Johann Josef Loschmidt, né le à Počerny, village de Bohême proche de la célèbre station thermale de Carlsbad ou Karlovy Vary, et mort le à Vienne, était un physicien et chimiste autrichien. On lui doit les premières modélisations moléculaires à l'occasion desquelles il introduit les symboles des double et triple liaisons ainsi que la possibilité de l'existence de molécules cycliques et hétérocycliques. Il a réalisé la première détermination du nombre d'Avogadro qui sera affinée par James Clerk Maxwell, puis par Jean Perrin. Par sa rigueur intellectuelle et par ses qualités humaines, il a eu une influence décisive sur Ludwig Boltzmann, son jeune collègue enseignant-chercheur à l'Institut de Physique de l'Université de Vienne.
Biographie Josef Loschmidt (selon la coutume dans les pays germanophones, il n'emploiera que son deuxième prénom) était originaire la région des Sudètes qui faisait partie de l'Empire Austro-Hongrois et qui, à l'heure actuelle, constitue la Région de Karlovy Vary en République tchèque. Il est né dans une famille d'agriculteurs pauvres. Sur recommandation de l'abbé Adalbert Czech, il est scolarisé, entre 1833 et 1837, au monastère piariste de Schlackenwerth (Ostrov nad Ohří, en tchèque), près de Prague. Il peut ensuite s'inscrire à l'Université Charles de Prague en 1839 pour y étudier la philosophie et les mathématiques. Il arrive dans cette université en même temps que son professeur de philosophie, Franz Serafin Exner qui sera son second mentor. Ce dernier lui suggère d'appliquer les méthodes mathématiques aux problèmes psychologiques. Bien que ce projet échoue, Loschmidt devient un bon mathématicien. En 1841, il s'inscrit à l'Institut de Polytechnique de Vienne dont il sort, en 1846, avec un diplôme de chimie et de physique équivalent à la licence..
Ne parvenant pas à obtenir un poste universitaire, il fonde, avec un ami, une société de fabrication de nitrate de potassium à Vienne. Mais la société fait faillite en 1849. Il fait divers métiers en Styrie, en Bohême et en Moravie avant de revenir à Vienne. En 1856, il devient professeur dans une école secondaire viennoise où il enseigne les mathématiques, la physique, la chimie et la comptabilité, tout en commençant ses recherches en chimie. En 1866, Josef Stefan, percevant l'importance de ses projets, lui ouvre les portes de l'Institut de Physique.
C'est à l'Institut de Physique de la rue Erdberg, dirigé par Josef Stefan, à l'université de Vienne qu'il rencontre, entre 1866 et 1869, son jeune collègue Ludwig Boltzmann, qui devient son ami et sur qui il exerce une grande influence. Loschmidt est nommé professeur-assistant en 1868. Un doctorat honoraire lui est conféré en 1869, ce qui lui permet d'accéder à la chaire de chimie physique en 1872 et de prendre la direction du Laboratoire de Chimie physique en 1875. En 1877 il est élu Doyen de la Faculté. Il est élu membre de l' Académie autrichienne des sciences..
En 1887, à l'âge de 66 ans, Josef Loschmidt épouse Karoline Mayr (1846-1930), sa femme de ménage de longue date. Peu de temps après, naît Josef, « notre enfant unique » (inscription sur la pierre tombale), décédé en 1898, trois ans après son père. Cependant, le quatrième et dernier nom figurant sur la pierre tombale est celui d'une Karoline Mayr (1885-1950), qui est donc née deux ans avant leur fils Josef. La tombe de la famille Loschmidt se trouve dans le cimetière central de Vienne.
