DE LV COHÉSION. — CAUSES QUI LA FONT VARIER. — SES EFFETS

5. Influence de la chaleur et des chocs. — La chaleur décompose un grand nombre de corps composés, c’est-à-dire que, sous son influence, les atomes qui les constituent se groupent entre eux pour former des composés plus simples et plus stables dans les conditions de l’expérience. D’autres, au contraire, n’éprouvent aucun changement dans leur composition, leur état physique seul se trouve modifié. S’ils sont solides, la chaleur les fait passer à l’état liquide ou môme à l’état de vapeurs, en détruisant totalement la cohésion de leurs molécules; mais avant d’arriver à ce terme, la force de cohésion doit naturellement se trouver modifiée, elle diminue sensiblement à mesure qu’on approche du point de liquéfaction, et certains corps solides passent même par un état intermédiaire, l’état pâteux, avant de devenir liquides; tels sont les corps gras et les résines. La chaleur, en changeant l’arrangement des molécules dans les corps simples, modifie également leur cohésion. Ainsi le phosphore, chauffé pendant plusieurs jours à une température comprise entre 230“ et 250“, passe de l’état liquide, où sa cohésion est nulle, à l’état d’une masse solide rouge, très-dilférente au premier abord du phosphore ordinaire, surtout au point de vue de sa combustibilité. On sait, en effet, que le phosphore ordinaire est le type du corps facilement infiammablc, le phosphore rouge ne l’est que difficilement. Le soufre nous présentera des phénomènes analogues.

Les chocs modifient profondément la cohésion; on en trouve un exemple remarquable dans les changemenls de structure et de ténacité éprou-

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vés par le fer soumis à des ébranlements réitérés. Les essieux des voitures récemment forgés offrent, quand on les brise immédiatement, une cassure lamellaire, ils présentent au contraire une cassure semblable

k celle que présente le sucre, quand ils ont servi pendant longtemps : ee changement dans la texture du fer correspond k une diminution considérable dans sa ténacité et dans sa résistance à la rupture; aussi l’essieu qui sert depuis longtemps peut-il se rompre sous un effort bien plus petit que celui qu’il pouvait supporter k l’origine. C’est pour cette raison que les ponts suspendus en fil de fer perdent de leur solidité avec le temps, sous l’influence des mouvements oscillatoires du tablier qu’ils supportent.

6. Force de dissolution. — Beaucoup de corps mis en présence de li-

quides convenables s’y dissolvent comme le sucre se dissout dans l’eau; les molécules du solide se trouvent alors également réparties dans toute la masse du liquide ; leur force de cohésion a donc été vaincue par cette force nouvelle, que nous désignons sous le nom de force dissolvante. Un litre d’eau ou d’un autre liquide ne peut, k une température donnée, dissoudre qu’un poids déterminé d’une substance soluble, quel que soit le temps du contact; le liquide est alors Nous nous contenterons

pour l’instant d’indiquer l’existence de cette force, dont les effets seront étudiés avec plus de détail à propos des sels.

7. Cristallisation. — Lorsque la force qui a détruit complètement la cohésion cesse d’agir, en général, les molécules se groupent de nouveau et forment des solides convexes terminés par des faces planes et de forme géométrique régulière, qu’on désigne sous le nom de cristaux. Ce passage de l’état liquide ou gazeux k l’état solide est appelé cristallisation.

8. Divers modes de cristallisation. — 1° Par fusion. — Si on laisse refroidir lentement une substance fondue, il se forme dans le sein de la masse liquide, sur les parois du vase qui la contient et k la surface, des cristaux souvent très-nets et très-volumineux, que l’on met en évidence en faisant écouler, k un moment donné, le liquide intérieur. Pour cela, quand on juge que la partie solidifiée est suflisantc, on perce la surface de deux ouvertures : l’une pour l’écoulement du liquide, l’autre pour la rentrée de l’air qui doit prendre la place du fluide écoulé.

On fait d’ordinaire l’expérience sur le soufre ou sur le bismuth; dans ce dernier cas, on perce les deux trous dans la couche supérieure au moyen d’un fer rougi.

