Cette publication est accessible gratuitement
Lire

Définition de : COMPLEXE, chimie

De
5 pages
Article publié par Encyclopaedia Universalis COMPLEXE, chimie En chimie, on désigne par « complexe » la réunion, fugace ou durable, d'au moins deux entités capables chacune d'existence indépendante. Le terme s'explique donc de façon très évidente, puisqu'un complexe rassemble des fragments plus simples. Les exemples de complexes sont légion. L'hémoglobine, ce pigment sanguin transporteur d'oxygène, associe un atome de fer et une protéine, la globine. La réunion d'une molécule d'éthylène et d'une molécule de dichlore forme aussi un complexe. Ainsi, la chimie des complexes recouvre et englobe la chimie moléculaire, celle des édifices polyatomiques considérés en eux-mêmes, davantage qu'en leurs interactions. L'expression « chimie supramoléculaire » est dans une large mesure synonyme de « chimie des complexes ». La paternité de cette dernière revient à Alfred Werner (1866-1916), qui en e définit les principes directeurs et en fournit une systématique à la fin du xix et e au début du xx siècle. La notion de complexe résolvait toute une série d'anomalies sur lesquelles la pensée chimique avait buté, tout au long du e xix siècle. Elles peuvent se résumer avec le cas des chlorures. La dissolution dans l'eau d'un sel comme le chlorure de sodium NaCl ou le chlorure de calcium CaCl2 conduit le courant électrique. Les porteurs de charge électrique sont des ions + ++ – positifs (Na , Ca ) et négatifs (Cl ).
Voir plus Voir moins

Vous aimerez aussi

COMPLEXE, chimie

En chimie, on désigne par « complexe » la réunion, fugace ou durable, d'au moins deux entités capables chacune d'existence indépendante. Le terme s'explique donc de façon très évidente, puisqu'un complexe rassemble des fragments plus simples. Les exemples de complexes sont légion. L'hémoglobine, ce pigment sanguin transporteur d'oxygène, associe un atome de fer et une protéine, la globine. La réunion d'une molécule d'éthylène et d'une molécule de dichlore forme aussi un complexe.

Ainsi, la chimie des complexes recouvre et englobe la chimie moléculaire, celle des édifices polyatomiques considérés en eux-mêmes, davantage qu'en leurs interactions. L'expression « chimie supramoléculaire » est dans une large mesure synonyme de « chimie des complexes ».

La paternité de cette dernière revient à Alfred Werner (1866-1916), qui en définit les principes directeurs et en fournit une systématique à la fin du xixe et au début du xxe siècle. La notion de complexe résolvait toute une série d'anomalies sur lesquelles la pensée chimique avait buté, tout au long du xixe siècle.

Elles peuvent se résumer avec le cas des chlorures. La dissolution dans l'eau d'un sel comme le chlorure de sodium NaCl ou le chlorure de calcium CaCl2 conduit le courant électrique. Les porteurs de charge électrique sont des ions positifs (Na+, Ca++) et négatifs (Cl). Mais certains chlorures métalliques ne sont pas conducteurs une fois dissous dans l'eau : ainsi Pt(NH3)2Cl2, qui a une liaison platine-chlore si forte que l'eau ne peut la rompre, ne fournit pas d'ions chlorures libres.

Un autre exemple, historique, fut celui du complexe isolé par Tassaert en 1798 à partir de la dissolution du chlorure de cobalt CoCl3 dans une solution aqueuse d'ammoniac. Le solide rose produit répond à la formule Co(NH3)6Cl3. Alfred Werner interpréta cette formule comme celle d'un sel formé de trois anions chlorures Cl et d'un ion positif triplement chargé Co(NH3)63+. Et ce dernier, le complexe proprement dit, a la géométrie d'un octaèdre, au centre duquel réside l'atome métallique et dont les six sommets sont porteurs des six molécules d'ammoniac NH3.

Les complexes octaédriques de Werner venaient s'inscrire dans une tradition remontant à Kepler, celle de la conceptualisation du monde microscopique à partir des cinq solides platoniciens que sont le tétraèdre, le cube, l'octaèdre, l'icosaèdre et le dodécaèdre. Ces solides réguliers, qui s'inscrivent dans une sphère, ont des arêtes toutes de même longueur et des faces toutes de même surface. Kepler, traversant le pont Charles à Prague alors qu'il neigeait, eut la révélation de la structure sénaire (d'ordre six) des flocons ; il la théorisa, comme pour les trajectoires des planètes du système solaire, au moyen des solides platoniciens. Plus tard, dans les années 1780, le fondateur de la cristallographie, René-Just Haüy, renoua avec l'intuition képlérienne : il en déduisit que les molécules d'eau devaient être coudées, pour rendre compte de la symétrie d'ordre six des cristaux. Et Ampère, dans un article visionnaire des Annales de chimie en 1814 – celui qui donna naissance à l'hypothèse dite d'Avogadro-Ampère –, définit la forme des molécules de la chimie comme polyédrique, certains des polyèdres qu'il invoquait étant précisément les solides platoniciens.

