamin Franklin, qui devient un ami de toujours. Franklin a encouragé Priestley dans ses recherches, dont l’un des résultats était The History and Present State of Electricity. Pour ce travail et sa réputation grandissante d’expérimentateur, Priestley a été nommé membre de la Royal Society en 1766.
Le livre d’histoire était trop difficile pour un public populaire et Priestley a décidé d’en écrire un plus accessible. Mais il ne trouva personne pour créer les illustrations nécessaires. Ainsi, de manière typique, il a appris seul le dessin en perspective. En cours de route, il a commis de nombreuses erreurs et a découvert que le caoutchouc indien effacerait les lignes de crayon à mine – un fait qu’il a mentionné dans la préface.
À l’âge de 34 ans, Priestley était un membre bien établi et respecté de la communauté scientifique britannique. Cependant, il payait toujours le prix de sa non-conformité religieuse. Lorsque l’explorateur, le capitaine James Cook, se préparait pour son deuxième voyage, Priestley s’est vu offrir le poste de conseiller scientifique. Mais l’offre a été annulée sous la pression des autorités anglicanes qui ont protesté contre sa théologie, qui évoluait vers une position fortement unitaire qui niait la doctrine de la trinité.Rétrospectivement, l’affaire Cook a peut-être été pour le mieux. En 1773, le comte de Shelburne demanda à Priestley de servir comme une sorte de compagnon intellectuel, de tuteur pour la progéniture du comte et de bibliothécaire pour son domaine, Bowood House. La position a donné accès aux cercles sociaux et politiques que Priestley n’aurait jamais pu gagner par lui-même, tout en laissant suffisamment de temps libre pour la recherche qui lui aurait valu une place permanente dans l’histoire scientifique.
Il analysa systématiquement les propriétés de différents « airs » en utilisant l’appareil préféré de l’époque : un récipient inversé sur une plate-forme surélevée qui pouvait capturer les gaz produits par diverses expériences en dessous. Le récipient pourrait également être placé dans une piscine d’eau ou de mercure, le scellant efficacement, et un gaz testé pour voir s’il pourrait entretenir une flamme ou soutenir la vie.
Au cours de ces expériences, Priestley a fait une observation extrêmement importante. Une flamme s’est éteinte lorsqu’elle a été placée dans un bocal dans lequel une souris mourrait par manque d’air. Mettre une plante verte dans le bocal et l’exposer au soleil « rafraîchirait » l’air, permettant à une flamme de brûler et à une souris de respirer. Peut-être, écrit Priestley, « la blessure qui est continuellement faite par un si grand nombre d’animaux est, en partie au moins, réparée par la création végétale ». Ainsi, il a observé que les plantes libèrent de l’oxygène dans l’air – le processus que nous connaissons sous le nom de photosynthèse.
Le 1er août 1774, il réalise son expérience la plus célèbre. À l’aide d’une «lentille brûlante» en verre de 12 pouces de large, il a concentré la lumière du soleil sur un morceau d’oxyde mercurique rougeâtre dans un récipient en verre inversé placé dans une piscine de mercure. Le gaz émis, a-t-il découvert, était « cinq ou six fois aussi bon que l’air ordinaire ». Lors de tests successifs, il a provoqué une flamme brûlante intense et a maintenu une souris en vie environ quatre fois plus longtemps qu’une quantité d’air similaire.
Priestley a appelé sa découverte «l’air déphlogistiqué» sur la théorie selon laquelle il supportait si bien la combustion parce qu’il ne contenait pas de phlogistique et pouvait donc absorber la quantité maximale pendant la combustion. (L’année précédente, l’apothicaire suédois Carl Wilhelm Scheele a isolé le même gaz et a observé une réaction similaire. Scheele a appelé son matériau « air de feu ». Mais ses découvertes n’ont été publiées qu’en 1777.)
Quel que soit le nom du gaz, ses effets étaient remarquables. « La sensation dans mes poumons, écrivait Priestley, n’était pas sensiblement différente de celle de l’air ordinaire, mais j’imaginais que ma poitrine était particulièrement légère et facile pendant un certain temps après. Qui peut dire qu’avec le temps, ce pur l’air peut devenir un article à la mode dans le luxe. Jusqu’à présent, seules deux souris et moi avons eu le privilège de le respirer.
Religion et émigration vers l’Amérique
Par chance, Lord Shelburne partait en voyage sur le continent européen et emmenait Priestley avec lui. En France, Priestley a rencontré Lavoisier et a décrit sa découverte. Il s’est avéré que c’était l’indice dont Lavoisier avait besoin pour développer sa théorie des réactions chimiques – la « révolution » en chimie qui allait finalement dissiper la théorie du phlogistique. Les substances brûlantes, soutenait Lavoisier, ne dégageaient pas de phlogistique ; ils ont pris le gaz de Priestley, que Lavoisier appelait «oxygène» du mot grec pour fabricant d’acide.
