Ann. Chim. et Phys., 3* sér., t. 55, p

22 COMPOSÉS EXOTHERMIQUES

Los lumières artificielles produites par la combustion du magnésium dans l’air ou du sulfure de carbone dans le bioxyde d’azote provoquent également des réactions chimiques.

Réactions indirectes. — Le principe de la formation d’un composé par cet ordre de réactions, que ce composé soit d’ailleurs exo ou endothermique, consiste à le dégager d’une ou plusieurs réactions successives, lesquelles sont exothermiques et doivent à ce caractère de pouvoir être effectuées facilement et régulièrement; certaines de ces réactions peuvent d’ailleurs, elles aussi, exiger des travaux préliminaires.

Soit, par exemple, la formation de l’eau oxygénée IPO^ laquelle à partir de fP gaz et 0^ gaz dégage 47^^"',3 dans l’état dissous. Nous ne savons pas la produire par l’union directe des éléments; toutefois, elle paraît se former en petite quantité au pôle positif dans l’électrolyse de l’eau acidulée, mais suivant un mécanisme différent de celui qui nous occupe ici. Le principe de la préparation de l’eau oxygénée consiste à prendre l’oxygène combiné h un corps et l’hydrogène également combiné h un autre corps et de telle façon que les deux résidus forment par leur union un autre composé. Voici l’ordre des réactions suivi, la quantité de chaleur qu’elles dégagent et la nature du travail préliminaire qui les détermine.

H gaz Cl gaz =:: HCl gaz -f- 22*^"'.(Lumière, chaleur)

Ba sol O gaz = BaO sol -f- 28'^"', i.(Nul, ou chaleur)

BaO sol -)- O gaz =: BaO^ sol + 12*-“', i.(Chaleur)

BaO^ sol-p2HCI diss — BaCl-dissdiss-)-22^“'.(Réact. spontanée).

Soit encore la synthèse de l’urée, qui dégage SO'^'jS à partir des éléments :

C diam -f- II* gaz -|- Az^ gaz -)- O gaz = CO Az^II* sol 4-

Nous ne saurions unir ensemble ces éléments pour en faire de l’urée, mais nous savons y arriver en procédant de la façon suivante ; d’une part, nous produisons l’ammoniaque au moyen de l’étincelle ou de l’effluve; d’autre part, nous combinons au rouge le carbone et l’oxygène pour faire l’oxyde de carbone que nous unissons au chlore sous l’influence de la lumière solaire ; enfin la réaction réciproque de l’oxychlorure de car-

bone et de l’ammoniac nous donne Turéc. Les réactions, les quantités de chaleur et la nature du travail préliminaire sont les suivantes :

Az gaz + II* gaz AzH* gaz + . (Élcctricilé)

C éiam --1- O gaz = CO gaz -|- i. (Échaufrcracnl)

CO gaz -j- Cl* gaz = CO Cl* gaz -f . (Lumière)

CO Cl* gaz H- 4AzlP gaz = CO (AzII*)* sol+ zAzII^Cl sol

-j- 1,41 *'"‘,5... (Spontanée)

Ces synthèses permettent ainsi de faire de toutes pièces un corps déterminé. Le cycle suivi permet de régulariser les réactions et de les conduire plus sûrement au but visé. Cette façon de procéder par une série de réactions est presque toujours nécessaire dès qu’il s’agit de composés un peu compliqués ; on effectue une suite d’opérations, dont la dernière fournit le corps cherché.

Les deux exemples précédents nous montrent encore quelle est la diversité des travaux préliminaires qu’il a fallu utiliser pour arriver à la synthèse de l’eau oxygénée et de l’urée; à côté de réactions spontanées, il a fallu, dans les autres, faire concourir soit la chaleur, soit l’électricité, soit la lumière, c’est-à-dire la plupart des énergies auxiliaires dont nous disposons.

En résumé, pour réaliser la formation d’un composé déterminé, il n’y a qu’à coordonner une série de réactions réalisables. Cette coordination constitue la science expérimentale du chimiste; sa fécondité est attestée par la multiplicité des composés qu’elle permet de réaliser chaque jour, aussi bien dans le domaine organique qu’inorganique.

En dernière analyse, la création de composés se ramène donc à l’exécution de certaines réactions et se trouve totalement subordonnée à la possibilité de ces réactions. Si l’on veut bien se reporter à ce cjui a été dit plus haut à propos de la formation des composés exothermiques, il suffira d’y remplacer par la pensée les composants simples par des composants composés et d’appliquer au système plus complexe les mêmes raisonnements qui nous ont guidé dans l’étude des corps formés avec les éléments. L’analogie se poursuit jusc^ue dans

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la nécessité de travaux préliminaires pour rexécution des réactions.

Mais il vient se grelFer une particularité sur laquelle il est nécessaire d’attirer l’attention; si la chaleur dégagée dans la réaction est assez grande, elle pourra compenser la chaleur de formation de corps qui en absorbent, de sorte que cette méthode est applicable aussi bien aux composés endothermiques qu’exothermiques.

Réactions d'entraînement. — Il arrive parfois que des corps étrangers au système puissent participer aux réactions et créer ainsi quelque trace de composés non prévus. Cela arrive surtout quand la réaction principale dégage beaucoup de chaleur; cette chaleur effectue sans doute les travaux préliminaires nécessaires à la réaction secondaire ; telle est la formation de l’acide azotique AzCII par l’union des éléments de l’air et de l’eau dans la combustion de l’hydrogène ou d’un gaz hydrocarboné brûlant à l’air, ou dans la combustion d’une matière organique dans l’oxygène comprimé.

