LOIS DES COMBINAISONS

26. Lorsque, de l’union de deux corps simples ou composés, résulte un autre corps doué de propriétés physiques ou chimiques différentes, on dit qu’il y a eu combinaison.

La rouille ne possède évidemment aucune des propriétés caractéristiques du fer, de l’oxvgène et de l’eau qui ont concouru à sa formation ; le charbon et le soufre sont solides, sans odeur sensible; de leur combinaison résulte un liquide très fluide, très volatil et d’une odeur repoussante, connu sous le nom de sulfure de carbone. Le sel marin est formé par la combinaison d'un gaz verdâtre, doué d’une odeur suffocante et très dangereux à respirer (le chlore), et d’un métal (le sodium) blanc comme l’argent quand il est récemment fondu, mais que l’air ou Peau altèrent avec une extrême facilité, en donnant naissance à un produit très caustique, pouvant ronger énergiquement les chairs; néanmoins, le sel marin ne présente aucune de ces fâcheuses propriétés; il est même employé, comme on le sait, chez tous les peuples de la terre, comme l’assaisonnement indispensable de la plupart des aliments.

27. Distinction entre le mélange et la combinaison. — Dans le

mélange, les corps ont conservé leurs propriétés essentielles. Supposons, en effet, qu’on soit parvenu à broyer ensemble du soufre et du cuivre, de manière à obtenir une poussière impalpable dans laquelle l’œil ne distingue plus les fragments des deux corps; il nous sera tou-

NOTIONS PRÉLIMINAIRES

jours possible de mettre chacun deux en évidence, soit à l’aide d’un microscope suffisamment puissant, soit, dans le cas particulier qui nous occupe, par des dissolvants appropriés ; le sulfure de carbone, par exemple, dissoudra tout le soufre et laissera du cuivre divisé. Il n’en serait plus de même, si l’on avait une combinaison de soufre et de cuivre; le microscope le plus puissant n’y montrerait rien d’hétérogène, et le sulfure de carbone ne dissoudrait plus aucune trace du soufre qui y est contenu.

Mais il y a plus; si dans un mélange les proportions peuvent être quelconques, il n’en est plus de même dans la combinaison.

28. Loi des poids om loi «le Lavoisier. — Le poids (VltU composé est égal à la somme des poids des corps composants.

Avant Lavoisier on étudiait surtout les manifestations extérieures des phénomènes chimiques. C’est ainsi, par exemple, que le dégagement de chaleur et de lumière qui accompagnent un grand nombre de réactions chimiques, avaient exclusivement préoccupé les chimistes de l’école de Stahl (88).

C’est en introduisant l’usage des pesées dans l’étude des phénomènes chimiques, que Lavoisier a donné à la science une direction nouvelle. Le premier il a pu, à l’aide delà balance, poser ce principe fondamental : Rien ne se perd , rien ne se crée dans la nature. Des substances s’ajoutent, des substances se séparent, mais soit qu’elles s’ajoutent, soil qu’elles se séparent, elles conservent toujours leur poids.

29. Loi des proportions définies. — La combinaison ne s effectue qu’entre des quantités déterminées de matière, c’est-à-dire que tout composé chimiqué contient une proportion constante et invariable des éléments qui le constituent. Ainsi l’eau est toujours formée en poids de 1 partie d’hydrogène et de 8 d’oxygène, et en volume de- 2 vol. d’hydrogène pour 4 d’oxygène. Le sulfure de plomb ou galène contient 45 parties de métal pour 2 de soufre, et il est facile, en chauffant dans un creuset ces poids des deux matières, d’obtenir ce sulfure avec des caractères bien différents de ceux que présentent le soufre et le plomb à l’état de liberté. Si l’on avait mis une plus grande quantité de soufre, 3 parties, par exemple, pour 15 de plomb, 1 partie de soufre se serait volatilisée pendant la réaction, 2 seulement se seraient combinées au plomb. Inversement, si l’on chauffait ensemble 2 parties de soufre et 20 parties de plomb par exemple, la réaction aurait encore lieu; mais en laissant refroidir lentement la matière formée, on trouverait au fond du creuset 7 parties de plomb en excès réunies en une

NOTIONS PRÉLIMINAIRES

seule masse (culot). Le sulfure de plomb résultant de l’union des 2 parties de soufre et des 15 de plomb, étant plus léger, se serait solidifié au-dessus. Toutefois, il ne faut pas croire que deux corps ne puissent jamais s’unir que dans une seule proportion ; l’azote et l’oxygène peuvent se combiner dans cinq proportions différentes; mais ce qu’il faut bien comprendre, c’est que les cinq corps qui résultent de cette action réciproque, bien distincts les uns des autres par l’ensemble de leurs propriétés, ont tous une composition particulière bien définie, qu’il nous est absolument impossible de faire varier, dans quelques circonstances que nous les produisions. Ce fait général a été établi au commencement de ce siècle, particulièrement par Proust, et nous énoncerons la loi suivante :

Pour former un même composé ', deux ou plusieurs corps s'unissent toujours dans les mêmes proportions.

