L'atomicité dépend de la nature des corps

— L'atomicité n'est pas plus que le poids atomique et l'affinité, livrée aux caprices du hasard ou des circonstances variées dans lesquelles s'exerce l'activité de la matière. Plusieurs chimistes de valeur, dont l'opinion toutefois n'a point prévalu, lui ont même attribué une constance absolue.

Aujourd'hui tous les auteurs admettent qu'elle est susceptible de certaines variations, dans des limites déterminées et parfois même très restreintes.

Toute théorie qui prétend expliquer le fait de l'atomicité ou de la valence des corps, a donc une double tâche à remplir : elle doit d'abord justifier la constance de cette propriété, et

') Ramsay, La c/itinic moderne, t. I, p. 146. Paris, (iaiitliitM-Villars, 1909.

de plus, rendre compte de ses variations, de manière que les exceptions n'entraînent pas la ruine de la loi reconnue.

Examinons si les principes de la cosmologie scolastique satisfont à cette double condition.

Le composé chimique, avons-nous dit, est le but primordial vers lequel convergent les corps simples, chaque fois que, dociles aux sollicitations de leurs affinités mutuelles, ils déploient les plus puissantes énergies de leur être. Lui seul, dit Aristote, fixe le terme de leur tendance native.

C'est aussi, à raison de ce rôle, que le composé forme un type nettement défini, d'une physionomie invariable, toujours et avant tout dépendante de la nature des générateurs. Ou'arriverait-il, en effet, si toutes les circonstances infiniment changeantes de la combinaison pouvaient exercer une influence réelle sur la constitution du composé ? Au lieu d'être une fin naturelle pour les corps qui l'engendrent, il serait un produit du hasard aussi variable que le milieu où il prend naissance — hypothèse condamnée d'avance par les faits.

Or, la nature d'un composé ne dépend pas seulement du caractère des composants, mais aussi, et pour une large part, du nombre d'atomes qui les représentent. Citons, entre mille exemples, la combinaison du chlore et du mercure. Ces éléments constituent par leur union deux composés très distincts, l'un le chlorure mercurique HgCl^, l'autre le chlorure mercureux Hg Cl . Cependant, la diversité spécifique de ces deux chlorures tient à une simple différence dans le nombre d'atomes de mercure.

Mais ce nombre d'atomes d'où dépend-il ? De l'atomicité, puisqu'il en est la mesure.

L'atomicité relève donc, elle aussi, de la nature des générateurs '). Elle jouit avec le composé chimique d'une même

1) Nernst, Traité de chimie générale, t. I, p. 323. «L'intensité de cette action, dit-il, dépend dans une large mesure de la nature des atomes entre lesquels elle s'exerce, aussi du nombre et de la nature des aulres atonies qui se trouvent dans l'édifice moléculaire, v

constance, vu qu'elle en est une des causes déterminantes, et doit avec lui se rattacher à une même source originelle.

253- Variations de l'atomicité. — Il ne faudrait pas s'imaginer cependant, qu'appuyée sur un tel fondement, cette propriété soit exempte de toute variation.

Si la complexité atomique des composés, expression réelle de l'atomicité relative, a pour cause éloignée la nature des composants, elle a aussi pour cause prochaine les attractions et les répulsions exercées par les agents immédiats de la combinaison. Car, ne l'oublions pas, les phénomènes chimiques sont des actions de contact, et le contact entre tel nombre déterminé d'atomes plutôt qu'entre tel autre, suppose l'intervention de forces appropriées.

Sans doute, les forces qui président au rapprochement des atomes et préparent de la sorte leur fusion définitive en un corps nouveau, émanent comme les autres du fonds substantiel de l'être. Elles demeurent sous sa dépendance, suivent ses directions, règlent leur mode d'activité d'après ses exigences naturelles ').

