CHAPITRE n

Structure des Corps.

13. On peut étudier la structure des corps sous deux points de vue :

1* En considérant seulement leurs formes extérieures pour en déduire quelques lois générales sur leur formation, ou plutôt sur les différents modes suivant lesquels leur volume a dû prendre des accroissements successifs et toujours réguliers ; 2* en observant les propriétés physiques, souvent très-diverses, que nous présente une même substance pour en déduire quelque données sur l'arrangement intérieur de ses molécules.

L'étude des formes régulières et variées que prennent les minéraux constitue à elle seule une science importante que l'on appelle cristallographie ; mais comme il nous serait impossible , sans nous écarter de notre plan, de donner les premières notions de cette science, nous renverrons le lecteur aux Traités spéciaux.

Ainsi , nous nous bornerons à examiner les propriétés physiques des corps , et les indications qu'elles peuvent nous donner sur l'arrangement moléculaire; il n'y a sur ce point aucune théorie, ou, pour mieux dire, aucun fait complètement expliqué ; nous serons donc réduit à présenter une simple énumération des phénomènes , en nous efforçant de rapprocher ceux qui paraissent dépendre des mêmes causes.

14. Les fluides, en général, soit à l'état gazeux, soit à l'état liquide, nous offrent dans toutes leurs parties une mobilité si grande qu'elle semble exclure toute idée d'arrangement déterminé. Dans une masse d'eau, par exemple, il ne faut qu'une très-petite force pour que la molécule qui est au centre se déplace et vienne à la superficie , ou pour qu'une molécule superficielle s^enfonce , au contraire , et sillonne toute la masse , suivant une route plus ou moins sinueuse. Un léger mouvement , un changement de température presque insensible, sont toujours

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des causes suffisantes pour produire ces déplacements et pour bouleyerser toutes les positions relatives des molécules. Ce phénomène, que nous pouvons observer en petit dans des vases tran^mrents où flottent des poussières visibles, est un phénomène général qui se répète plus en grand dans toutes les masses flmdes que nous offre la nature. Ainsi , dans le lac le plus trantpàSk en apparence, il y a tant de causes sans cesse changeantes qui sollicitent les molécules liquides , que Ton peut bien assurer aittsi qu'elles sont à tout moment déplacées; de même, dans Tatmosphère , pendant le calme le plus absolu , on peut être bien assuré que les molécules n'ont point de repos; et si la masse tfair paraît inunobile dans son ensemble', elle n'en est pas moins agitée de mille manières dans toutes ses parties. Cette circulation perpétuelle des fluides semble indiquer une parfaite homogénéité de structure ; cependant , dans l'ignorance où nous «nsanifis sur les derniers éléments de la matière , nous ne pouvons rien affirmer siu* l'état d'agrégation des molécules ellesmênwstU est possible par exemple, qu'une molécule d'eau, qui est si mobile par rapport aux molécules qui l'environnent , soit un composé de plusieurs molécules élémentaires, assemblées par des forces permanentes, et retenues à distance dans des positions par&itement fixes ; car la fixité dans la structure des moléciÀes secondaires n'empêcherait pas leur mobilité relative. Mais pour ne pas se faire une fausse idée de l'état d'agrégation des liquides et des gaz , il ne faut admettre implicitement ni qu'ils s<Mat composés de molécules simples ou isolées , roulant ou glissant Tone sur l'autre avec la plus grande facilité , ni qu'ils sont composés de molécules secondaires , ou d'atomes plus ou moins nombreux , groupés d'une manière fixe , et se déplaçant tout d'une pièce, sans qu'il y ait de changement dans les positions respectives de leurs éléments; car, jusqu'à présent, il n'y a dans la sdenœ aucune donnée certaine poiu* lever nos incertitudes sur ce point.

