Distinction entre la combinaison et le mélange

— La combinaison est du ressort exclusif de la chimie. Aussi, pour mieux en faire ressortir les caractères essentiels, les chimistes ont-ils l'habitude de l'opposer aux phénomènes physiques, notamment le mélange.

En triturant de la fleur de soufre avec de la limaille de fer, on obtient finalement une poussière jaune, apparemment homogène. La mixture paraît aussi intime que dans le cas précédent. Mais en l'examinant à l'aide d'une loupe assez puissante, on y reconnaît sans peine les particules grisâtres du fer disséminées parmi les particules jaunes du soufre. Il est même possible de les séparer au moyen d'un aimant qui s'emparera de la limaille de fer et laissera le soufre intact. Chaque corps a donc conservé ses propriétés distinctives ; l'homogénéité n'est qu'apparente. En un mot, il s'est produit un mélange.

Entre le mélange et la combinaison chimique, il existe par conséquent une distinction essentielle qui se reconnaît d'ailleurs à un triple caractère :

1'^ Tout composé est caractérisé par la disparition sans retour de la plupart des propriétés physiques et chimiques des composants, et par l'apparition de propriétés nouvelles permanentes.

2*^ Les combinaisons sont réglées par des lois de poids

*) Gauthier, Cours de chimie^ tome I, p.' 19.

qui ne se vérifient, ni dans les actions pliysiques, ni dans le mélange ').

3» Enfin, un troisième signe révélateur des combinaisons nous est fourni par la quantité considérable de chaleur mise en liberté dans le fait de la réaction chimique.

50. Premier signe de la combinaison. Les propriétés nouvelles du composé. — Quant à la nature de ce changement, tous les partisans du mécanisme ne partagent pas la même opinion.

Ire opinion. — Selon les uns, les atomes conservent leurs propriétés intactes au sein du composé.

Toute combinaison, dit-on, suppose un équilibre interatomique, une coordination des mouvements. ( )r, une fois enlacés, ces mouvements élémentaires ne peuvent plus se manifester de la même manière qu'à l'état de liberté ; ils produisent sur nos organes une impression nouvelle qui nous fait conclure à un changement interne et profond. Mais, en fait, ils s'y trouvent inchangés.

Dans son traité de physique, Daguin lui-même s'est fait l'écho de cette étrange opinion : « La constance dans les propriétés des produits, quels que soient les moyens employés pour les t)btenir, les lois mêmes qui régissent les combinaisons, l'identité de propriétés des substances que l'on sépare des corps composés formés, quand on en lait l'analyse

') Les trois principales de ces lois sont les suivantes : a) Les corps se combinent en proportions déterminées et invariables, b) Quand deux corps se combinent en plusieurs proportions, la quantité de l'un d'eux étant supposée constante, il faut doubler, tripler, etc., celle de l'autre, pour passer du composé qui en renferme le moins à ceux qui en renferment davantage, c) Les chiffres qui expriment les rapports suivant 4esquels- un certain nmnbre de corps s'associent avec une quantité constante d'un même élément, expriment aussi comme tels, ou multipliés l^ar un coefficient très simple, les rapports suivant lesquels ces mêmes corps s'associent entre eux.

montrent, dit-il, que dans ces migrations les parties premières des corps n'ont pas subi d'altérations. Autrement, les résultats différeraient... et les substances sorties de ces réactions variées ne présenteraient plus les mêmes propriétés )» ^).

Que penser de cette opinion ? — Quelle que soit la valeur scientifique de la théorie nouvelle, on ne peut méconnaître que le témoignage des sens lui est peu favorable. Qui de nous en effet se résignerait à ne voir dans ce sel blanc, appelé vulgairement sel de cuisine, qu'un simple enchevêtrement d'atomes inchangés de chlore et de sodium, l'un, corps gazeux, à odeur suffocante et d'une couleur verdâtre, l'autre, métal mou et d'une teinte argentée ? Reste-t-il une seule propriété qui puisse trahir la provenance de ce composé nouveau ?

Les caractères individuels des atomes, dit-on, persistent dans la synthèse nouvelle. Pourquoi donc ne se manifestentils pas ? Car si les mouvements ne sont point détruits mais simplement enchevêtrés, ils y conservent leur réalité totale et devraient, semble-t-il, produire dans nos organes les impressions qui leur correspondent ^).

A défaut de preuve contraire, nous serions donc en droit d'ajouter foi à cet éclatant témoignage et de rejeter l'hypothèse qui le contredit.