Mais, comme il a été dit plus haut, il importe de ne jamais perdre de vue, que toutes les forces de la nature, sans exception, sont destinées à s'exercer au sein des vicissitudes infiniment variées de la matière, et qu'une absolue indépendance à l'égard de ces milieux ne serait ni intelligible, ni compatible avec les caractères de l'ordre cosmique. Aussi, dans certains cas, la force antagoniste par excellence, la chaleur, diminue l'atomicité en exaltant les forces répulsives. Parfois elle assure la prédominance des attractions sur les répulsions et favorise

') « Chaque atome a évidemment, en dehors des actions spcciliques qu'il peut exercer sur des groupements voisins, une propriété particulière, la valence, qui est douée de la qualité du nombre et de celle d'orientation. D'où vient cette propriété mystérieuse de la matière .' Nous ne le savons pas, nous ne la connaissons pas dans sa nature. » Freunoler, La stéréochimie, p. 65. Paris, G. Carré et Naud, 1901.

le contact. Parfois encore l'excès de l'une des masses réagissantes suffit à modifier la complexité atomique de la combinaison.

Quoi qu'il en soit, le cercle restreint de ces variations et les circonstances déterminées où elles se produisent, montrent une fois de plus combien il est indispensable de rattacher la constance relative de l'atomicité aux principes fonciers des agents chimiques.

Actuellement, on cherche à rendre compte de l'atomicité en faisant appel à la théorie électronique.

Quel sera le résultat de ces tentatives ? Nous l'ignorons ; mais ce qui nous paraît certain, c'est que l'échange ou l'union d'électrons, en laquelle on fait consister l'exercice de l'atomicité, revêtira toujours le caractère de coiistance relative.

Du point de vue cosmologique, le problème restera donc ce qu'il est aujourd'hui ').

254. Application de l'hypothèse scolastique aux combinaisons des corps saturés '). — Le mécanisme, on s'en souvient, se heurte, dans l'interprétation de cette sorte de composés, à d'insurmontables difficultés.

Le cas typique qu'il avait lui-même choisi comme exemple est la formation du carbonate calcique CaC03 à l'aide de deux molécules respectivement saturées CO^ et CaO. Aucun de ces corps, semble-t-il, ne tend à une union nouvelle, puisque leurs atomes constitutifs ont dépensé, en s'unissant, toutes leurs atomicités disponibles. Comment donc les river l'un à l'autre ? On eut recours à une hypothèse subsidiaire, celle de « l'échange d'atomicités ».

') ('fr. D. Nys, Cosmologie, tome I®'', § 4. L'atomicité ou la valence.

2) La combinaison des corps saturés n'est pas un fait exceptionnel. L'ammoniaque nous en donne, à elle seule, de très nombreux exemples. Elle s'ajoute directement à tous les acides de la chimie minérale et organique, et forme une classe de composés additionnels aussi importants que variés.

Ces complexes, formés par l'union de composés saturés, sont appelés combinaisons moléculaires.

D'après cette conception mécanique, les atomes immuables des générateurs n'acquièrent point, pour la circonstance, de capacité nouvelle ; ils se contentent de diviser leurs mouvements, d'en faire une juste répartition sur les voisins qu'ils ont mission d'enchaîner, limitant le partao-e aux strictes nécessités de l'union.

Nous avons vu l'illogisme, l'arbitraire, ou mieux l'impossibilité physique de cette hypothèse.

Combien simple, au contraire, et plus scientifique est la théorie qui accorde à chaque espèce chimique une nature réellement spécifique !

Avec elle, regardez les deux molécules d'oxyde de calcium CaO et de gaz carbonique CO comme deux êtres nouveaux, doués chacun d'unité essentielle. Aussitôt toute difficulté s'évanouit, et le cas présent rentre sous la loi générale qui régit la combinaison des corps hétérogènes.

CO^ est un être proprement dit, dans lequel un seul principe spécifique a ramené à l'unité les bases matérielles du carbone et de l'oxygène. Issu de ces éléments à la suite d'altérations profondes, il en contient les virtualités tempérées ; mais, comme tout être,, il a sa nature propre, son inclination foncière ou son affinité, des propriétés chimiques et physiques, prêtes à s'exercer dans les conditions voulues.