2“ Par sublimation. — Certains corps, comme l’arsenic, passent, sans fondre, de l’état solide k l’état de vapeurs ; le refroidissement lent de ces vapeurs détermine la cristallisation. On fait l’expérience sur l’arscnic ; on introduit une certaine quantité de ce corps dans une cornue de terre, de manière k la remplir au quart au plus. On chaufle sur des charbons ardents le fond de la cornue, l’arsenic se réduit en vapeurs qui vont

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se condenser sur les parois supérieures et clans le col de la cornue, et y forment une abondante cristallisation. On laisse refroidir la cornue et on la brise de manière à séparer le fond de la partie supérieure, où sont les cristaux.

On donne le nom de sublimation à ce passage direct de l’état solide à l’état de vapeurs ; de là le nom que porte cette méthode que l’on emploie pour obtenir un assez grand nombre de substances à l’état de cristaux. Ex. : sel ammoniac, camphre, bicblorure de mercure.

3° Par dissolution. — Les matières solubles dans un liquide s’y dissolvent plus rapidement quand le liquide est chaud que lorsqu’il est froid ; très-souvent même la quantité de matière dissoute est d’autant plus considérable que la température de dissolution est plus élevée. Dans ce cas, le refroidissement du liquide saturé du sel à une température élevée amenant nécessairement le dépôt d’une partie de la matière, celle-ci se dépose sur les parois du vase, en cristaux d’autant plus volumineux que le refroidissement a été plus lent. La plupart des sels solubles dans l’eau peuvent y cristalliser de cette façon; mais il en est quelques-uns, comme le sel de cuisine ou sel marin, qui sont aussi solubles à froid qu’à chaud ;

on ne les obtient cristallisés que par l’évaporation d’une portion du li-

quide préalablement saturé de sel. C’est de cette manière que, dans les pays chauds, on retire le sel marin de l’eau de la mer. La première méthode est connue sous le nom de méthode par refroidissement., la seconde sous le nom de méthode par évaporation.

On doit à Ebelmen une application très-remarquable de la méthode par évaporation à la reproduction d’un certain nombre de minéraux cristallisés. Il dissolvait dans l’acide borique fondu, un oxyde tel que l’alumine et évaporait l’acide borique en soumettant le mélange à la chaleur continue et intense d’un four à porcelaine; l’alumine se déposait alors peu à peu de sa dissolution en cristaux identiques à ceux de l'alumine naturelle ou corindon. L’alumine mélangée à une proportion convenable de magnésie donne dans les mêmes circonstances le rubis spinelle qui est une combinaison cristallisée d’alumine et de magnésie.

9. Hi^stèmes cristallins. — Chaque coi'ps, en cristallisant, affecte une ou plusieurs formes régulières qui lui sont particulières ; la connaissance de ces formes est du plus haut intérêt pour le chimiste, parce qu’elle suffit souvent, à elle seule, pour caractériser un corps. Nous ne pouvons traiter ici ce sujet que d’une manière très-sommaire, renvoyant pour plus de détails aux traités de minéralogie.

Les cristaux d’un même corps ne sont pas tous identiques, mais ils peuvent se rattacher à une forme type, dont ils dérivent tous par des modifications simples, réglées par la loi de symétrie de Haüy, qui peut s’énoncer ainsi : Une modification effectuée sur Vune des parties d’un cristal

NOTIONS PRÉLIMINAIRES

doit affecter de la même manière toutes les parties identiques de ce cristal. Un exemple fera suffisamment comprendre l’application de cette loi. Supposons d’abord un cube {fig. 2); on peut le modifier en remplaçant un sommet par une facette triangulaire abc.

Cette facette, devant également affecter les parties identiques du cristal, devra être egalement inclinée sur les trois faces du cube qui se coupent au point A ; de plus, les huit sommets du cube étant identiques, nous devrons retrouver cette môme facette à la place de chacun de ces sommets. Le solide ainsi obtenu n’est donc plus un cube, c’est un cubo-octaèdre, mais on dit qu’il appartient au système cubique. On entend, en effet, sous cette dénomination, l'ensemble des formes qui peuvent dériver du cube par des modifications symétriques.

