Les matériaux de construction de la création

JETEZ donc un coup d’œil autour de vous. On ne peut s’empêcher d’être transporté par la sublime beauté des collines et des montagnes, par les couleurs fascinantes et les formes des plantes et des arbres, et par les facultés extraordinaires des mammifères, des oiseaux et des insectes. L’extrême complexité de la création exalte l’imagination.

Vous êtes-​vous déjà demandé d’où provient cette profusion de merveilles ? Quels sont les matériaux de construction de la création ? Comment sont-​ils assemblés pour produire tout ce qui nous entoure ? Vous avez l’impression de vivre au milieu d’un monde compact. Sans doute serez-​vous surpris d’apprendre qu’il est fait de matériaux de construction qui sont constitués de 99,9 % de vide.

Depuis des milliers d’années, l’homme a essayé de percer le secret de la matière. Les dictionnaires définissent la matière comme “la substance dont une chose est faite”. Mais de quoi est faite cette substance ? C’est seulement au cours de ce siècle, et même au cours des trente ou quarante dernières années, que les hommes de science ont commencé à comprendre la nature fondamentale de la matière. Les chercheurs nous disent à présent que toutes les choses matérielles que nos sens nous permettent de percevoir, qu’il s’agisse de roches, de plantes, d’animaux, de cours d’eau ou de n’importe quelle autre chose, sont faites de matériaux de construction qui sont eux-​mêmes formés de trois particules élémentaires.

Ces trois particules élémentaires, selon le nombre de chacune d’elles dans le matériau de construction ou atome, déterminent la nature et les propriétés de celui-cia.

Tout d’abord il s’agit de bien comprendre ce qu’est un atome. Par “atome” on entend “la plus petite particule d’un élément”, et un “élément” est “une substance qui ne peut pas être réduite par des moyens chimiques en des substances plus simples”. Prenons l’exemple de l’or. On ne peut le diviser indéfiniment sans lui faire perdre son identité chimique. La partie la plus petite est l’atome. Si on le divise, il sera fractionné en ses parties élémentaires appelées protons, neutrons et électrons.

Les protons et les neutrons sont de masse à peu près égale, mais alors que les neutrons sont électriquement neutres, les protons sont chargés positivement. Les protons et les neutrons sont relativement énormes comparés aux électrons, puisqu’ils sont 2 000 fois plus grands. Les minuscules électrons sont chargés négativement, et comme leur nombre est toujours le même que celui des protons, l’atome est électriquement neutre.

Ces trois particules élémentaires s’agglomèrent en nombres croissants pour former les atomes des différents éléments ou matériaux de construction de la création. Pendant longtemps on a cru qu’il y avait seulement quatre éléments : l’air, le feu, la terre et l’eau. Mais les connaissances augmentant, on a identifié progressivement les vrais éléments. On en a identifié actuellement une centaine, certains étant de fabrication humaine, artificiels et instables.

Qu’en est-​il cependant de ces 99,9 % de vide ? Si nous pouvions voir un seul atome, à quoi ressemblerait-​il ? Quelle est sa structure ?

Structure de l’atome

Les atomes sont constitués par un noyau formé de protons et de neutrons autour duquel gravitent les électrons. La seule exception est l’atome de l’élément le plus simple, l’hydrogène, qui est constitué par un proton autour duquel tourne un électron.

Naturellement, nous ne pouvons pas voir un atome puisqu’il est infiniment petit. Chacun de ces ‘systèmes planétaires’ mesure à peine un 10 millionième de millimètre ! Et le noyau ou “soleil” a un diamètre qui est seulement un cent millième du diamètre de l’atome entier !

Quand on pense que le nombre d’électrons peut varier de un à plus de cent suivant l’élément, on est saisi d’une sorte de crainte respectueuse devant un agencement aussi compliqué et merveilleux dans un espace aussi incroyablement réduit.

Il est passionnant de penser que toutes les choses matérielles, apparemment compactes, depuis l’herbe verte jusqu’à la vache qui la broute et aux montagnes, sont faites de milliards de ces minuscules atomes qui sont constitués principalement par l’espace entre le noyau et les électrons qui gravitent autour de lui. L’ouvrage La matière (angl., Éditions Life) dit ce qui suit : “Si chaque atome se trouvait comprimé dans une sphère de la grandeur de son centre ou noyau, le Washington Monument (haut de 169 mètres environ) pourrait tenir dans moins d’un centimètre cube.”