Cette molécule est saturée, si l'on veut désigner par là que le carbone se trouve associé à la quantité maximale d'oxygène dont il est susceptible. Mais l'état de saturation réciproque de ces atomes n'enlève point au composé comme tel l'aptitude à se combiner avec à'atUres espèces. Il y a ici deux points de vue essentiellement distincts, parfaitement compatibles entre eux, à condition de sacrifier la persistance actuelle des atomes dans le composé au profit de la thèse de l'unité. La molécule devient alors une espèce déterminée qu'il serait illogique de priver, soit d'affinité, soit d'une certaine capacité de combinaison.

Tout ce que nous avons dit de cette première molécule CO , s'applique au même titre à la seconde CaO.

Mettons donc ces deux corps en présence l'un de l'autre. Poussés par leurs affinités mutuelles, ils réagiront comme le feraient deux corps simples, et donneront naissance, en perdant leur individualité respective, à un substitut unique, le carbonate de calcium ').

Absence de toute hypothèse subsidiaire, application de la loi commune dans toute sa simplicité primitive, telle est la caractéristique de ce fait.

§ 4 La combinaison

255. Distinction essentielle entre la combinaison et les actions physiques. — Les physiciens et les chimistes s'accordent à établir entre leurs sciences respectives

') On touche ici du doigt le vice radical du mécanisme dans l'explication de ces phénomènes. Après avoir rejeté l'unité du composé, ce système se vit en effet dans la nécessité de reporter sur les atomes individuels les propriétés qui semblaient cependant appartenir au résultat de leur union. Dès lors, l'ajoute de nouveaux corps à des atomes déjà saturés devenait impossible, à moins de greffer sur la théorie ancienne l'hypothèse nouvelle de l'échange d'atomicités.

Il est intéressant de constater « qu'en ces derniers temps on a fait beaucoup de tentatives pour soumettre les combinaisons moléculaires à un schéma de valences, en admettant... qu'entre les molécules s'exercent des forces analogues à celles qu'on a supposées pour expliquer la saturation réciproque des atomes». Cfr. Nernst, Traité de chimie générale, t. I, p. 328. Paris, Hermann, 191 1.

Cet auteur distingue différentes espèces de combinaisons, et il ajoute : « Si les molécules d'une combinaison peuvent exister à l'état de gaz ou de dissolution, et en général, à l'état amorphe, nous sommes bien obligés d'admettre une action des valences pour maintenir l'assemblage, sans quoi le mouvement thermique des molécules amènerait la séparation des composants. »

une distinction profonde '). Cependant toutes les différences jusqu'ici présentées à l'effet de délimiter ces deux domaines, ne visent-elles pas des traits accidentels qui laissent soupçonner une cause plus intime de différenciation ?

S'inspirant des faits eux-mêmes, Aristote et son école ont mis en relief cette cause cachée. Le mixte inorganique, dit le philosophe, est la fusion de tous les générateurs en un être unique, en une espèce nouvelle dans laquelle les éléments ne possèdent plus qu'une existence virtuelle. A la différence du mélancre et des phénomènes physiques qui ne dépassent point la sphère des modifications accidentelles, la combinaison atteint la substance même des êtres et la transforme en une

unité supérieure.

La chimie peut ainsi se définir : l'étude des transformations

n Cfr Nernst, Tnutéd, chimie générale, i- partie, pp. 35-38. Paris, Her- Jnn 19... - Ramsav, La chimie moderne, 2- partie, p. .- Pans, Gaath.er- Villars .qii -Cfr. JOB. Chimie (De la méthode dans les sciences), pp. 184- .9. Paris Alcan, .910. « L.s espèces, dit Job, r.e sont pas P-f -"^-'J^^ peuvent pparaître ou disparaître. Et tel est le caractère de la transforma Tn chimique -.c'est un changement discontinu qui détruU complètement leruins eues et qu. en fa.t naître de nouveaux. Voilà - ^- ^première importance : nous pouvons créer des e.pèces >>, p. 165. - ^^^^^f^^'^ ^/^ sunsen liber Natur philosophie, S. 287. Leipzig,Vea,t902. « On d.t, d ordma.re que les élément; persistent dans les composés. Cette express.on do t Le prise, non po.nt dans son sens obvie, mais dans un sens plus restreint Ergénéral, les combinaisons chimiques s'accompagnent de changements complets des propriétés. 11 suffit, pour s'en convaincre, de comparer d une part le sodium et le chlore, et d'autre part, le sel de cuisine qm en su U ^ Et comme chaque élément est déterminé par la somme de ses P-M|netes .1 ne peut être question, si l'on se place au point de vue des propriétés, de la persistance des éléments dans le composé chimique. B,en S^-^'^'^^ tance consiste exclusivement dans la possibilité pour l'élément de pouvoir réapparaître, au sortir de ses combinaisons, en quantité inchangée. »