Alfred Werner pensa la liaison entre l'atome central de métal et les coordinats qu'il porte, le cobalt Co et les six molécules d'ammoniac NH3 dans l'exemple ci-dessus, comme une force d'affinité radiale à partir d'un centre, à l'instar de l'attraction qu'exerce une étoile sur une planète gravitant autour d'elle. Les molécules d'ammoniac sont attirées par l'ion cobalt central et viennent se disposer, équidistantes, sur une sphère dont il occupe le centre.

Comme toutes les idées neuves, celle de Werner ne triompha pas aisément. Les chimistes résistèrent assez longtemps à la description wernérienne, en dépit de l'attribution qui lui fut faite du prix Nobel de chimie en 1913. La fortune du terme « complexe », la fécondité de l'idée associée, sont inséparables d'un flou conceptuel : comme la plupart des notions fondamentales de la chimie, le complexe n'est pas défini avec précision, cohérence et de façon non contradictoire.

Un sous-ensemble des complexes est constitué des complexes de coordination, tels que celui dont il vient d'être question Co(NH3)63+. Ils consistent en un atome central, souvent d'un métal de la famille des métaux de transition (dont font partie le fer ou le cobalt), porteur d'un certain nombre de coordinats, des molécules neutres comme l'ammoniac NH3, ou des particules chargées comme les anions chlorures Cl. Werner dénomma nombre de coordination (ou coordinence) le nombre de coordinats réunis à un atome central. Dans le complexe cobaltique ci-dessus, cette coordinence est six.

Les complexes de coordination jouent un rôle clé dans la catalyse. En effet, un catalyseur est un « robot », à l'échelle microscopique – nanoscopique, pour être précis. Ces nanorobots opèrent, de façon indéfiniment répétée, une opération élémentaire. Aussi la pièce qu'ils modifient doit-elle venir se fixer sur le nanorobot toujours de la même manière, pour être ensuite relarguée, une fois modifiée.

Les complexes de coordination sont tout désignés pour servir ainsi de nanorobots. Il suffit pour cela d'une coordinence non maximale. Supposons par exemple qu'on ait excisé, par chauffage ou par irradiation lumineuse, l'un des coordinats NH3 du complexe Co(NH3)63+. L'entité résultante, Co(NH3)53+, possède dès lors une insaturation coordinative : un emplacement libre dans lequel une molécule adventice peut venir s'insérer, de façon permanente ou transitoire. Dans ce dernier cas, un fonctionnement catalytique peut se mettre en place et s'organiser.

C'est ainsi que fonctionne le procédé industriel (Monsanto) de fabrication du L-DOPA, l'un des médicaments actifs dans la maladie de Parkinson. Une molécule de dihydrogène H2 vient s'additionner sur une seule des deux faces, la seule qui lui soit accessible, d'une liaison double C=C fixée sur un atome de rhodium. Cela équivaut, à cette échelle nanoscopique, à placer du beurre sur un seul côté d'une lame de couteau. L'invention de ce procédé valut à William S. Knowles le prix Nobel de chimie en 2001.

Nous vivons des complexes : l'hémoglobine Hb fixe la molécule d'oxygène O2, précisément par une insaturation coordinative, la transporte sous la forme du complexe HbO2 et la libère dans les tissus ; puis part à la recherche d'une autre molécule d'oxygène à transporter ; et ainsi de suite.

Nous mourons des complexes (chimiques) : la même hémoglobine Hb fixe la molécule de monoxyde de carbone CO si fortement que le complexe HbCO, d'une très grande stabilité, immobilise une part importante des molécules d'hémoglobine, dès lors non utilisables pour le transport d'oxygène. Cette intoxication du monoxyde de carbone, comme on sait, tue.

L'un des intérêts pratiques des complexes est la stabilisation d'espèces trop réactives pour une existence autonome. C'est le cas du borane BH3, qu'on trouve sous la forme de son dimère H3BBH3 (ou B2H6). Or cette molécule de borane est un réactif très prisé des chimistes. La réaction le faisant intervenir valut le prix Nobel en 1979 à son inventeur Herbert C. Brown. Comment donc se procurer ce borane, inexistant à l'état libre, pour effectuer cette transformation, dénommée hydroboration ? L'une des réponses consiste à utiliser le complexe que forme le borane avec l'éther, de formule H3BO(C2H5)2.

Une telle formule, totalement insuffisante comme représentation précise et détaillée, soulève de nombreuses questions : quelle est la géométrie de ce complexe ? Comment la déterminer ? Quelle est la durée de vie de cette entité ? Quelle est sa stabilité ?

Les réponses à ces questions font intervenir surtout diverses spectroscopies, qui permettent d'accéder, chacune avec une échelle de temps qui lui est propre, à la physionomie du complexe. On détermine de la sorte, dans cet exemple du complexe borane-éther, que les deux atomes, celui de bore B et celui d'oxygène O, sont liés, c'est-à-dire qu'ils sont plus proches voisins l'un de l'autre. On mesure aussi, toujours via des méthodes spectroscopiques, la fréquence avec laquelle le rotor H3B tourne autour de cet axe, la liaison BO : ce complexe borane-éther est en effet un petit moteur nanoscopique.

Auteur: Pierre LASZLO
Un pour Un
Permettre à tous d'accéder à la lecture
Pour chaque accès à la bibliothèque, YouScribe donne un accès à une personne dans le besoin