Quand une réaction est-elle possible? c’est dà la pierre de touche permettant de réaliser la création des corps. A cet égard, nous possédons deux réponses : la première, de M. Berthelot, basée sur l’étude expérimentale de milliers de réactions et donnée par l’illustre chimiste sous le nom de principe du travail maximum; la seconde, tirée des principes de la Thermodynamique, qui doit prétendre à plus de généralité, mais à laquelle les expériences devront apporter leur appui. Ces deux points extrêmement importants méritent une étude spéciale ; bornons-nous à dire ici que les circonstances qui permettent les réactions entre composés sont soumises aux règles que nous avons posées à projios de la formation des composés exothermiques par les éléments : il faut qu’il s’accomplisse un travail positif pour que les échanges intermoléculaires aient lieu.

Pourquoi ce travail positif qui résulterait du jeu naturel des affinités des corps mis en réaction ne s’effectue-t-il pas spontanément? Quelle est la nature de la résistance qui s’oppose à la réaction immédiate? Quel est le rôle des travaux préliminaires? En comparant, au début de ce chapitre, les

ItOIÆ DES TRAVAUX PRÉLIMINAIRES

éléments d’un composé exothermique (ou les composants d’une réaction exothermique) à une pierre élevée, nous n’avions montré la nécessité d’énergies auxiliaires que pour la pierre, en signalant diverses circonstances qui pouvaient la faire sortir de son état potentiel, mais cela ne nous dit rien sur la nature des résistances qu’il faut vaincre dans les travaux d’ordre chimique.

A cet effet, rappelons-nous que nous ne manions pas des atomes, mais des molécules et que la synthèse, l’analyse, aussi bien que les réactions les plus complexes exigent des permutations d’atomes entre les molécules, autrement dit la dislocation préalable de ces molécules. Cette conception suffit à faire saisir que les réactions possibles ne sont pas fatales, si la nature des atomes mis en présence ne provoque pas spontanément la scission des molécules qu’ils composent. Le travail préliminaire consiste vraisemblablement à amener les atomes de ces molécules à l’état où se trouvent naturellement ceux qui réagissent aussitôt en présence. Cela devient évident lorsqu’il s’agit de l’action de la chaleur : M. Pictct a montré que l’abaissement de température empêche de s’effectuer un grand nombre de réactions que nous voyons se réaliser à la température ordinaire : par exemple, l’acide sulfurique ne se combine plus à la soude à — lab”. Mais il suffit de laisser la température s’élever à— 80 ", pour voir la réaction se déclarer. A ces basses températures, l’acide sulfurique et la soude se comportent comme les corps qui, à la température ordinaire, exigent un échauffement pour se combiner; la différence réside seulement dans la place de cette température sur l’échelle thermométrique. Si, par la pensée, nous supposions la température ambiante égale à 55 o° nous considérerions comme spontanée l’union du chlore ou de l’oxygène avec l’hydrogène, celle du charbon avec l’oxygène, etc. ; c’est qu’alors les molécules de ces substances se trouveraient dans les conditions des réactions spontanées ; si cette température était au contraire de — lah®, nous regarderions comme nécessitant un travail préliminaire d’échauffement l’iinion de l’acide sulfurique et de la soude qui s’effectue d’elle-même à la température amliiante. 11 n’y a donc là qu’une question de relativité.

COMPOSÉS EXOTHERMIQUES

Quant au rôle de l’action des travaux préliminaires, les faits précédents ne font que déplacer la limite dans laquelle ils s’exercent, mais sans nous en faire concevoir la nature intime. Pour s’en rendre compte, il est nécessaire de se reporter aux conceptions actuelles sur la nature et les propriétés physiques de la matière sous ses divers états.

Considérons un gaz à molécules composées de deux ou plusieurs atomes (identiques ou non), c’est-à-dire des particules ultimes de la matière, douées de grandeur et de masse, que nos moyens d’investigation ne nous permettent pas de dépasser. Ces atomes se trouvent réunis dans la molécule en vertu de forces attractives dont la grandeur nous est encore inconnue, mais est sans doute considérable. Les molécules des gaz ne sont pas immobiles : la théorie cinétique des gaz nous apprend qu’elles se meuvent avec une vitesse considérable et en ligne droite tant qu’elles ne rencontrent pas d’obstacle; en frappant une paroi, comme cela arrive dans un flacon rempli de gaz, elles y produisent par leur choc une pression (force élastique des gaz); elles rebondissent sur cette paroi y>our prendre un mouvement en sens inverse; enfin dans leur parcours elles peuvent rencontrer d’autres molécules, d’où résultent pour les molécules qui se rencontrent des directions nouvelles et des vitesses variables. Ces chocs multipliés se font d’ailleurs avec conservation de l’énergie totale du gaz contenu dans le flacon et ne sauraient en rien diminuer la force vive totale des molécules. L’ensemble constitue ainsi comme un vase dans lequel un grand nombre de billes suffisamment espacées s’agiteraient en tous sens avec des vitesses variables suivant le moment à partir duquel elles ont rencontré soit la paroi, soit une autre bille. Ce n’est pas tout : outre le mouvement rectiligne qui les anime, les molécules roulent autour de leur centre; enfin, les atomes qui les constituent ne sont pas dans une position fixe par rapport à ce centre, mais oscillent sans cesse en vertu d’un mouvement vibratoire partieulier. Les molécules gazeuses possèdent donc un triple mouvement : translation, rotation, vibration des atomes.

La théorie cinétique des gaz enseigne que la force vive due à la translation d’une molécule est proportionnelle à la