Si, au point de vue purement thermodynamique, les phénomènes chimiques et physiques nous offrent certaines analogies frappantes, 1 reste vrat, qu'à tous les autres points de vue, ces deux sciences conservent ^^urs caractères distinc.ifs. « Le discontinu retrouve alors son rôle, ecri. encore Job, et la chimie qui semblait se fondre dans la physique reprend son véritable caractère. * Cfr. ./. cit.. p. .9.. - Cir. 1). Nvs, Cosmologie, t. I. pp. .29-'3..

essentielles de la matière considérées au point de vue de leurs manifestations sensibles.

Caractériser de la sorte l'acte de la combinaison, c'était, on le devine, justifier à l'avance toutes les distinctions établies par la science moderne entre la chimie et la physique.

1° Les phénomènes chimiques, dit-on, sont spécifiques ; ils revêtent dans chaque corps une physionomie spéciale. Au contraire, les phénomènes ph3'siques sont généraux ou ne varient guère malgré la diversité des substances qui en sont le siège. Peut-il en être autrement, si les premiers entraînent un changement de nature, tandis que les seconds n'effleurent que l'écorce de l'être ?

2° En chimie, ajoute-t-on, les changements sont permanents. En physique, ils sont d'ordinaire transitoires.

L'oxyde de mercure, HgO, ne possède aucune aptitude à revenir à son état initial, c'est-à-dire à rendre de lui-même la liberté à ses constitutifs, même quand la cause occasionnelle de la combinaison a disparu. Par contre, l'eau volatilisée reprend spontanément son état liquide dès qu'on la soustrait à l'action de la chaleur.

N'est-ce pas encore une des conséquences prévues de la distinction mentionnée ?

Comme toute espèce chimique, l'oxyde de mercure a une tendance à la stabilité ; il ne peut perdre sa nature et ses propriétés inhérentes, à moins que des causes dissolvantes, supérieures aux énergies qui ont concouru à sa formation, ne viennent le détruire.

Mais dans tous les changements où l'être conserve son entité substantielle et ses exigences naturelles, — tel est le cas de l'eau gazeuse — le corps doit, d'évidence, réintégrer son état normal ou abandonner ses propriétés d'emprunt aussitôt que la cause qui les lui communique cesse de l'influencer.

3° Enfin, continuent les chimistes, les altérations produites par la combinaison sont plus profondes que les altérations physiques.

De nouveau, étendez les premières à la substance des êtres, et la distinction d'ordre s'impose. Maintenez, au contraire, avec les mécanistes, sous les deux espèces de changements l'immutabilité substantielle du corps, et l'opposition se réduit à une simple différence quantitative.

256. Diversité des combinaisons chimiques. — Que les composés soient la fin naturelle de leurs générateurs, il est aisé maintenant de le comprendre. Leur nature dépend de trois causes principales : 1° du caractère spécifique des composants; 2° du nombre d'atomes que ceux-ci y apportent; 3° de la manière dont les propriétés atomiques se groupent dans le composé.

Or, l'influence de ces facteurs n'est point réglée par les circonstances variables de la combinaison, mais avant tout par la nature des éléments. Sans doute, la pression, la température, les masses en présence y exercent un certain rôle, mais l'affinité ou la finalité immanente reste toujours le principe directeur des activités, de même que l'atomicité, qui a ses racines dans les secrets replis de l'être, détermine la part quantitative d'intervention des substances réagissantes.

Veut-on pousser plus loin ce travail d'investigation et se demander pourquoi les moindres changements apportés aux générateurs ont toujours leur répercussion dans l'essence même du composé ? On saisira alors sur le vif cette loi cosmique fondamentale si souvent invoquée par les scolastiques, loi d'après laquelle tout principe spécifique nouveau correspond adéquatement à la résultante des forces qui nécessitent son apparition.