À ce moment-là, cependant, Priestley était retourné en Angleterre, où il avait intensifié son soutien à la Révolution américaine et aux opinions religieuses très peu orthodoxes. Ces positions étaient une source d’embarras pour Lord Shelburne. Priestley quitta son service en 1780, s’installant à Birmingham et prenant le poste de chef d’une congrégation libérale appelée New Meeting.
Son nouvel emplacement l’a mis en contact avec de nombreuses sommités dont Erasmus Darwin, grand-père de Charles, le grand architecte de la théorie de l’évolution. James Watt et Matthew Boulton – qui étaient sur le point de transformer la société avec leur machine à vapeur – étaient là, tout comme Josiah Wedgwood, le célèbre potier, qui a soutenu les expériences chimiques de Priestley. Birmingham possédait également un groupe de discussion scientifique distingué, la Lunar Society, qui se réunissait les nuits de pleine lune afin que les membres puissent voir le chemin du retour.
L’encouragement de Priestley à la Révolution française, ainsi que sa théologie de plus en plus controversée et ses attaques contre la doctrine de la trinité, sont finalement devenus trop notoires pour la sécurité. En 1791, une foule de royalistes alimentés par l’alcool a brûlé la nouvelle maison de réunion, puis la maison de Priestley. Le scientifique et sa famille s’en sont échappés de justesse. Ils se sont enfuis à Londres, mais finalement cela ne s’est pas avéré plus sûr. Les fils de Priestley n’ont pas pu trouver de travail et ont émigré en Pennsylvanie, où ils espéraient fonder un centre pour les Anglais libres d’esprit.
Finalement, Joseph et Mary les suivirent, embarquant pour l’Amérique le 8 avril 1794. Priestley refusa l’offre d’un poste d’enseignant à l’Université de Pennsylvanie à Philadelphie et construisit à la place une maison dans le hameau isolé de Northumberland pour être près de ses fils. . La région était décidément rustique.
Là, Priestley a poursuivi ses recherches, isolant le monoxyde de carbone (qu’il appelait « l’air inflammable lourd ») et fondant l’Église unitarienne aux États-Unis. Pour l’essentiel, il a mené une vie calme et réfléchie, surtout après que son ami Thomas Jefferson a été élu président en 1800.
Au cours de son dernier voyage à Philadelphie, il dit à la Société philosophique qu’« ayant été obligé de quitter un pays qui s’est longtemps distingué par les découvertes de la science, je me crois heureux de ma réception dans un autre qui suit son exemple et qui offre déjà une perspective de son arrivée à une éminence égale. » Ses paroles se sont révélées prophétiques. Un colloque organisé à l’occasion du centenaire de la découverte de l’oxygène par Priestley a conduit à la fondation de l’American Chemical Society – aujourd’hui la plus grande société scientifique du monde – en 1876.
Le 3 février 1804, Priestley commença une expérience, mais se trouva trop faible pour continuer. Il alla se coucher dans sa bibliothèque, pour ne plus jamais en ressortir. Le 6 février, il convoque un de ses fils et un assistant. Il a dicté quelques changements dans un manuscrit. Lorsqu’il a été satisfait des révisions, il a dit « C’est vrai. J’ai maintenant terminé. » Quelques minutes plus tard, il mourut sans douleur, mettant fin à ce que Jefferson appelait « l’une des rares vies précieuses pour l’humanité ».
Découverte de l’oxygène
En 1774, Joseph Priestley, ministre presbytérien et chimiste britannique, a identifié un gaz qu’il a appelé «air déphlogistiqué» — connu plus tard sous le nom d’oxygène. Priestley a découvert que le mercure chauffé à l’air se recouvrait d’une « rouille rouge de mercure » qui, lorsqu’il était chauffé séparément, se retransformait en mercure avec un dégagement d' »air ». En étudiant cet « air » dégagé, il a observé que les bougies y brûlaient de manière très vive. De même, une souris placée dans un récipient scellé avec cet air pouvait le respirer beaucoup plus longtemps que l’air ordinaire. Croyant fermement à la théorie du phlogiston, Priestley considère qu’il s’agit d’un « air dont le phlogiston a été retiré ». D’autres expériences l’ont convaincu que l’air ordinaire est composé d’un cinquième d’air déphlogistiqué, le reste étant considéré par lui comme du phlogiston.
Événements historiques
1774-08-01 Le chimiste anglais Joseph Priestley découvre l’oxygène en l’isolant à l’état gazeux
1791-07-14 Les émeutes de Priestley chassent Joseph Priestley, un partisan de la Révolution française, de Birmingham, en Angleterre
1794-04-07 Le chimiste et théologien anglais Joseph Priestley quitte l’Angleterre pour l’Amérique à bord de Sansom à Gravesend.
https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/josephpriestleyoxygen.html
https://www.onthisday.com/photos/priestley-discovers-oxygen