Les corps solides offrent plus de prise à nos observations, parce qu'ils peuvent, pour la plupart, prendre naissance, se former et s'accroître sous nos yeux, et parce qu'ils ont en général des propriétés qui sont en rapport avec leur structure intime. Ce sont ces propriétés que nous allons étudier, en distinguant celles qui peuvent être imprimées aux corps postérieurement

à leur formation, et celles qui dépendent essentiellement de leur origine, c'est-à-dire des circonstances dans lesquelles ils ont piis leiu* solidité.

IS. Des changements de structure que peuvent prendre /es corps solides sans perdre leur solidité.

Chanfcement de forme des cristaux. — M. Mitsckerlich, en étudiant les propriétés optiques de la chaux sulfatée , a reconnu que, dans les lames cristallisées de cette substance, la structure intérieure change avec la température, sans qu'on puisse apercevoir à l'extérieur aucune modification sensible, ni sur les côtés, ni sur les faces polies de ces lames. D'autres substances cristallisées lui ont ensuite présenté le même phénomène.

Le sulfate de nickel, en cristaux prismatiques, ayant été exposé, en été, à la lumière solaire, dans un vase fermé, les particules ont changé de position dans la masse soUde, sans que l'état fluide ait eu lieu ; et lorsqu'au bout de quelques jours on a brisé les cristaux dont la forme extérieure n'était point changée, on les a trouvés composés d'octaèdres à bases carrées, o(16rant parfois un volume de plusieurs millimètres. {^Ann. de Chim. et de P/i/s,y t. XXXVII, page 205.)

Le séléniate de zinc à forme prismatique , exposé au soleil sin* une feuille de papier, se transforme aussi en peu d'instants en cri^aux octaèdres à base carrée.

Des cristaux de sulfate de magnésie et de sulfate de zinc, chauffés graduellement dans l'alcool jusqu'au point d'ébulUtion de ce liquide, perdent peu à peu leur transparence; et lorsqu'on les brise, on les trouve composés d'un grand nombre de nouveaux cristaux très-petits , qui sont , pour la forme , entièrement différents de ceux qu'on avait employés.

Ces faits remarquables, et bien constatés par un habile observateur, démontrent jusqu'à l'évidence que, même dans les corps solides , les molécules constituantes n'ont pas des positions relatives invariables, mais qu'elles peuvent encore changer de place , s'arranger et passer successivement par des états d'agrégation complètement différents.

De la trempe et da recait. — L'arrangement des molécules ne se montre pas toujours par des facettes cristallines : par exemple, dans les propriétés qui résultent de la trempe, quelque tranchées qu'elles soient, il nous est à peu près impossible

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àe démêler les direnes stmctures qui correspondent dans un ■éne corps aux dWeis degrés de trempe; mais comme on ne foit nea en lui qui puisie Tarier, excepté rarrangement de ses ■nlécules^ oo est bien porté à condure que c'est là la cause 4|M loi donne les qualités si singulières et si diverses que nous ohserraBS et dont nous allons essayer de prendre une idée.

II B j a que très-peu de corps qui soient susceptibles de recemria trempe : Tacier est du nombre, soit qu'il ait été obtenu matarelUment j ou par cémentation ^ ou par fusion. Pour tremper Tarier, il sofGt de le porter à une haute température et de leie&QÎdir brusquement. Les divers degrés de trempe dépendent et de rélératioo de la température et de la rapidité du refixadiasement.

Eft partant du rouge blanc j le refroidissement subit dans le ■meure, dans le plomb ou dans quelque acide, donne la trempe iapiiu dore; le refroidissement dans Teau donne une trempe un peu motos dure, et le refroidissement dans les corps gras, coauDe Vliaile ou le suif, parait donner des trempes encore un peu moins dures.

£o partant du rouge roscj du rouge ifîfy du rouge cerise^ ou du rouge brun , on a des trempes toujours décroissantes , c'est-àdire toujours moins dm*es , et d'autant moins que le corps refroidissant est moins actif; ainsi , pour chacune de ces températures , lluiile parait donner une trempe moins dure que Teau , et Teau ime trenq>e moins dure que le mercure.