Les électrons de chaque atome gravitent sur des trajectoires qui s’ordonnent en ce qu’on appelle des “couches électroniques”, chacune d’elles se trouvant à une distance donnée du noyau. Quand les atomes deviennent progressivement plus complexes par addition de particules supplémentaires au noyau, les électrons additionnels se meuvent sur des orbitales rangées en “couches” successives.

Par exemple, le diagramme de l’atome de carbone montre qu’il possède deux électrons sur sa couche intérieure et quatre sur sa couche extérieure. L’atome d’aluminium a deux électrons sur la première couche, huit sur la suivante et trois sur la couche périphérique. Tout se passe donc d’une manière ordonnée et suivant un modèle déterminé.

Si nous nous intéressons à la manière dont les matériaux de construction sont assemblés pour constituer les merveilles de la création, nous accorderons un intérêt particulier aux électrons. C’est en effet la distribution des électrons sur les orbitales qui détermine la faculté que possède chaque atome de se combiner. Cette faculté s’appelle la “valence”.

Combinaison par emprunt d’électrons

Les progrès dans la recherche atomique ont permis de découvrir que tout élément ayant un nombre complet d’électrons (généralement huit) dans son anneau de valence (couche susceptible d’emprunter ou de céder des électrons) est extrêmement stable, c’est-à-dire qu’il ne se combine pas facilement avec d’autres atomes. Ces éléments stables ou inertes sont appelés des gaz rares — l’hélium, le néon, l’argon, le krypton, le xénon et le radon.

Le sodium est un métal blanc et mou, découvert en 1807. C’est un élément très actif qui réagit violemment sur l’eau. Il possède onze électrons, deux sur une couche, huit sur une autre et un sur la couche périphérique. Le chlore, découvert en 1774, est un gaz jaune verdâtre. On l’emploie comme agent de blanchiment, comme désinfectant et aussi comme gaz toxique. L’atome de chlore possède dix-sept électrons, se répartissant comme suit sur les couches d’orbitales : deux, huit et sept. Le diagramme, qui ne montre que la couche extérieure, explique comment ces matériaux de construction se combinent et quel est le résultat de cette combinaison.

L’atome de chlore prend un électron à l’atome de sodium et devient de ce fait chargé négativement, tandis que l’atome de sodium, lui, devient chargé positivement. Ces atomes portant une charge électrique et appelés alors “ions” sont attirés l’un vers l’autre à cause de leur charge opposée, et ils se combinent pour former le chlorure de sodium ou sel ordinaire.

À partir de deux matériaux de construction apparemment dissemblables et possédant chacun leurs propriétés distinctives, on obtient du sel, si nécessaire à la vie. Cette combinaison, concernant un seul électron, donne naissance à une substance entièrement nouvelle. Ce genre de combinaison est appelé une liaison électrovalente.

Combinaison par partage d’électrons

En partageant les paires d’électrons, les atomes de carbone et l’atome d’oxygène acquièrent une couche extérieure stable comportant en tout huit électrons, tandis que les atomes d’hydrogène acquièrent une couche extérieure comportant deux électrons.

Interaction plus complexe

Pensez donc : Une molécule de chlorophylle, l’un des plus importants pigments de la végétation, est formée de 72 atomes d’hydrogène, 55 atomes de carbone, 5 atomes d’oxygène, 4 atomes d’azote et 1 atome de magnésium, certains de ces atomes étant déjà des combinaisons. La chlorophylle est cette substance qui donne sa couleur verte à la campagne et qui permet aux plantes de convertir l’énergie rayonnée par le soleil en énergie chimique à leur usage.

Pouvez-​vous imaginer l’incroyable interaction entre les électrons tournant sur leurs orbitales pour s’associer aux différents atomes afin de former une seule molécule de chlorophylle ? Quand on pense que des milliards de molécules pourraient tenir sur le signe de ponctuation à la fin de cette phrase, quelle n’est pas notre admiration pour l’Architecte qui a conçu ces choses !

Les savants ont seulement commencé à comprendre comment et pourquoi les divers matériaux de construction se combinent, mais ils savent que des lois immuables régissent ces combinaisons. Ils sont pleins de respect devant la manière incroyablement complexe dont chaque cellule vivante, substance elle-​même si complexe, bâtit tous les organismes vivants de la terre.

Combien doivent être grandes la sagesse et l’intelligence qui ont présidé à la production de toutes les choses matérielles que nous voyons autour de nous — depuis la graine la plus petite jusqu’à l’univers illimité ! Et tout cela a été fait de matériaux de construction eux-​mêmes constitués de 99,9 % de vide.

[Note]