Josef Loschmidt prend sa retraite de professeur en 1891. Il meurt à Vienne en 1895. Ludwig Boltzmann prononce son éloge funèbre devant l'Académie des sciences. Il évoque ses deux mentors : Josef Stefan et Josef Loschmidt. :
Travaux En 1861, Loschmidt publie à ses frais un petit livre intitulé Études chimiques. Le livre contient deux parties : la première intitulée Représentation graphique des formules constitutionnelles de la chimie organique, la seconde Sur la loi de Mariotte. Le texte est suivi de sept feuilles pliées sur lesquelles sont dessinées les modèles de molécules, certaines connues, d'autres seulement possibles. Le livre a été réimprimé en 1912 avec les figures intégrées au texte. Cet ouvrage expose deux avancées révolutionnaires : la description de la structure des molécules chimiques et la première approche de la détermination du nombre d'Avogadro..
Représentation de la structure des molécules Contexte de la parution des Études Chimiques (1861) thumb|right|upright=1.2|alt=|Modèles moléculaires de LoschmidtFig. 70, propènal (acroléine) ;Fig. 115, allylamine ;Fig. 140, éthanedinitrile (cyanogène) ;Fig. 328a, dioxyde de soufre. Dans la première partie de son ouvrage, Loschmidt décrit 368 molécules (dont 121 aromatiques) à l'aide de ses formules constitutionnelles, encore très bien comprises par les chimistes aujourd'hui, montrant la disposition spatiale des atomes., ce qui fait que certains le considèrent comme le père de la modélisation moléculaire. D'autres affirment qu'il a écrit le premier traité de chimie organique illustrée. Pourtant, quand il publie son travail, Loschmidt n'est qu'un petit professeur de l'enseignement secondaire qui n'est pas docteur ès-sciences, que personne ne connait. Il n'a donc aucune chance de publier son travail dans une revue scientifique de bon niveau. Mais le fait qu'il ne soit pas universitaire est aussi un avantage : il n'est pas soumis à la philosophie dominante concernant la signification des formules chimiques introduites par Berzelius. L'année même où parait Études Chimiques, August Kekulé, référence de la chimie européenne (il enseigne alors à l'Université de Gand), publie son Traité de chimie organique dans lequel il écrit. :
Loschmidt fait donc partie de ces chimistes hétérodoxes qui n'adhèrent pas aux thèses de Kekulé. Il est difficile de savoir quel impact a eu son livre, pourtant publié chez un éditeur renommé. Loschmidt fait référence explicite aux travaux des autres chimistes mais, contrairement aux usages académiques, il ne cite aucune publication dans son ouvrage. En retour, ses confrères font semblant de l'ignorer même s'ils ont lu son exposé. S'il a intitulé son livre Études chimiques I, c'est qu'il a l'intention de publier un second volume, peut-être sur l'isomérie. Cependant, la critique méprisante de son travail par Kekulé semble l'avoir conduit à se détourner définitivement de la chimie et à se consacrer aux problèmes de la physique.
Valence et représentation des liaisons doubles et triples En 1852, le chimiste anglais Edward Frankland introduit le concept d'atomicité pour exprimer la capacité des atomes des différents éléments à se lier avec l'hydrogène. L'atomicité de l'oxygène est 2 (OH), celle de l'azote est 3 (NH) et celle du carbone est 4 (CH). En 1857, Kekulé reconnait que les atomes de carbone sont capables de former une chaîne (CCCC) qu'Archibald Couper propose d'écrire (-C-C-C-C-) en introduisant des traits pour figurer les liaisons. Mais comment écrire la molécule d'éthylène CH ? C'est là qu'intervient Loschmidt.
Tout d'abord, pour rendre compte de la capacité des atomes à former des liaisons, Loschmidt remplace le concept d'atomicité par celui de valence, qu'il nomme Pollenz et qui ne sera nommé Valenz par Hermann Wichelhaus qu'en 1868. Ce concept lui permet de symboliser pour la première fois les liaisons doubles ou triples avec deux ou trois traits parallèles, comme il est courant de les représenter aujourd'hui..