Toutefois, dans le domaine des perceptions sensibles si fécond en illusions, il est toujours aisé à nos adversaires d'invoquer la possibilité d'une erreur des sens. Un appel direct aux faits scientifiques communément admis sera, croyons-nous, plus décisif.

Parmi ses plus belles conquêtes, la science moderne place

') Traité de physique^ t. I, p. 47.

*) Cfr. Dr A. Michelitsch, Atomismus, Hyletnorphismus umi Xahirwissenschaft, S. 10, n. 30. Graz, 1897. — Sclineid, Xaturphilosophie. Dritte Auflage, S. 207. Paderborn, 1899.

Cours de CostHoloffie. 6

avec raison, le principe de la conservation de l'énergie. Dépouillé de son enveloppe technique, il peut s'exprimer comme suit : Malgré les transformations de l'univers matériel, la somme globale des énergies reste constamment la même, de sorte que tout gain d'énergie réalisé par un corps quelconque accuse toujours une perte correspondante subie par un autre.

Or, l'expérience quotidienne le prouve, les combinaisons s'accompagnent d'un dégagement parfois énorme de chaleur, d'électricité, de lumière, d'énergie chimique. Le milieu ambiant en profite, il s'échautfe, s'éclaire, s'électrise.

D'où vient cette énergie? Evidemment, des masses combinées, c'est-à-dire des atomes qui en sont les seuls constitutifs. L'énorme quantité de mouvements dégagés par la réaction mesure donc la perte réelle éprouvée })ar le composé nouveau. Nier cette déperdition serait admettre une production d'énergie non compensée par une perte équivalente.

A maintenir la conservation intégrale des propriétés élémentaires au sein du composé, cachée sous le voile d'un enchevêtrement de mouvements atomiques, on arrive donc à la négation formelle d'un principe dont le mécanisme luimême proclame l'inébranlable certitude.

Difficulté. Distinction entre iiioitveyneïits iiwléculaiits et mouvements atomiques. — En général, les réactions chimiques se réalisent avec une certaine perte d'énergie. Mais est-il bien certain que cette dispersion de force se fait toujours aux dépens des mouvements atomiques ?

Les atomes d'un corps, on le sait, n'existent point à l'état de petites individualités isolées. Ils tendent naturellement à se grouper, à se réunir en molécules composées de deux, de quatre ou même d'un plus grand nombre de congénères.

Ces molécules primitives, d'ailleurs très stables, possèdent un mouvement d'ensemble, propre, distinct de celui des atomes. Lorsque deux corps donnés, par exemple le chlore

et l'hydrogène, entrent en combinaison, leurs molécules s'agitent, s'entrechoquent, se désagrègent en cédant au milieu ambiant une partie plus ou moins considérable de leurs mouvements respectifs. Les atomes, au contraire, mis en liberté avec leurs mouvements spécifiques et inaliénables, se rivent l'un à l'autre et transportent ainsi dans le composé nouveau la totalité de leurs caractères individuels.

Le principe de la conservation de l'énergie ne se trouvet-il pas de la sorte sauvegardé, sans que les mouvements atomiques subissent la moindre altération ?

Solution de cette difficulté. — A entendre cette distinction subtile, ne croirait-on pas qu'aux 3'eux des mécanistes, le mouvement joue le rôle d'une petite entité mobile, toujours en course autour de la molécule, prête à subir les assauts de l'extérieur, et à protéger les évolutions tranquilles des atomes ?

Trop poétique, cette représentation Imaginative. Le mouvement moléculaire n'a pas de siège en dehors de la molécule. Il réside tout entier en elle, ou mieux, il n'est que le déplacement des atomes groupés. Partant, pas de chocs intramoléculaires qui n'atteignent du même coup les masses atomiques. Quels seraient en effet les sujets récepteurs des chocs, si on soustrait à leur action les atomes constitutifs des molécules ?

D'ailleurs, ici encore les faits eux-mêmes contredisent l'hypothèse.

A l'aide d'une chaleur suffisante, on parvient à triompher des groupements moléculaires et à mettre en liberté les éléments qu'ils contiennent. C'est le cas pour le mercure, le zinc, le cadmium, l'iode, le chlore et bon nombre d'autres corps. Les combinaisons devenant alors interatomiques, les dégagements de chaleur, d'électricité, etc. ne peuvent évidemment plus se produire qu'au détriment des atomes eux-mêmes, puisqu'eux seuls interviennent comme facteurs immédiats, de la réaction.

2"'^ Opinion. — Plus respectueux de l'expérience, plusieurs mécanistes aiment à reconnaître que les unions chimiques entraînent avec elles des changements profonds dans les propriétés corporelles.

