Postulat fondamental de la théorie cristalline

— L'hypothèse cristalline, admise actuellement par la généralité des savants, s'est montrée d'une incontestable fécondité. De l'avis de tous, l'ensemble des phénomènes relatifs à l'état parfait de la matière y trouvent une explication rationnelle, souvent très simple et pleinement satisfaisante.

') De Lap parent, Cours de minéralogie^ p. 279.

Comme toute théorie, elle dépend cependant d'un postulat, (lui revêt, dans l'espèce, une primordiale importance. Elle suppose, en et^'et, que la molécule du cor|)s cristallisé est elle-même douée de la forme spécifique du cristal entier. Selon Bravais, l'état cristallin n'admettrait pas d'autre raison physique.

Le point délicat dans le phénomène de cristallisation n'est donc pas de savoir comment, sous l'empire des forces attractives et répulsives, des particules, qui présentent en miniature la forme du cristal sensible, viennent réaliser Tordre et la symétrie du réseau cristallin. D'évidence, les lois de l'équilibre suffisent ù justifier ce fait. Mais ce que l'hypothèse laisse encore dans l'ombre, et qu'il est du plus vif intérêt de connaître, c'est la genèse de l'embryon cristallin ou de la forme moléculaire.

68. Constitution de Tembryon cristallin. ~ Le polyèdre cristallin est un édifice très complexe '). De nombreuses molécules chimiques en forment les parties constitutives. Bien que la science actuelle ne soit pas encore parvenue à évaluer le nombre de ces éléments intégrants, il est certain que, dans un cristal donné, ce nombre est parfaitement déterminé et identique pour chacun des polyèdres. Selon la théorie, en effet, toutes les particules cristallines, admises à faire partie d'un réseau, possèdent, d'ordinaire, le même poids spécifique.

') Dans l'état actuel de la cristallographie, ce serait une erreur de confondre la molécule cristalline avec la molécule chimique. ♦ La particule, écrit M. de Lapparent, élément indispensable et ultime de la formation d'un cristal, est bien autre chose qu'une molécule. C'est un polyèdre que ses éléments de symétrie, passant tous par le centre de gravité, divisent en une série de cellules pvramidales, les cellules fondauietitales de Schoentlies, aboutissant par leurs bases à la périphérie. Dans chacune de ces cellules hAh'\\.& wne particule fondamentale^ eWemême agrégat de molécules chimiques en nombre probablement assez grand. » Cfr. Atomes et molécules (Revue des Questions scientifiques, avril 1902, p. 371).

En second lieu, puisque l'embryon cristallin est lui-même doué de la forme géométrique du cristal sensible, les molécules chimiques qui le constituent, doivent s'y agencer suivant des directions choisies, et un ordre spécial à chaque espèce de corps. Sinon, la symétrie interne, comme la régularité des contours du polyèdre embryonnaire n'auraient aucune cause déterminante.

69. Critique de l'interprétation mécanique. — Quel peut être, dans la théorie mécanique, ce principe régulateur qui préside à l'agencement des molécules chimiques au sein du polyèdre cristallin, en fixe le nombre, en détermine enfin le mode d'union ?

On fait appel au mouvement des particules homogènes ; mais ne l'a-t-on pas dépouillé de tout élément finaliste, de toute tendance interne vers un but déterminé ? Comment se produit donc cette convergence des mouvements moléculaires qui groupe dans l'édifice polyédrique, conformément aux lois établies, les éléments destinés à en faire partie ?

Ces particularités du phénomène de la cristallisation, direTC-vous, sont la conséciuence fatale d'un état d'équilibre de la matière. Les corps (Mit une tendance innée à la stabilité, et c'est justement l'état cristallin qui répond à ce vœu de la nature. D'accord, vous énoncez un fait ; nous sommes à la recherche des causes qui le réalisent. Or, dans un fourmillement de molécules semblables, animées de mouvements identiques, s'entrechoquant en tous sens, nous ne découvrons aucun agent capable de déterminer le groupement polyédrique et de lui donner, avec une {)récision mathématique, sa forme cristalline.

