En chimie, l'histoire du concept de molécule retrace les origines du concept ou de l'idée de l'existence, dans la nature, d'une structure formée par la liaison de deux atomes ou plus, selon lesquels les structures de l'Univers sont établies. En ce sens, le concept d'objets fondamentaux semblable aux concepts modernes de molécule et d'atome trouve ses origines au avec le philosophe grec Leucippe qui soutenait le fait que tout l'Univers se compose d'atomes et de vides. Cette idée sera développée plus tard, vers 450 av. J.-C. par le philosophe grec Aristote, qui fonde la théorie des quatre éléments : le feu, l'air, l'eau, la terre, ainsi que les forces qui leur sont associées : l'attraction et la répulsion. Sur la base de ce raisonnement (alors purement philosophique), de nombreux scientifiques spéculeront tout au long de l'histoire sur la manière dont les éléments ou les atomes peuvent interagir entre eux en un système cohérent.

Étymologie

Le mot dérive du latin scientifique molecula, diminutif de mole (« masse ») et entre en français sous la plume de Pierre Le Gallois, en 1674, dans Conversations tirées de l'Académie de M. l'abbé Bourdelot, contenant diverses recherches et observations physiques avec le sens initial de « très petite partie d'un corps »Trésor de la langue française informatisé..

Antiquité

Vers 485 av. J.-C., le philosophe grec Parménide se fonde sur un argument ontologique contre le néant, niant la possible existence du vide. En 460 av. J.-C., le philosophe grec Leucippe, en opposition à Parménide, qui nie le vide, propose une théorie atomique, qui explique la raison pour laquelle tout dans l'univers est composé d'atomes ou de vide. Une théorie qui, selon Aristote, a été conçue pour contredire exprès les arguments de Parménide. Dans les années qui suivront, spécifiquement vers 450 av. J.-C., le disciple de Leucippe, Democritus, continue à développer l'hypothèse atomique en utilisant le terme atomos, ce qui signifie littéralement l’« insécable ».

En plus des théories atomiques et avant le développement du concept de « molécule » s'établissent diverses théories essentielles d'élément. Dès le , le scientifique grec Thalès de Milet pensait que l'élément essentiel était l'eau et que toutes les choses dérivaient de cet élément. Selon la légende, Thalès marchait le long d'un chemin de flanc de coteau sur le rivage de Ionia, dans ce qui est aujourd’hui le sud-ouest de la Turquie, et il remarqua des roches contenant des fossiles qui étaient sans aucun doute possible des coquillages marins. Cela a mené Thales à croire que ces collines avaient dû autrefois faire partie de la mer. Sur cette logique, Thalès établit que le monde original devait avoir été entièrement composé d'eau, et que c'était donc l'élément essentiel.

Au , le Grec Empédocle, étant influencé par Pythagore, proclame que toutes les choses sont composées des combinaisons différentes de quatre éléments :

Le terme « élément » (stoicheia) a été introduit pour la première fois par le philosophe grec Platon vers 360 av. J.-C. dans son dialogue Timée, qui comporte une discussion sur la composition des corps organiques et inorganiques et qui peut être considéré comme un traité rudimentaire de la chimie. Platon suppose que la particule fondamentale de chaque élément possède une forme géométrique précise : tétraédrique (feu), octaédrique (air), icosaédrique (eau), et cubique (terre).

Tétraèdre (feu) Octaèdre (air) Icosaèdre (eau) Cube (terre)

À cette théorie des quatre éléments, Aristote ajoute vers 350 av. J.-C., un cinquième élément ou "quintessence", ce qui forme les cieux. Sur base de cette logique, divers auteurs ont spéculé au cours du temps sur des formes géométriques possibles, telles que des cercles, carrés, polygones, etc., des éléments, et comment ces formes pourraient se combiner, se repousser, ou interagir les unes contre les autres pour créer de nouveaux éléments.

Période médiévale

La période allant du au montre une certaine activité avec les écrits de Maïmonide, Thierry de Chartres, et Guillaume de Conches. Ces philosophes, bien qu'acceptant l'enseignement de base des écritures théologiques, font revivre les anciennes théories atomiques de manière à fournir une interprétation scientifique de la Création et de la structure du monde.

Maïmonide, par exemple, s'est principalement fondé sur la science d'Aristote et a essayé de réconcilier les philosophies du Talmud avec l'alchimie. Thierry de Chartres, suivant la logique des théories des quatre éléments, explique les raisons pour lesquelles la terre et l'eau, étant plus lourds, ont pris une position centrale en structures, tandis que l'air et le feu, étant plus légers, ont pris une position externe. De même, Guillaume de Conches, étant un partisan de la théorie des quatre éléments, clame que les éléments ont été divinement créés, pendant la genèse du monde, mais qu'ils sont maintenant soumis aux lois de la Nature. Il considère les atomes comme des particules « simples et extrêmement petites par lesquelles ou leur juxtaposition, toutes les choses du monde physique ont été formées et dont les qualités ont été produites ». Après 1450, avec l'invention de l'imprimerie par Gutenberg, le développement de la pensée scientifique va commencer à s'accélérer.

