Le principe de la conservation de la masse

Dans le monde matériel, écrit Lavoisier, * rien ne se perd,

') De sensu et sensato, Lect. 15.

rien ne se crée. » Cela signifie que, « si l'on considère un système de corps complètement isolé, quelles que soient les transformations qui se produisent à l'intérieur du système, la masse totale reste rigoureusement invariable ■> '). En d'autres termes, les éléments transmettent intégralement leurs poids atomiques aux composés, et ils les retrouvent inchangés au sortir de leur état d'union.

Or se peut-il qu'au sein des métamorphoses profondes admises par la ph3'sique aristotélicienne, métamorphoses qui nivellent, dépriment ou accroissent les propriétés corporelles, la masse, et elle seule, échappe à toute variation ?

Oui, assurément et à telle enseigne que le fait contraire constituerait dans ce système une véritable anomalie. La quantité, en effet, nous l'avons établi plus haut, est le facteur par lequel s'exerce la fonction de masse, et cette quantité elle-même, fondée avant tout sur la matière première, est aussi invariable que son fondement. Etrangère à toutes les vicissitudes des natures spécifiques, elle demeure toujours proportionnée à sa cause originelle, c'est-à-dire à la portion de matière qu'elle affecte, et se reproduit sans altération sous les formes substantielles les plus variées ''').

§ 2. — L'affinité chimique.

Quel que soit l'aspect sous lequel on la considère, l'affinité chimique est une des manifestations les plus frappantes de la diversité spécifique des corps inorganiques. Elle se révèle tout à la fois : 1° comme aptitude des contraires à la combi-

') H. Gautier et G. Charpy, Leçons de chimie ù Pusage des élèves des muthétnatiques spéciales. Paris, Gauthier-Villars, 1892.

*) Cfr. pp. 307 et suiv. — Lorsque l'hydrogène, par exemple, se combine à l'oxygène, toute la matière première des deux corps passe dans le composé, en sorte que l'unique quantité de la substance nouvelle ou de la molécule d'eau est exactement équivalente à la somme des quantités des atomes associés.

naison ; 2° comme tendance élective ; 3^ comme force ou énergie chimique,

277. lo L'affinité est l'aptitude des contraires à la combinaison. — A rencontre de la cohésion qui enchaîne les unes aux autres des masses quelconques sans en altérer la nature, l'affinité tend à unir, mais en les fusionnant en un corps nouveau, les substances hétérogènes qu'elle sollicite à l'action. En cela est la différence fondamentale qui distingue ces deux propriétés, l'une d'ordre physique, l'autre d'ordre chimique.

Aussi, la théorie scolastique regarde-t-elle le composé comme un être spécifiquement distinct de ses générateurs.

Or, pour que deux corps puissent, en vertu de leur affinité, nécessiter leur passage à un état substantiel nouveau, il leur faut d'évidence subir au préalable des altérations profondes et donner lieu à une résultante de forces incompatible avec leur nature respective, ce qui suppose l'hétérogénéité des substances réagissantes. Des corps identiques ne peuvent se communiquer des propriétés qu'ils ne possèdent déjà, et toute interaction, si tant est qu'il s'en produise, maintiendrait toujours l'état d'équilibre initial.

Ce phénomène se constate d'ailleurs chez les corps d'égale température : l'un vient-il à se dépouiller d'une partie de sa chaleur au profit de son congénère, il en reçoit aussitôt une compensation équivalente à ses pertes.

En un mot, pas d'affinité ou d'aptitude à la combinaison chez les corps homogènes *).

') L'aftînité, disons-nous, ne s'exerce normalement et spontanément qu'entre corps hétérogènes. Est-ce à dire qu'il est impossible de tormer une espèce nouvelle avec des corps de même nature ? Telle n'est pas notre pensée. La formation de la benzine par polymérisation de l'acétylène suffirait à établir la possibilité de ce fait.

L'acétylène a pour formule QHs. Quand on chaulfe ce composé à 500o,

Cette condition primordiale des réactions chimiques avait été formulée déjà par saint Thomas : « quae miscentur, oportet ad invicem alterata esse, quod non contingit, nisi in his quorum est materia eadem et possunt esse activa et passiva ad invicem » ^).