Si des profondeurs des masses moléculaires, un principe de finalité immanente imprimait aux mouvements des directions privilégiées, le mode d'association et sa constance se comprendraient peut-être plus aisément. Mais se peut-il que

des masses, essentiellement lioniugènes, se trouvent sous l'empire d'inclinations spécifiques ?

Sous quelque aspect qu'on l'envisage, soit que Ton scrute les modalités du mouvement, soit que l'on pénètre la nature intime du corps, ce phénomène reste une énigme, car il est marqué au coin de l'ordre, et l'ordre ne se conçoit point sans un principe régulateur.

§ il. — Faits physiques proprement dits.

Dans cet exposé, nous nous occuperons exclusivement des propriétés physiques qui présentent, j)our les différentes espèces de corps, des caractères différentiels et peuvent, à ce titre, ser\'ir au ph3'sicien de critérium de spécification '). C'est à ce point de vue qu'elles ont leur place marquée dans une étude cosmologique.

70. Poids spécifique. — Tous les corps occupent dans l'espace un certain volume ; mais, sous un même volume, tous ne renferment point la même quantité de matière. Dans la détermination du poids relatif des corps, les ])hysiciens ont choisi l'eau pour unité de mesure ; ils appellent densité ou poids spécifique d'une substance solide ou lic|uide, le rapport de st)n poids à (^elui d'un même volume d'eau distillée à son maximum de densité.

L'expérience démontre que chaque corps a une densité rigoureusement spécifique ^).

.71. État naturel des corps. Sous l'inrluence de la chaleur ou d'un refroidissement suffisant, tous les corps passent successivement par les trois états, liquide, solide et

') Pour ne rien préjuger de la nature intime des corps, nous prenons ici le mot espèce dans le sens que lui accordent les hommes de science.

-) Voir le tableau des poids spécifiques des solides et des liquides. Daguin, Traité élémentaire, tome I, p. 197.

gazeux. Le carbone, que l'on avait regardé jusqu'ici comme un corps infusible et fixe, fut récemment volatilisé à une température de 3500°. L'hydrogène lui-même, rangé d'ordinaire parmi les gaz permanents ou réfractaires à tout changement d'état, a pu être liquéfié et solidifié. •

Néanmoins, dans les circonstances ordinaires de pression et de température, chaque corps a son état propre.

Il est vrai qu'un grand nomljre de substances matérielles sont naturellement gazeuses, mais aucune ne l'est au même degré. Le chlore à — 35o prend facilement l'état liquide. L'oxygène n'y arrive qu'à une température de — 181o4. L'hydrogène exige un refroidissement de — ^220".

Ces différences d'aptitude à al)andonner leur état normal se remarquent également chez les corps solides et liquides.

Si l'on tient compte de ce fait général, il est donc permis d'affirmer que l'état d'un corps est un caractère spécifique. Or, d'où dépend cet état ? De la coliésion qui s'exerce entre les particules, et, en dernière analyse, de la molécule chimique ou des atomes qui constituent respectivement l'individualité du corps.

72. Phénomènes calorifiques. — Le cot-fficient de dilutiilioii d'un corps solide, liquide ou gazeux est, en général, l'accroissement que prend l'unité de volume, lorsque la température s'élève de 0° à 1". Ce coefficient diffère d'une substance à l'autre ; il reste néanmoins constant pour une substance déterminée.

On a longtemps admis que tous les gaz se dilatent de la même manière quand on les soumet à une même variation de température.

Mais la loi de Gay-Lussac qui exprime ce rapport est une loi-limite. Il en est ainsi de la loi de Mariotte d'après laquelle, la température restant la même, le volume d'un gaz 'serait en raison inverse de la pression. 11 résulte des expériences

de Régnault, que les coefficients de dilatation des corps gazeux diffèrent réellement les uns des autres, bien que ces différences soient extrêmement petites et diminuent de plus en plus, à mesure que les gaz s'approchent de l'état gazeux parfait. L'hydrogène et l'oxyde de carbone en donnent un bel exemple. Le premier a pour coefficient, sous pression constante, 0,003(i(U ; le second, 0,003GG9.