On sait, depuis Haüy, que toutes les formes cristallines sont comprises dans six systèmes cristallins, qui sont :

U Le système du cube;

S'" Le système du prisme droit à base carrée ;

3° Le système du prisme droit à base rectangle ;

4° Le système du prisme hexagonal régulier ou système rhomhoédrique;

ë"* Le système du prisme oblique à base rectangle ;

6° Le système du prisme oblique à base de parallélogramme.

Les cristaux ne sont pas tout à fait des solides géométriquement réguliers; il est facile de montrer qu’il n’en peut être ainsi dans la nature et d’assigner la différence qui existe entre la forme véritable d’un cristal et la forme régulière.

Supposons pour un instant un cristal ayant la forme du cubo-octaèdre, que nous avons obtenu en remplaçant les huit sommets du cube par des faceUes triangulaires. Dans ce solide supposé régulier, les angles formés par les faces correspondantes sont égaux entre eux, et de plus, les dimensions des faces sont les mêmes. Mettons ce cristal, que nous supposerons être de l’alun, dans une dissolulion concentrée de ce sel, nous le verrons augmenter de dimensions; les nouvelles faces seront toujours parallèles aux anciennes, mais l’épaisseur du dépôt ne sera pas la môme dans tous les sens, puisque la face sur laquelle le cristal est posé ne participe pas au développement des autres parties. Le solide ainsi accru cesse d’ôtre un solide géométrique régulier, mais il conserve néanmoins les mômes inclinaisons de faces que ce solide. Ce que nous venons de dire suffit évidemment poumons faire comprendre que les cristaux naturels ou artifi-

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ciels ne peuvent présenter à la fois la régularité dans les dimensions et dans les inclinaisons ; cetle dernière se retrouve seule dans le cristal et permet de remonter à la forme typique régulière dont le cristal dérive. Ainsi dans le cubo-octaèdre, les petits triangles qui remplacent les sommets du cube, pas plus que les octogones formés par les faces du cube, ne sont égaux entre eux, mais les inclinaisons des facettes sur les trois plans du solide primitif sont toutes égales : les faces du solide primitif sont également rectangulaires deux à deux. Un cristal qui remplit ces conditions appartient au système cubique; il est facile en effet de démontrer quTm solide analogue dérivant du prisme droit à base carrée, par exemple, ne posséderait pas les mêmes propriétés, et de voir en quoi

il différerait du cubo-octaèdre- régulier. On peut supposer {fig. 3) que le sommet A du prisme soit remplacé par une face triangulaire; mais cette face abc^ également inclinée sur les deux faces verticales du prisme, ne s’inclinera point de la même manière sur la base supérieure. En effet, des trois arêtes partant du point A, les deux horizontales sont égales, la verticale a une valeur différente. La pyramide kabc n’est donc plus régulière; les côtés A^, ka et kc seront respectivement proportionnels aux côtés correspondants du prisme. Chaque sommet sera remplacé par une facette analogue; seulement, des vingt-quatre angles dièdres correspondant aux arêtes analogues de «è, ac, bc, seize seront égaux entre eux ; les huit autres seront également égaux entre eux, mais ils seront différents des premiers.

Ce que nous venons de dire montre que la mesure des angles suffit à elle seule pour établir le type auquel il convient de rapporter un cristal, lors même que le développement exagéré de certaines parties semblerait l’cn éloigner.

tO. lia cristallisation est un moyen tic purifier les corps. — On fait en général cristalliser les diverses substances solides que l’on emploie dans les arts chimiques, parce que cette opération les débarrasse de la majeure partie des substances étrangères qu’elles peuvent contenir. Ainsi, par exemple, le salpêtre brut (azotate de potasse impur) livré aux raffineurs contient une notable proportion de sel marin que l’on sépare de l’azotate en dissolvant le mélange dans l’eau bouillante. Le salpêtre, bien moins soluble à froid qu’à chaud, cristallise par refroidissement, le sel marin à peu près également soluble à toutes les températures reste dans

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la liqueur qui porte le nom à.'eo.u mère. Toutefois cette première cristallisation ne donne pas du salpêtre absolument pur, parce que les diverses couches de molécules dont l’ensemble constitue le cristal, emprisonnent une petite quantité du liquide où se sont formés les cristaux. Ce liquide, ou eau d’interposition^ contient naturellement du sel marin, et plus généralement toutes les substances étrangères mélangées au produit principal. Mais on voit qu’une nouvelle* cristallisation dans l’eau pure permettra d’obtenir des cristaux beaucoup plus purs, puisque la petite quantité de matières étrangères qu’ils contiennent se répandra dans tout le liquide où s’effectue la cristallisation; on devra agiter le liquide pendant toute la durée de la cristallisation, afin d’empêcher la production de cristaux volumineux qui retiennent toujours proportionnellement plus d’eau d’interposition que le^petits. Toutefois la cristallisation ne peut séparer les corps isomorphes.