Uader qui a reçu la plus forte trempe est plus cassant que le ferre : il arrive assez souvent que les coins qui servent à frapper les monnaies et les médailles se brisent naturellement sans rec evoir de chcx^s ni de pressions, même dans des lieux où la température vauie peu.

Les instruments qni doivent avoir une trempe très-dure ne doivent Tavoir en général que dans une petite partie de leur volume : aussi se garde-t-on de les tremper en entier : les burins , par exemple, ne sont trempés que dans une petite partie de leur longueur, et c'est ainsi qu-ils peuvent être très-durs à la pointe, et cep^idant assez solides et assez résistants dans leur ensemble.

Les ouvriers qui travaillent Tacier savent donner à chaque instrument le degré de trempe qui lui convient suivant Tusage auquel il est desdné ; mais on conçoit qu'il serait bien difficile de

saisir ce point avec précision si Ton n'avait pour guide que Im nuance du rouge à laquelle il faut plonger l'acier dans le mercure ou dans l'eau pour lui faire prendre toutes les qualités qu'on se propose de lui donner : aussi est-il bien rare que l'on suive cette méthode. On a un autre moyen de varier la trempe avec certitude, et pour ainsi dire à volonté : ce moyen est le recuit^ il repose sur la propriété que possède l'acier trempé dur de se détremper peu à peu suivant le degré de chaleur auquel on l'expose. On commence donc par donner une trempe trop dure , et on la réduit graduellement. La seule difficulté est d'avoir une série de caractères auxquels on puisse reconnaître les divers degrés de chaleur par lesquels on passe. Or, ces caractères se présentent d'euxmêmes dans l'acier : lorsqu'il a été trempé et qu'on l'expose, pour le recuire, sur des charbons allumés ou seulement sur du poussier de charbon , sa surface prend des couleurs très-marquées qui changent avec la température. Ces couleurs sont les suivantes : jaune paille , rouge pourpre , bleu violet , bleu , bleu clair couleur d'eau. Il paraît qu'en partant d'une trempe dure, il faut, pour avoir la trempe des canifs et des rasoirs, arrêter le recuit au jaune paille, l'arrêter au pourpre pour avoir celle des couteaux et des ciseaux , au bleu pour celle des ressorts de montre , et seulement à la température du rouge naissant pour avoir celle des ressorts de voiture. Il est bien rare que des pièces d'acier bieu dressées ne se déforment pas par la trempe , et souvent le recuit qu'elles doivent éprouver n'est pas assez gitmd poiu* qu'on puisse les redresser au marteau ; c'est , par exemple , ce qui arrive aux aiguilles magnétiques, car il est bon de ne pas les recuire jusqu'au bleu. Dans ce cas on chauffe] les pièces dans un tube ou dans un manchon de fer, afin qu'elles prennent plus sûrement une température uniforme dans toute leur étendue , et ensuite on les laisse tomber verticalement dans l'eau, d'une hautetir un peu grande , afin que tous les points de la surface soient saisis par le froid presque au même instant.

Le verre peut être trempé comme l'acier, et s'il est impossible de lui donner par le recuit la souplesse et l'élasticité des ressorts, il est possible au moins de diminuer beaucoup sa fragiUté. Tout le monde sait conunent se font les larmes batat^iques , et comment elles se réduisent en poussière dès qu'on en brise la pointé* Puisqu'elles se forment en versant du verre fondu dans l'eau

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froide, et puisqu'elles éclatent en mille fragments lorsqu'on rompt en quelque point leur continuité, il est évident qu'elles sont tout à (ait analogues à Facier fortement trempé : aussi, lorsqu'on fait recuire une larme batarique jusqu'à une température voisine du rouge , elle devient comme du verre ordinaire et ne se brise plus qœ dans les points qui reçoivent le choc. C'est pour cela que dans les verreries on prend grand soin de recuire les pièces qui sont soumises pendant leur fabrication à un refroidisseinent un peu rapide.

Nous verrons dans la polarisation de la lumière un procédé cuiieux pour observer l'an^angement moléculaire des corps diaphanes, et nous reconnaîtrons, par exemple, que le verre est presque toujours trempé en plusieius points de sa masse , à moins qu'il n'ait été refroidi avec beaucoup de précautions.