Il représente le carbone par un simple cercle, l'oxygène par deux cercles concentriques et l'azote par trois cercles concentriques. Ces trois atomes sont représentés de même taille. L'hydrogène est représenté par un cercle plus petit et le soufre par un cercle plus grand. Dans les liaisons simples, les cercles sont juxtaposés. Dans les liaisons multiples, les cercles se chevauchent et de façon plus importante pour les liaisons triples que pour les liaisons doubles. Il considère donc que la distance inter-atomique varie et que les atomes sont capables de partager leur espace propre avec leurs voisins de façon d'autant plus importante que le nombre de liaisons impliquées est plus grand.
Représentation des molécules cycliques thumb|right|upright=3|alt=|Modèles de molécules cycliques Fig. 68, cyclopropane ; Fig.163, cyanmelursäure, éther double d'acide cyanurique et d'ammélide.
Loschmidt innove en osant représenter des molécules cycliques. Il dessine l'ozone comme une molécule formée de trois atomes d'oxygène liés deux à deux par des liaisons simples, ce que les contraintes d'angles de valence ne permettent pas. Il décrit également la structure du cyclopropane, qui ne sera découvert que 21 ans plus tard par August Freund. Il décrit aussi une vingtaine de molécules plus ou moins complexes mettant en jeu des cycles 1,3,5-triazine, comme l'acide cyanurique, la mélamine ou l'ammélide.
Il écrit qu'il est probable que les radicaux phényles aient une constitution similaire à celle du cyclopropane. Il propose donc un modèle de benzène constitué de deux groupes allyles superposés, reprenant la structure en feuillets évoquée auparavant par Kekulé. Ne trouvant pas de solution satisfaisante, il décrit les composés aromatiques en représentant le noyau phényle par un grand cercle, une sorte de super-atome de valence 6.
Qui a découvert la structure cyclique du benzène ? Il existe une controverse sur la paternité de la découverte de la structure cyclique du benzène : est-ce bien August Kekulé qui en est l'auteur, ou bien s'est-il fortement inspiré des idées de Loschmidt ?
Travaux de Kekulé thumb|300px|Formule du benzène d'après August Kekulé (1865)Noyau benzénique, 1, chaîne ouverte (Kekulé) ; 2, chaîne fermée (Kekulé) ; Benzène, 3, chaîne fermée (Kekulé) ; 4, Chaîne effectivement fermée (non représentée par Kekulé) ; Bâton rouges : atomes de carbone ; Cercles bleus : atomes d'hydrogène ; Traits noirs : liaisons carbone-carbone ; Points noirs, Fig. 1 et 2, valences libres ; Fig. 4, liaisons carbone-carbone.
August Kekulé, inventeur de la tetratomicité du carbone, de la distinction entre les corps gras, composés d’enchaînements linéaires d'atomes de carbone, et les corps aromatiques, a d'abord proposé une structure linéaire du benzène en 1859, puis une structure cyclique en feuillets en 1865., puis un hexagone régulier en 1866., avant d'aboutir, en 1872, à une structure cyclique dans laquelle les doubles liaisons sont mobiles.. Les figures de composés aromatiques qu'il publie en 1865 ne sont pas des modèles moléculaires comme ceux de Loschmidt. Ce sont des schémas de principe dans lesquels il représente les atomes par des bâtonnets (ce que ses contemporains appelleront les saucisses de Kekulé). Il affirme : Dans une lettre à Emil Erlenmeyer, Kekulé traite les modèles de Loschmidt de Confusionsformeln, c'est-à-dire de Formules confusionnelles au lieu de Formules constitutionnelles.
Cependant, on peut noter qu'il utilise la représentation des liaisons doubles introduite par Loschmidt et que c'est même cette représentation des liaisons simples et doubles alternées qui constituent le cœur de sa représentation :
La fermeture de la chaîne n'est concevable que dans un plan perpendiculaire au plan de la page. Kekulé n'indique pas comment la chaîne, qu'il représente composée de bâtons, peut se courber. Roth propose que les deux couples d'atomes situés à chaque extrémité de la chaîne pivotent autour des liaisons simples B et C, de telle sorte que les affinités libres A' et A" se combinent en A (Fig. 4)..
thumb|150px|Rêve de Kekulé.