Nous sommes heureux d'acter cette concession. Mais l'erreur a sa logique, et, nous le montrerons bientôt, pour avoir reconnu ce fait, la théorie mécanique se trouve dans l'impossibilité de concilier avec ses principes généraux la décomposition régulière des corps, ainsi que la réintégration des éléments dans leur état naturel.

51. Second signe de la combinaison. Les phénomènes thermiques. Explication mécanique de ces phénomènes. — Plusieurs chimistes attribuent le dégagement de chaleur au frottement qu'exerceraient les molécules réagissantes les unes sur les autres pendant toute la durée de l'action chimique.

Cette explication ne plaît pas au P. Secchi. Le frottement, dit-il, étant simplement une partie du travail moteur cjui, dans nos machines, devient travail résistant, nécessite constamment l'intervention d'une cause première ; dans le cas particulier des actions chimiques, le frottement ne peut être regardé comme principe initial du mouvement, puisque son existence suppose l'action préalable d'une force. Une semblable hypothèse nous enfermerait dans un cercle vicieux ').

Selon lui, la vraie cause réside dans l'intensité des chocs intramoléculaires et interatomiques, ainsi que dans les changements qui se produisent, au moment de la combinaison, dans les atmosphères éthérées des atomes élémentaires.

C'est aussi la pensée de Berthelot. En résumé, écrit-il, les phénomènes thermochimiques peuvent être attribués aux transformations de mouvement, aux changements d'arrange-

') P. Seccbi, Vunitt- des forces physiques, c. XIV.

— Bornent relatif, enfin aux pertes de force vive qui ont lieu au moment où les molécules hétérogènes se précipitent les unes sur les autres pour former les composés nouveaux » ^).

Intensité des chocs et rupture de l'équilibre, voilà donc les deux causes mécaniques génératrices de la chaleur.

Examinons cette interprétation.

Deux caractères distinguent les phénomènes thermiques d'origine chimique : la constance et l'intensité. C'est à ce double point de vue que se fera le contrôle.

52. Le mécanisme n'explique pas la grandeur des phénomènes thermochimiques. — La formation de 188"^ d'eau à l'état gazeux s'accompagne d'une production de chaleur de 58,2 calories. Pour nous faire une idée exacte de cette somme d'énergie, évaluons-la mécaniquement.

D'après les données de la thermodynamique, une calorie, employée tout entière à produire un efifet mécanique, répond à une force capable d'élever 425 kilogr. à un mètre de hauteur en une seconde. Dans le cas présent, le calorique dégagé peut donc soulever, à la hauteur d'un mètre, l'énorme poids de (425 X 58,2) = 24.735 kilogr.; ou bien, pour emplo3'er le langage de la mécanique, il a pour équivalent 24.735 kilogrammètres ^).

Force bien étonnante, sans doute, surtout quand on songe que 18 grammes de matière en sont la source unique, et qu'il suffit de quelques secondes pour la dégager.

S'il faut en croire la théorie atomique, ce phénomène gigantesque aurait pour origine le simple changement de position de cette petite quantité de matière et des atmosphères éthérées qui l'entourent !

') Berthelot, Essai de mécanique chimique, p. XXVII. Paris, Dunod, 1879.

*) Cfr. S t a 1 1 o , La matière et la physique moderne, p. 2-45. Paris, Alcan, 1884.

Il est peut-être téméraire d'affirmer qu'il y ait impossibilité absolue à ce qu'un tel effet relève de la cause assignée. Néanmoins, nous devons le reconnaître, dans le vaste domaine des faits où il nous est permis de saisir sur le vif les causes mécaniques de la chaleur, jamais nous n'avons rencontré de phénomène analogue. Une simple comparaison d'ailleurs éclaircira mieux notre pensée.

Un kilogramme de carbone, en l)rûlant dans l'oxygène, dégage 3.000,000 de kilogrammètres. Cette chaleur est d'origine chimique ; elle provient uniquement de la combinaison. Supposez que nous devions la produire par une action mécanique, ou, pour rester dans l'hypothèse de tantôt, par le choc des masses matérielles sensibles ; quelle force faudrait-il déployer ?

Jouffiet résout ce problème par un exemple bien simple. En tombant de dix mètres de hauteur, dit-il, un kilogramme de charbon ou de toute autre substance ne donne qu'une énergie de dix kilogrammètres. Et si le même poids venait à tomber du voisinage du soleil sur la terre, sans rencontrer de résistance, la chaleur produite par sa chute serait à peine le double de celle que dégage la combinaison chimique. Aussi, conclut-il, « l'énergie qui est mise en jeu dans les actions chimiques, se chiffre par des nombres de kilogrammètres beaucoup plus élevés que celle fournie par la pesanteur ou les agents physiques ').