Destiné à fixer le composé dans ses notes essentielles, ce principe apparaît au moment où les propriétés des substances réagissantes, nivelées et réduites à une commune mesure, le

réclament. Entre lui et les altérations antérieures à sa genèse, il y a donc toujours une corrélation parfaite.

Or, que faut-il pour modifier cette résultante ? San.s doute, il suffit que l'un des composants se trouve remplacé par un autre. Mais pareille substitution n'est même pas nécessaire. La qualité des agents restant la même, qu'un simple changement intervienne dans le nombre des atomes, et la résultante variera fatalement, car un atome représente une quantité d'énergie à laquelle elle ne peut être insensible ').

On le voit, à raison de leur indissoluble union, le terme des altérations et la forme essentielle du mixte inorganique sont soumis aux influences des mêmes causes.

Les phéftofnènes thermiques qui accompagfient les combinaisons

L'étude de ces phénomènes soulève deux questions : 1° Quelle est la cause originelle de cette chaleur ? — 2° D'où viennent sa constance relative et son intensité ?

257. 1° Origine de la chaleur chimique. — D'ordinaire, il y a lieu de reconnaître dans le phénomène thermique global, produit par une combinaison, deux parties bien distinctes dont l'une se rattache à des causes physiques telles que changements d'état, pression extérieure, température de la réaction, et l'autre à une cause chimique, l'union des composants. « Il existe à peine un ou deux cas, dit Berthelot, où l'on puisse mesurer directement la chaleur dégagée par les

') Cette loi fondamentale nous fournit aussi la raison de la diversité spécifique des corps isomères. Nous avons montré plus haut avec quelle facilité la théorie thomiste peut rendre compte de cette sorte de corps. Cfr. pp. 370 et suiv.

seuls travaux chimiques » '). La combustion du chlore dans l'hydrogène étant de ce nombre, choisissons-la pour exemple.

Ces deux corps gazeux, quoique doués d'une grande affinité mutuelle, ne se combinent que très lentement à température ordinaire. Placés dans un même bocal à l'abri de la lumière, ils peuvent rester mélangés pendant des années sans qu'on puisse y constater un changement notable. Néanmoins, une chaleur suffisante parvient facilement à triompher de cette apparente antipathie.

Chauffons-les donc modérément et voyons ce qui se passe.

A mesure que l'apport de calorique fourni par la source extérieure augmente, la température du mélange s'élève, mais cet accroissement de température ne dépasse guère le calorique communiqué aussi longtemps que l'apport de chaleur est peu considérable. Provoquons maintenant, à l'aide d'une étincelle électrique, un échauffement local d'une certaine grandeur. Qu'arrive-t-il ?

En un instant les 35,5 grammes de chlore et le gramme d'hydrogène s'unissent et déversent dans le milieu ambiant une énorme quantité de chaleur, savoir, 22 calories ^).

Il est clair que ce nouveau phénomène thermique a une physionomie propre, qu'il diffère essentiellement du phénomène précédent. Sur quoi se fonde leur distinction?

Le premier est surtout d'origine ph5^sique; il relève d'une cause extrinsèque aux substances réagissantes. Le second est d'origine chimique; il est visiblement commandé par l'affinité.

Avant que les conditions de réaction soient totalement réalisées pour toute la masse gazeuse, les puissantes énergies

') Berthelot, Easai de mécanique cJiiiniqiir. T. 1 : Calorwiétrie, p. 4. Paris, Dunod, 1878.

2) Le dégagement de chaleur produit par rétincelie en un point déterminé est assez grand pour élever la température d'un certain nombre de molécules ; celles-ci, se trouvant dans les conditions requises d'action, réagissent vivement et dégagent une quantité considérable de chaleur qui provoque la combinaison d'autres molécules, ("'est ainsi qu'une fo s amorcée, l'action se propage très ra|)idemenl et peut même devenir presque instantanée.

du chlore et de l'hydrogène se montrent à peu près indifférentes aux sollicitations du dehors. Sans doute quelques molécules privilégiées se combinent, mais la quantité de chaleur qui en résulte est trop petite pour augmenter sensiblement le calorique communiqué. L'état thermique du mélange est donc déterminé surtout par une cause physique externe.