De cette loi de l'affinité découlent deux conséquences que l'expérience confirme en tous points :

1" Les corps sont d'autant plus aptes à se combiner qu'ils sont, au point de vue chimique et physique, plus différents les uns des autres ^).

2° Lorsqu'un élément se combine par ajoutes successives, l'affinité du composé pour cet élément diminue d'autant plus que ces ajoutes sont plus nombreuses. Les chlorures

trois molécules réagissent les unes sur les autres et se transforment en un corps nouveau qui est la benzine CaHs.

En réalité, y a-t-il dans ce cas une dérogation véritable à la loi générale de l'affinité ? Sans doute, toutes les molécules libres d'acétylène C2Hi! sont de même espèce, mais elles n'ont pas atteint l'état de saturation dont elles sont capables : les deux atomes de carbone tétravalent n'étant ici associés qu'à deux atomes d'hydrogène. Chacun de ces composés demeure donc dépositaire de ces puissantes affinités, qu'à défaut d'hydrogène, le carbone n'a pu utiliser. De là une certaine tendance latente des molécules à s'attirer par leurs parties hétérogènes et à réaliser sous l'influence d'une température élevée un état d'équilibre plus stable. Car, ne l'oublions pas, le mode de formation dont il s'agit ici est tout artificiel et inconnu de la nature. 11 est clair que dans les tissus des végétaux et des animaux où ce corps et ses dérivés prennent naturellement naissance, ce n'est ni l'acétylène qui en fut l'origine, ni la chaleur de 500» qui les a engendrés.

En résumé, ce fait se présente avec un double caractère qui nous permet de le soumettre indirectement à la loi générale. C'est d'une part l'existence d'une certaine hétérogénéité provenant de la non-saturation des masses réagissantes, et d'autre part l'intervention d'une cause étrangère assez puissante pour nécessiter le passage de l'acétylène d'un état substantiel à un autre état substantiel moins caduc.

La plupart des cas de polymérisation doivent s'expliquer par des causes analogues. Nous en reparlerons plus tard dans la discussion des difficultés suscitées par le mécanisme à la théorie scolastique.

') Sum. cont. Gent., Lib. II, c. 56.

*) Henry, Précis de chimie générale, p. 01. Louvain. — Cfr. Dumas, Leçons sur la philosophie chimique, p. 425. Paris, Gauthier-Villars.

d'antimoine et de phosphore nous en donnent un l^el exemple. La première combinaison de l'antimoine et du chlore, représentée par SbCls, dégage 91,39 calories, d'où il résulte que chaque atome de chlore dégage en moyenne plus de 30 calories. Si l'on ajoute à ce composé deux nouveaux atomes de chlore, le dégagement ne sera plus que de 13,48, c'est-à-dire de 7 calories environ pour chaque nouvel associé. De même PhCls a pour chaleur de formation 75,29, tandis que PhCb -\- Cb donne lieu à un phénomène thermique de 29,69.

La raison de cet amoindrissement progressif de l'affinité est bien simple. La première réaction se passe entre corps totalement hétérogènes, le chlore d'une part, l'antimoine ou le phosphore de l'autre. Dans la seconde combinaison au contraire, l'antagonisme des masses réagissantes s'est affaibli, car le composé chloré reflète déjà partiellement les caractères du chlore qui vient s'y surajouter.

278. 2o L'affinité est une tendance élective. — Tous les êtres de l'univers, nous dit la théorie thomiste, ont été créés pour une fin. Ils doivent concourir à la réalisation et au maintien de l'ordre universel qui est la copie du plan divin, et dans ce but, le Créateur les a doués d'inclinations foncières qui orientent leurs activités et assurent la stabilité des lois cosmiques.

« Xatura nihil aliud est quam ratio ejusdem artis scilicet divinae, indita rébus, qua ipsae res moventur ad finem determinatum » '). « Et per hune modum omnia naturalia in ea quae eis conveniunt, sunt inclinata, habentia in seipsis aliquod inclinationis principium, ratione cujus eorum inclinatio naturalis est, ita ut quodammodo vadant et non solum ducantur in fines debitos » ^).