Il y a une substance qui présente des phénomènes de trempe A' autant ph» singuliers, qu'ils sont exactement opposés à ceux que présente l'acier : cette substance est l'alliage des instrulaeats cfatoois que nous connaissons sous le nom de tam-tam , elle se compose de quatre parties de cuivre pour une partie d etain. Quand l'alliage des tam-tams est lentement refroidi , il est fragile comme le verre ; au contraire , quand il est refroidi zapdânent , il devient malléable , il peut être travaillé au marteau , façonné en instruments , et exécuter par son élasticité ces vibrations multipliées qui produisent des sons si graves et si pleins. C'est mêiae d'après cette observation curieuse que nous pouvons maintenant en France exécuter des tam-tams , moins bons peutêtre que ceux des Cliinoût, mais asse% sonores cependant pour entrer dans nos orchestres.

On a coutume d'expliquer les phénomènes de la trempe du v€rre et de l'acier, en disant que les molécules superficielles saisies par le froid se consolident brusquement en formant une espèce de voûte qui enveloppe de toutes parts le noyau antérieur, tandis qu'il est encore très-dilaté par la chaleur : si ce ooyan se refroidissait Ubrement , il diminuerait de volume ; mais forcé conune il l'est d'occuper en se refroidissant le même espace qu'il occupait étant très-chaud, ses molécules éprouvent one grande tension et font un effort continuel pour briser la voûte de dehors en dedans , et la brisent en effet avec exploâon quand une cause extérieure vient favoriser leur action. Par

cette espèce de comparaison Ton explique tout au plus la fsLci^ lité avec laquelle le verre trempé se brise ou se réduit en poudre ; mais l'on n'explique ni la dureté que prend l'acier, ni l'élasti» cité, ni les autres propriétés remarquables qui correspondant aux divers degrés de trempe, et l'on n'explique pas à plus forte: raison ce qui arrive à l'alliage des tam-tams. On a coutume de dire aussi que les autres corps n'ont pas la propriété de se tremper; mais cela signifie seulement qu'ils n'ont pas la pro~ priété de devenir fragiles par le refroidissement, car il est bien probable que tous les corps brusquement refroidis différent des corps recuits par quelques propriétés physiques, comme ils en diffèrent par leur densité ou par la marche de leur dîla— tation.

De l'^croalsnmr«- — Lorsqu'un corps métallique peut être martelé à frt)id sans se rompre et sans se gercer , il devient or— dinairement plus ferme, plus élastique, plus sonore, et Ton dit alors qu'il est écroui. Le laiton, l'argent, le cuivre, Tétain ^ même le plomb présentent de grandes différences dans leurs propriétés lorsqu'ils ont été simplement fondus et refroidis ou lorsqu'ils ont reçu un écrouissage convenable. Ce qui se produit par le marteau se produit encore à un degré plus ou moins mar-que par l'action de la lime , par celle du burin et par les près* sîons qui s'exercent dans les trous des filières ou entre les cylindres des laminoirs. Lorsqu'un métal a été trop f(»tement écroui par l'une ou l'autre de ces actions mécaniques, il devient cassant au point qu'il est impossible de le courber ou même de oontiouer sur lui le même travail sans le voir se rompre ou se gercer. Alors on le fait recuire^ comme l'acier qui a reçu une trempe trop dure, et l'on peut sans danger le reporter sous le marteau ou lui donner d'autres traits à la filière. Toutes «ses propriétés méritent quelque attention de la part des physiciens, car elles peuvent avoir une influence sur beaucoup de phénomènes , tels que l'élasticité , la dilatation , la conductihilité pour la chaleur ou pour l'électricité, et particulièrement sur les irrégularités que présentent quelquefois les instruments de précision; car il suffit, par exemple, qu'un cerde soit inégalement écroui dans les divers points de son contour du de son épaisseur pour qu'il se tourmente et se gauchisse avec le temps.