Or, les activités interatomiques ne s'exercent qu'à des distances extrêmement petites, trop petites même pour être mesurées.

Quels doivent donc être, dans la combinaison chimique, la vitesse des atomes, l'intensité de leur mouvement et le nombre de chocs, si, comme on le st)utient, cette force pro-

') Jouftret, Introduction à la théorie de l'énergie, p. 52. Paris, Gauthier-Villars, 1883.

digieuse de 24.735 kilogrammètres provient exclusivement du simple mouvement local de 18 grammes de matière ?

Certes, les imaginations les plus puissantes se trouvent confondues devant un tel phénomène.

« En nous portant si loin dans l'inimaginable, écrit M. Hannequin, le mécanisme atomistique, incapable d'ailleurs de donner au problème de l'individualisation des atomes une solution quelconque, nous fait payer trop cher la clarté de ses théorèmes, et tomberait dans la chimère, s'il était autre chose qu'une hypothèse féconde et qu'un produit de l'entendement » ^).

55. Le mécanisme est incapable de rendre compte de la constance des phénomènes thermochimiques.

— Quelles que soient les circonstances au sein desquelles s'accomplit une combinaison, la quantité de chaleur dégagée par l'action chimique reste toujours la même pour un corps donné.

Ainsi l'hydrogène et le chlore se combinent entre eux, soit sous l'action de la lumière, soit sous l'influence de l'étincelle électrique, soit sous l'excitation de la force calorifique.

Malgré la diversité de ces agents physiques, 35&'',5 de chlore, en s'unissant à 1^^ d'hydrogène, mettent en liberté 22 calories.

Rien de plus régulier et de plus précis que ce phénomène. 11 commence à un moment donné, se déploie suivant une loi qui ne relève que des masses réagissantes, se termine après un travail accompli que nulle cause ne peut modifier.

Voici, par exemple, un bocal renfermant les deux gaz mentionnés ; j'y plonge un thermomètre, et soumets le tout à l'action d'une chaleur modérée. Que constatons-nous ?

') Mannequin, Essai critique ^iir l'hypothèse des atomes, p. 101. Paris, Alcan, 1899.

L'ascension de la colonne niercurielle répond fidèlement à l'intensité progressive du calorique communiqué, aussi longtemps que l'action chimique tarde à se produire. Celle-ci vient-elle à se déployer, le thermomètre monte rapidement, même si l'apport de chaleur extérieure ne varie pas, et les calculs nous montrent que 22 calories se sont dégagées.

Voilà le fait ; est-il concilial)le avec les principes du mécanisme ?

Évidemment non. Du moment qu'on identifie toutes les énergies chimiques avec le mouvement local pur et simple, la constance du phénomène, son indépendance absolue vis-à-vis des énergies étrangères qui le provoquent, disparaissent fatalement.

Que requièrent, en effet, ces deux caractères distinctifs des phénomènes thermochimiques ?

Une cause stable, permanente, toujours identique à ellemême, une cause enfin qui réside dans la nature des masses réagissantes. La mise en activité de cette cause foncière peut bien dépendre de certaines circonstances que viennent réaliser les agents physiques, telles la chaleur, l'électricité ou la lumière. Encore faut-il que le déploiement de son énergie trouve sa mesure dans les aptitudes naturelles et internes des substances réactionnelles.

Or, dans la théorie mécanique, la cause est externe à l'atome et essentiellement variable ; c'est le mouvement communiqué. Comme tout mouvement, les énergies thermochimiques devront donc subir l'influence directe des agents physiques, se modifier au gré de leur action, sans qu'il soit pos5.ible de tracer une ligne de démarcation, dans la production globale de chaleur, entre le phénomène d'origine chimique et le phénomène effectué par des causes étrangères.

54. Troisième signe de la combinaison. Les lois de poids. — La plupart des chimistes regardent l'indivisibilité

physique des atomes comme le véritaljle fondement des lois pondérales. « Si les corps sont indéfiniment divisibles, dit un éminent chimiste, on ne conçoit pas comment il peut se faire qu'ils ne se combinent pas suivant toute proportion de poids, ou toute proportion de volume » ').

D'ailleurs, pour Dalton lui-même, le restaurateur de l'atomisme hellénique, la découverte de la loi « des proportions multiples » ne fut-elle pas le trait de lumière qui le fit adhérer sans retour à la théorie nouvelle ?

En général, tel est aussi l'avis des mécanistes.