') Physic, Lib. II, lect. 14.

-) S. Thomas, Qtiaest. disp., q. 22, a. I.

Le principe de cette tendance est la forme essentielle. Mais comme chaque être de la nature se trouve incliné par sa forme spécifique à des opérations propres et doit parcourir de ce chef les étapes d'une évolution également spécifique, il faut qu'il y ait entre les espèces du monde minéral des affinités variées. Tel corps aura donc son cercle d'éléments sympathiques avec lesquels il tend à former des synthèses naturelles. Tel autre dirigera dans un autre sens ses énergies natives.

Bref, l'affinité avec ses manifestations si diverses devient l'expression scientifique delà finalité immanente. Elle s'appuie sur la nature même des êtres et lui emprunte sa stabilité et ses traits distinctifs. Telle est la raison philosophique de ce fait.

Cependant, pour saisir les étonnantes harmonies de la physique aristotélicienne et de l'affinité chimique, il est utile de pénétrer plus avant dans l'étude de cette propriété, et de se demander pourquoi les corps doués d'affinité mutuelle ne se combinent pas avec la même facilité.

Quelques-uns en effet ne peuvent se rencontrer sans donner lieu à des réactions intenses, tels par exemple le chlore et le potassium. D'autres veulent bien se combiner, pourvu qu'on stimule au préalable leurs énergies latentes par la chaleur ou l'électricité : le fer et le soufre se trouvent dans ce cas. Il en est enfin dont l'union précaire s'obtient seulement par artifice.

En somme, on retrouve dans cette diversité d'allures une saisissante application de la doctrine scolastique sur les puissances des êtres, et en même temps une expression nouvelle du caractère électif de l'affinité.

L'activité chimique d'un corps est toujours subordonnée à une double condition. Il faut d'abord que l'agent et le patient aient entre eux une certaine sympathie naturelle, une

tendance réciproque à l'union. Mais cette condition ne suffit pas. L'échange d'activité serait encore impossible, si les puissances opératives de l'agent et les puissances passives du sujet destiné à recevoir leur action ne réunissaient point toutes les dispositions requises pour ce commerce intime. Dans les combinaisons chimiques, les substances réagissantes sont simultanément, l'une à l'égard de l'autre, actives et passives ; aucune ne reçoit sans donner à son tour.

Or les obstacles qui empêchent ou ralentissent cette interaction sont nomljreux ; ici la prédominance des forces répulsives rend le contact difficile ; là l'état d'agglomération des corps retient captives les molécules hétérogènes et s'oppose ainsi à leur union, etc.

Mais le nombre et la grandeur de ces obstacles seront-ils les mêmes pour tous les corps ?

Assurément non, et l'on comprend qu'ils doivent être d'autant moindres que les substances sont plus naturellement destinées l'une à l'autre. D'après leur degré d'aptitude, les unes requièrent simplement le contact ; et celles-là se distinguent par une grande affinité mutuelle. D'autres exigent l'emploi d'une cause excitatrice. Certaines même ne réaliseront les conditions voulues que sous l'influence des agents les plus énergiques ; de sorte qu'ici encore les circonstances particulières de l'activité sont fonction de l'affinité et en marquent les divers degrés.

279. 3^^ L'affinité considérée comme force ou énergie chimique. — A parler rigoureusement, l'affinité chimique ne représente point une force spéciale, distincte des énergies physiques. Elle est avant tout une inclination de nature.

Mais lorsque les corps agissent chimiquement, c'est-à-dire en vue de réaliser des composés nouveaux, c'est sous l'incitation de cette tendance foncière que les forces mises en jeu se déploient ; d'ordinaire même, la grandeur de l'action se

mesure à l'intensité de la tendance mutuelle des masses réagissantes. De là, la coutume de placer l'affinité chimique parmi les énergies corporelles. En fait, elle n'en est que la source originelle et le principe régulateur de leur activité.