La loi générale ne comporte donc pas d'exception.

75. Chaleur spécifique. — Si l'on prend comme unité de chaleur la calorie, c'est-à-dire la quantité nécessaire pour élever d'un degré la température d'un kilogramme d'eau, on constate qu'il faut communiquer aux masses égales de corps différents, un nombre différent de calories pour élever leur température d'un degré.

En un mot, les corps se diversitient par leur capacité calorifique ou leur chaleur spécifique.

L'examen de ce fait a conduit deux physiciens, Dulong et Petit, à la découverte d'une loi remarquable qui rattache la physique à la chimie. En voici la formule : « La chaleur spécifique des corps simples solides est en raison inverse des poids atomiques. » En d'autres termes, ces deux dt)nnées sont dans un tel rapport, qu'en les multipliant Tune par l'autre on obtient une constante.

Citons quelques exemples :

Ltf zinc a pour chaleur spécihque 0,1)1)50 )

. , ^ ( à'oii le produit ij:2.

» » poids atonuque G4,9 )

Le sodium > chaleur spécifique 0,2924 )

.^,.., / d'où le produit 6,7.

» » poids atomique 23,043 )

Le potassium > chaleur spécifique 0,1655 )

. , , , ,^ <■ <i'oii le produit 6.5.

• 4 poids atomique 3'J,1:38 ) '^

Pour les corps solides, la moyenne ou la constante est G,4. Pour les corps gazeux parfaits, elle est 3,4.

Quant aux autres corps, elle oscille entre ces deux chiffres^ en se rapprochant de l'un ou de l'autre, selon que le corps tend davantage vers l'état solide ou vers l'état gazeux ').

Plus tard, Régnault, Kopp, Woestyn ont étendu la loi aux composés eux-mêmes et établi « qu'au poids moléculaire de chaque composé solide correspond une chaleur spécifique qui est, au moins approximativement, la somme des chaleurs spécifiques des atomes contenus dans la molécule ».

C'est, on le voit, un moyen précieux de découvrir le nombre d'atomes d'une combinaison donnée.

Ainsi, le produit de la chaleur spécifique de l'iodure de plomb Pbloj par le poids de la molécule donne 19,65. Or, si l'on divise ce produit par 3, on obtient 6,55, c'est-à-dire un chitfre à peu près équivalent à celui qu'on obtiendrait en multipliant la chaleur spécifique d'un atome par son poids.

Mais la conclusion importante qui se dégage de ces lois, c'est que chaque corps simple ou composé jouit d'une capacité calorifique spécifique, inversement proportionnelle à son poids atomique ou moléculaire.

74. Température de fusion ou de vaporisation.— Sous pression constante, tout corps entre en fusion à une température déterminée, invariable et qui lui est propre. L'étain tond à 228°, le plomb à 335, le zinc à 350, le platine à 1775.

') Cette loi n'est cependant pas rigoureusement vraie. Pour plusieurs corps, la chaleur atomique varie considérablement avec la température, avec l'état d'agrégation et d'autres circonstances physiques.

« Si nous tenons compte, dit Lothar Meyer, que, généralement, la loi n'est plus vraie dans le voisinage du point de fusion où à l'état liquide, on peut admettre... que la loi de Dulong et Petit est vraie pour tous les éléments métalliques, ou sinon absolument pour tous, du moins pour tous entre certaines limites de température déterminées, parce que dans l'intervalle de ces limites la chaleur spécifique ne varie que peu avec la température... » Les théoriea uwdernes de la chhnie, p. 90. Paris, Carré, 1887.

Cours de Cosinologia. 8

De même, sous une pression donnée, la vapcjrisation ne commence qu'à une température Hxe et spéciale pour chaque substance.