Au contraire, ces préparatifs achevés, les corps, comme le cHt saint Thomas, se portent spontanément l'un vers l'autre en vertu de leur finalité immanente, « ita ut quodammodo vadant et non solum ducantur in fines debitos », et c'est uniquement sous l'influence d'excitations internes, ou plutôt de l'affinité, que leurs forces prennent leur libre essor.

Il 3' a donc entre ces deux sortes de dégagements de chaleur une ligne de démarcation bien tranchée, à condition toutefois d'entendre l'affinité au sens scolastique de ce mot.

258. 3° Cause de la constance relative et de l'intensité de ces phénomènes. — Les plus chauds défenseurs du mécanisme n'ont jamais contesté la virulence particulière des activités chimiques.

« L'énergie qui est mise en jeu dans les activités chimiques, écrit Jouffret, se chiffre par des nombres de kilogrammètres beaucoup plus élevés que celle fournie par la pesanteur et les agents physiques » '). Tel est aussi notamment l'avis du P. Secchi ^), et des chimistes modernes ').

Bien que cette différence soit d'ordinaire très considérable, la théorie finaliste n'a pas à s'en émouvoir. Elle en avait indiqué la cause en plaçant les phénomènes thermochimiques et la capacité de travail sous la dépendance de l'affinité.

Dans la combinaison, l'être tout entier se livre, ouvrant

^) Jouffret, Introduction à la théorie de l'énergie, p. 52. Paris, (lauthier- ViUars, 1883.

-) Secchi, Unité des forces physiques, p. 562. Paris, Savy, 1869.

•<) Nernst, Traité de chimie générale, tome I, p. 35. Paris, Hermann, 191 1,

toutes larges ses réserves d'énergie ; il donne tout ce qu'il peut dans les circonstances particulières où il se trouve.

Dans les actions physiques, au contraire, il «ne suit plus les élans de sa nature, mais il cède parcimonieusement aux agents extrinsèques le tribut qu'ils réclament.

Ainsi en est-il de la constance relative de ces phénomènes').

Si l'énergie chimique trouve principalement, dans la nature même de l'être, la norme de son activité spontanée, les causes adjuvantes de son action ne peuvent jamais modifier, que dans des limites restreintes, le phénomène thermique d'origine chimique . Que la formation d'une molécule-gramme d'acide chlorhydrique soit provoquée par la chaleur, l'électricité ou la lumière, le calorique chimique ne sera-t il pas, comme l'affinité qui en est le principe régulateur, une donnée constante et caractéristique de cette combinaison ? "")

La décomposition chitniqjie

25g. En quoi consiste-t-elle ? — Loin de réduire la décomposition chimique, comme on le fait communément de nos jours, à une simple séparation d'éléments juxtaposés ou enchaînés par des forces attractives, la physique aristotélicienne y voit avant tout la réintégration des éléments dans leur état substantiel propre.

') Il est clair que la constance du phénomène llierin()cliiniit|uc présuppose la constance des conditions ph\siques des substances réagissantes et du produit de la réaction.

2) On peut appliquer à l'électricité les considérations que nous venons d'émettre sur les phénomènes thermochimiques. « Le degré ou l'intensité de l'excitation électrique, produite au contact de deux substances chimiquement différentes, paraît être directement liée à leur affinité réciproque et croître avec elle. » Lothar Mkver, Les théories modernes de la chimie, t. II, § 273. Paris, C'arré, 1889.

La combinaison les avait dépouillés de leur forme essentielle pour les imprégner d'une forme commune. La décomposition les revêt de leurs formes respectives et brise du même coup l'unité de l'être.

A parler rigoureusement, la reviviscence des composants constitue l'acte essentiel de la décomposition. La séparation en est plutôt une conséquence naturelle. « Ad id autem quod dicitur ipsa elementa esse separabilia... dico etiam quod separabilia sunt eo quod ex mixto possunt elementa generari rursus » ').