Pour déterminer les affinités relatives, envisagées sous leur aspect énergétique, les chimistes recourent surtout aux phénomènes thermiques qui accompagnent les combinaisons. Plus les corps dégagent de chaleur en se combinant, plus grande est l'affinité dont ils jouissent. Entre autres avantages, cette étude a permis de classer les corps simples d'après leurs énergies respectives et d'attribuer à chacun d'eux une puissance d'action vraiment spécifique.

X'est-ce pas la vérification expérimentale de ce fait qui domine toute la physique aristotélicienne : chaque être a sa nature distinctive et un ensemble de propriétés qui en sont le rayonnement visible ? La chaleur est donc, elle aussi, une de ces manifestations multiples auxquelles se reconnaît l'espèce chimique.

280. Objection. — Linterprétation scolastique de l'affinité repose entièrement sur l'hypothèse des natures spécifiques. C'est à la constitution même du corps, ou mieux à la forme essentielle, que se rattache la cause originelle des tendances électives, des circonstances spéciales des combinai.sons^ de l'intensité d'action qui s"y déploie.

Or, en assignant pareil fondement à ce phénomène, ne semble-t-il pas qu'on le soustraie du même coup aux nombreuses modifications dont il est en fait susceptible ? La chaleur, on le sait, la lumière et l'électricité peuvent accroître ou diminuer l'action chimique, stimuler ou trouble'r l'exercice de l'affinité. La th*';orie thomiste, au contraire, ne dote-t-elle pas cette propriété d'une constance absolue ?

Distinguons d'abord deux sortes de combinaisons : les unes sont exothermiques ou s'accompagnent d'un dégage-

ment de chaleur, les autres sont endothermiques ou absorbent de la chaleur.

Les combinaisons exothermiques n'offrent à ce sujet aucune difficulté sérieuse, car pour ce genre de composés l'influence des agents physiques n'a aucune répercussion sur l'affinité elle-même. La meilleure preuve en est que la chaleur dégagée par la réaction chimique est une donnée invariable, indépendante de la nature et de la part d'intervention des causes extrinsèques. Que la formation de l'acide chlorhydrique HCl soit provoquée par la lumière, la chaleur ou l'étincelle électrique, une molécule-gramme de ce corps dégage toujours exactement 22 calories. Dès lors, l'unique rôle attribuable aux inlluences étrangères consiste à réaliser les conditions requises pour la combinaison, sans plus.

Les combinaisons endothermiques sont encore, à l'heure présente, l'un des points les plus obscurs de la science ').

Certains chimistes se refusent même à croire à leur possibilité. Toute action chimique, disent-ils, met toujours en liberté une certaine quantité de calorique, mais il arrive que le travail de désagrégation des masses préalable à la combinaison ^), ou d'autres phénomènes analogues consomment plus de chaleur que n'en dégage le composé nouveau, et le phénomène global devient endothermique. Au point de vue chimique, ces corps suivraient donc exactement la loi générale, et l'affinité conserverait son privilège d'intangibilité comme dans le cas précédent.

Cependant plusieurs composés se prêtent difficilement à cette interprétation. Aussi, bon nombre de savants regardent

') Cfr. Lothar Meyer, Les théories modernes de la chimie, pp. 234 et suiv.

*) Aristote lui-même signale cet obstacle aux combinaisons chimiques : « Parva autem dum parvis admoventur, propensius misceri soient; quippe quum ea facilius celeriusque in se transmeent. At multum tardius hoc idem efticit, patiturque a multo. - De générât, et cormpt., Lib. I, c. 10.

la chaleur absorbée comme nécessaire à la constitution du corps.

Que dire de cette seconde hypothèse ?

Elle sauvegarde aussi bien que la première la constance de l'affinité. En efifet, quelle que soit la cause de l'absorption, chaque corps endothermique emmagasine une quantité déterminée et invariable de calorique. Or l'invariabilité du phénomène thermique dénote l'invariabilité de sa cause. L'apport d'énergie fourni au composé est le complément intrinsèque dont celui-ci a besoin pour se constituer, mais cet apport même est réglé par l'affinité.

§ 3. — L'atomicité ou la valence.