Certes, il n'entre pas dans notre pensée de vouloir amoindrir le mérite de ces travailleurs de marque, qui, au prix de longues et difficiles recherches, ont su découvrir dans le fouillis des faits les admirables lois qui régissent les activités chimiques de la matière. Mais tout en rendant hommage à ces pionniers de la science, on irait à l'encontre des faits si on affirmait que le mécanisme a une part quelconque à revendiquer de ces précieuses découvertes.

Les lois pondérales sont en effet le fruit et l'expression de l'expérience. Comme telles, elles ne relèvent d'aucune théorie philosophique ou scientifique. Et si l'hypothèse des atomes paraît, au moins selon les savants modernes, nous indiquer la cause originelle explicative de ces lois, par contre, le dogme mécaniste de l'homogénéité de la matière ne jette aucune lumière sur le problème à résoudre.

Qu'importe, en effet, la nature de l'atome ! Pourvu (ju'il existe, il jouera le rôle qu'on lui assigne.

Mais ce qui paraît étonnant, c'est l'assurance avec laquelle les tenants du mécanisme recourent à l'indivisibilité atomique comme à un postulat évident, alors que de tous les faits chimiques, nul, peut-être, n'est plus ouvertement opposé

') Henry, Précta de chimie générale. Louvain.

à leurs principes. Nous l'avons étaljli plus haut, placer dans une matière homogène, animée d'un mouvement variable, le principe de la diversité constante des poids atomiques, c'est supprimer le lien essentiel de proportionnalité qui rattache un effet à sa cause.

En résumé, des trois caractères distinctifs de la combinaison chimique, il n'en est pas un seul qui ne crée à la théorie mécanique d'insurmontables difficultés.

55. Le mécanisme justifie-t-il la distinction essentielle qu'il établit entre la combinaison et le mélange?

— Qu'il existe entre ces deux actes une distinction profonde, aucun chimiste, à l'heure présente, n'oserait le contester. Mais où réside-t-elle ? Le composé chimique n'est-il pas, lui aussi, un groupement d'atomes ou de molécules en équilibre ?

« Lorsque deux atomes hétérogènes, écrit M. Wurtz, arrivent dans leur sphère d'action réciproque, ils ne peuvent s'unir sans que leurs mouvements se coordonnent ; il faut qu'il y ait accommodation, et cette accommodation est réciproque ; elle détermine la forme de la combinaison » ').

Eh bien ! puisque dans l'édifice moléculaire, les atomes conservent leur être substantiel etque,d'autre part, l'harmonie des mouvements détermine leur union, où gît cette distinction radicale qui sépare la combinaison chimique des unions physiques ordinaires ? Dans un alliage de fer ou de cuivre réalisé par la force commune de cohésion, n'avons-nous pas aussi des individualités distinctes, enchaînées entre elles par des mouvements? Cette liaison physique n'est-elle pas, dans bien des cas, plus résistante que maintes unions chimiques ?

Sans doute, la combinaison s'entoure de certaines circonstances particulières qu'on ne retrouve point dans le mélange

') Wurtz, La théorie atomique, p. 175.

ou les alliages. Mais toutes ces circonstances, notamment les phénomènes thermiques, le changement de propriétés, l'application des lois pondérales, nous donnent en quelque sorte l'écorce, l'enveloppe externe du fait. Elles laissent entière la question soulevée : Quel est le fondement de la distinction profonde, essentielle que tous les chimistes s'accordent à établir entre le composé chimique constitué et les unions d'ordre physique ?

§ 5. — La récurrence des espèces chimiques.

56. Exposé du fait. — Le monde inorganique présente un dernier fait qui, banal en apparence, n'en a pas moins captivé de tout temps l'attention de l'homme de science et du philosophe : c'est la récurrence invariable des mêmes espèces minérales au sein de l'évolution cosmique.

Dans la nature, se réalisent sans cesse des combinaisons nombreuses que le chimiste renouvelle pour la plupart à son gré dans son laboratoire.

La matière élémentaire, emportée par le tourbillon des activités chimiques, passe par des milliers de composés où elle revêt chaque fois des propriétés nouvelles. Ces édifices moléculaires sont à peine formés que déjà la nature s'en empare, les désagrège, soit pour remettre leurs éléments en liberté, soit pour en faire des synthèses plus complexes. Néanmoins, malgré ces métamorphoses profondes où les caractères distinctifs des corps semblent être le jouet des forces matérielles, toujours se manifestent à nos regards les mêmes espèces chimiques simples ou composées, ornées de cet ensemble de propriétés que le chimiste et le physicien leur ont un jour reconnues.