11. Isomorphisme. — Deux corps sont dits isomorphes lorsque, présentant la même forme cristalline, ils peuvent cristalliser ensemble en toutes proportions. Les corps isomorphes composés ont une composition chimique analogue.

Nous pouvons citer comme exemple l’alun ordinaire (35) et l’alun de chrome qui, isolément, cristallisent dans le système cubique, et dont les compositions chimiques sont les mêmes; dans le second seulement, l’oxyde de chrome tient la place de l’alumine que contient le premier. Si l’on mélange en effet des dissolutions d’alun ordinaire et d’alun de chrome, on n’obtiendra qu’une seule espèce de cristaux cubiques, qui contiendront à la fois de l’alumine et de l’oxyde de chrome, dans des proportions quelconques. La composition générale de cet alun mixte sera la même que celle de l’alun ordinaire; seulement un certain nombre de molécules d’alun ordinaire seront remplacées par le même nombre de molécules d’alun de chrome.

Le sel marin et l’alun cristallisent tous deux dans le système cubique; mais si l’on mélange deux dissolutions de ces corps, on obtiendra par évaporation deux espèces de cristaux cubiques : les uns formés exclusivement de sel marin, les autres d’alun. Ces deux corps ne sont donc pas isomorphes, quoiqu’ils aient la même forme cristalline. On voit donc que l’isomorphisme suppose non-seulement l’identité des formes, mais aussi la même fonction chimique, c’est-à-dire la possibilité de se remplacer, molécule à molécule, dans des composés, sans qu’il en résulte de changement essentiel dans leurs propriétés.

La découverte de V isomorphisme est due à Mitscherlicb; elle est ressortie de l’étude des phosphates et des arséniates naturels, que l’on trouve associés dans la nature en toutes proportions, et dont les composilions singulières et compliquées en apparence formaient autant

NOTIONS PRÉLIMINAIRES

d’exceptions aux lois simples qui régissent le mode d’union des corps.

12. Oimorphismc. — Un même corps peut affecter deux formes cristallines incompatibles, c’est-à-dire apparlcnant à des systèmes différents. C’est en cela que consiste le dimorphisme.

Le carbonate de chaux est dans ce cas. On le trouve en Islande sous forme de rhomboèdres volumineux, mais il peut aussi affecLer la forme de prismes droits à base rectangle. Il constitue alors la variété connue sous le nom ^'arrogonite.

Le soufre fondu cristallise en prismes obliques à base carrée ; par évaporation dans le sulfure de carbone, on l’obtient en octaèdres dérivant du prisme droit à base rectangle.

13. Polymorphisme. — H y a même des substances qui sont polymorphes. Tel est l’oxyde de titane, qui cristallise sous trois formes incompatibles, c’est-à-dire appartenant à trois systèmes cristallins différents ; quelquefois on entend aussi, sous cette dénomination, la propriété que possède un corps d’affecter plusieurs états moléculaires différents, qu’il soit ou non cristallisé sous chacun de ces états.

Le soufre serait alors le type du corps polymorphe; on connaît deux espèces differentes de cristaux de soufre, auxquelles il faut joindre le soufre mou et élastique, le soufre insoluble, etc.

Le nombre des substances dimorphes ou polymorphes est fort limité : ainsi, sur les 650 à 700 espèces minérales cristallisées actuellement connues, une vingtaine au plus sont dimorphes, une seule serait polymorphe; le nombre des sels dimorphes est peut-être encore plus restreint, de sorte que l’on peut toujours considérer la forme cristalline comme l’un des caractères les plus essentiels des diverses substances chimiques.