La plus ancienne théorie sur les formes et la connectivité des atomes a été celle proposée par Leucippe, Démocrite et Épicure qui associaient la solidité d'un matériau à la forme que prenaient les atomes qui le composent. Selon cette théorie, les atomes de fer sont solides et durs et composés de crochets qui les relient entre eux pour former le métal. Les atomes d'eau, par contre, sont lisses et glissants ; les atomes de sels, en raison de leur goût, sont pointus et aigus ; et les atomes d'air sont légers et tourbillonnants, infiltrant tous les autres matériaux. Le principal partisan de cette théorie était Démocrite. En utilisant des analogies à partir de nos perceptions, il fournit une image de l'atome où ceux-ci sont distingués les uns des autres par leur forme, leur taille, et leurs arrangements relatifs. De plus, la liaison était expliquée via des liens matériels où les atomes possédaient des points d'attache : certains ayant des crochets et d'autres des creuxSee testimonia DK 68 A 80, DK 68 A 37 and DK 68 A 43. See also .

Curieusement, la théorie atomique fut abandonnée pendant près de deux millénaires au profit de la théorie des quatre éléments et plus tard des théories alchimiques. Toutefois, le voit ressurgir la théorie atomique à travers les travaux de Descartes, Gassendi et Newton, qui utilisent les anciennes théories atomiques grecques pour expliquer comment les particules ultimes de la matière se lient entre elles. Ainsi, René Descartes imagine l'une des théories moléculaires les plus anciennes, qui stipule que les atomes sont attachés entre eux par des crochets microscopiques. Certains atomes seraient pourvus de crochets, et d'autres de creux, et il soutenait que deux atomes se combinent quand le crochet de l'un se fait piéger dans le creux de l'autre, tel que montré ci-dessous :

Vers le milieu des années 1670, les théories impliquant des particules comportant des crochets physiques étaient considérées comme de la « chimie cartésienne »Comments made by French chemist Guyton de Morveau in about 1772; as found in Kim’s 2003 Affinity That Elusive Dream – A Genealogy of the Chemical Revolution.. De manière similaire à Descartes, Gassendi, qui avait alors écrit un livre sur la vie d'Épicure, pense que la taille et la forme des atomes qui se déplacent dans le vide doit rendre compte des propriétés de la matière. La chaleur est due à des atomes petits et ronds ; le froid, à des atomes pyramidaux avec des coins pointus, ce qui prend en compte la sensation de picotement lors de grand froid ; tandis que les solides tiennent ensemble par des crochets entrelacés.

Newton, connaissant les diverses théories d'attachement d'atome alors à la mode, c'est-à-dire les « atomes crochus », les « atomes collés » (des corps au repos), et la théorie des « liaisons par mise en commun », croit plutôt, comme indiqué dans le célèbre « Principe 31 » de son Opticks de 1704, que les particules s'attirent les unes les autres par une certaine force, qui « en contact immédiat est extrêmement forte, à de petites distances effectue les opérations chimiques, et à longue distance ne crée pas d'effet sensible sur les particules. »(a) Isaac Newton, (1704). Opticks. (). New York: Dover.(b)

Cependant, et de façon plus concrète, le concept des agrégats ou des unités d'atomes collés, c'est-à-dire « molécules », trouve ses origines dans l'hypothèse de Robert Boyle en 1661, dans son célèbre traité The Sceptical Chymist : la matière se compose de clusters de particules et les changements chimiques résultent du réarrangement du cluster. Boyle affirme que les éléments de base de la matière sont composés de particules de diverses sortes et tailles, appelées « corpuscules », qui sont capables de s'arranger en groupes. En 1680, en employant la théorie corpusculaire comme base, le chimiste français Nicolas Lémery stipule que l'acidité de n'importe quelle substance trouve ses origines dans ses particules aiguës, tandis que les alcalis sont dotés de pores de diverses taillesLémery, Nicolas. (1680). An Appendix to a Course of Chymistry. London, .. Une molécule, selon ce point de vue, est composée de corpuscules unis par une fermeture géométrique entre des points et des pores.

La théorie de la combinaison par affinité chimique est le précurseur de l'idée d'une combinaison d'atomes liés entre eux. Par exemple, en 1718, le Français Étienne-François Geoffroy, propose une classification des substances chimiques suivant leur plus ou moins grande « disposition à s'unir » à une substance de référence. Il propose le test empirique suivant pour classer les substances par ordre de leur disposition à s’unir (il n’emploie jamais le terme d’affinité, de crainte d’être taxé de newtonianisme) : si un corps B mis en présence d’une « union » de deux substances CA, déloge C pour donner la combinaison BA, on en conclut que le corps B a plus de rapport/affinité que le corps C pour le corps A : soit B+CA → BA + C Geoffroy présente en 1718 un mémoire contenant sa table des affinités chimiques (Table des rapports), à l'Académie française puis en 1720 des Éclaircissements.

Ces tables d'affinités resteront à la mode pour le reste du siècle jusqu'à son remplacement par les conceptions de Claude Louis Berthollet.

En 1738, un physicien et mathématicien suisse Daniel Bernoulli publie Hydrodynamica, qui restera le fondement de la théorie cinétique des gaz. Dans ce travail, Bernoulli propose l'argument, encore utilisé de nos jours, qu'un gaz consiste en un grand nombre de molécules se déplaçant dans toutes les directions, que la pression du gaz que l'on peut mesurer est causée par l'impact des molécules sur les surfaces qu'elles rencontrent et que ce que l'on perçoit comme de la chaleur est simplement l'énergie cinétique de leur mouvement. Cette théorie ne fut pas immédiatement acceptée, en partie dû au fait que le principe de la conservation de l'énergie n'avait pas encore été établi et qu'il n'était pas évident pour les physiciens de savoir comment les collisions entre les molécules pourraient être parfaitement élastiques.