50. Lois des proportions multiples (DaltOll). — NOUS aVOUS dit que l’azote pouvait se combiner en plusieurs proportions avec l’oxygène pour former des produits caractérisés par des propriétés bien distinctes. Si nous cherchons les poids d’oxygène unis à une même quantité d’azote dans ces divers composés, nous trouvons que :

Le premier contient, pour

14 d’azote

8 d’oxygène.

Le deuxième

Le troisième

Le quatrième

Le cinquième

On voit ainsi que les quantités d’oxygène pouvant s’unir à une même quantité d’azote sont entre elles dans des rapports simples, exprimés ici par les nombres 1, 2, 5, 4 et 5. C’est en cela que consiste la loi des proportions multiples que nous allons généraliser à l’aide d’autres exemples.

On connaît cinq composés du manganèse l, formés de la manière suivante :

Le premier contient 28 de manganèse et 8 d’oxygène.

Le deuxième 28 — 12 —

Le troisième 28 — 16 —

Le quatrième 28 — 24 —

Le cinquième 28 — 28 —

1 Nous avons omis à dessein un composé de manganèse et d’oxygène formé de 28 de métal et de 10 1 d’oxygène, parce que ce composé doit être envisagé comme une combinaison du premier oxyde et du second. 11 est donc inutile d’ajouter le rapport ou p

à ceux que nous venons d’énumérer.

NOTIONS PRELIMINAIRES

On voit que les quantités d’oxygène sont encore clans les rapports simples exprimés par les nombres 1 , 3/fl, 2, 3 et 7/2.

La loi des proportions multiples s’étend également aux matières résuliant de l’union en plusieurs proportions de corps composés comme les sels qui sont formés d’un acide et d’une base. Nous en donnerons seulement deux exemples.

La soude s’unit en trois proportions à l’acide carbonique ; les trois sels qui en résultent contiennent :

Le premier 31 de soude et 22 d’acide carbonique.

Le deuxième 31 — 53 —

Le troisième 31 — 44 —

Les quantités d'acide carbonique sont entre elles dans les rapports simples exprimés par les nombres 1, 3/2 et 2.

L’acide azotique forme avec l’oxvde de mercure trois composés.

Le premier contient, pour 54 d’acide, 108 d’oxyde rouge de mercure.

Le deuxième — 54 — 216 — —

Le troisième — 54 — 324 — —

Les quantités de base sont donc entre elles comme les nombres 1, 2, 3.

On peut donc énoncer d’une manière générale la loi des proportions multiples : Quand deux corps (simples ou composés ) se combinent en plusieurs proportions , le poids de l'un d'eux étant supposé fixe , les poids de Vautre seront entre eux dans des rapports simples exprimés par les nombres 1, 3/2, 2, etc .

51. Lois de Gay-Lussac. — Un certain poids d’un corps composé contient toujours la même proportion des mêmes éléments ; mais les poids des corps simples, dont la réunion constitue les corps composés, ne sont pas forcément dans un rapport simple. Ainsi 55^,5 de chlore et 1 gramme d’hydrogène s’unissent pour donner 36^,5 d’acide chlorhydrique.

Si l’on considère, au lieu des poids, les volumes des gaz ou des vapeurs des corps simples combinés dans les corps composés, on arrive à des lois d’une simplicité remarquable, découvertes au commencement de ce siècle par Gay-Lussac.

1° Les volumes de deux gaz ou vapeurs qui se combinent, mesurés à une même pression et à la même température , sont entre eux dans des rapports simples.

NOTIONS PRÉLIMINAIRES

2° Le volume d'un gaz composé ou de la vapeur d'un corps composé est toujours dans un rapport simple avec les volumes des gaz ou vapeurs qui le constituent (ces volumes étant supposés mesurés à la meme température et à la même pression). Exemples :

1 volume de chlore et 1 volume d’hydrogène donnent 2 volumes d’acide chlorhydrique.

1 volume d’oxygène et 2 volumes d’hydrogène donnent 2 volumes de vapeur d’eau.

1 volume de vapeur de soufre et 2 volumes d’hydrogène donnent 2 volumes d’acide sulfhydrique.

\ volume d’azote et 3 volumes d’hydrogène donnent 2 volumes de gaz ammoniac.

11 ressort de ces exemples que si la combinaison s’effectue à volumes inégaux, il y a condensation, c’est-à-dire que le volume du composé est moindre que la somme des volumes des composants. Au contraire, si la combinaison s’effectue volume à volume, elle a généralement lieu sans condensation. La contraction est de I/o du volume total quand les gaz se combinent dans le rapport de 1 à 2, comme cela a lieu dans l’eau; elle est de 1/2 si ce rapport est exprimé par les nombres 1 et 3 (gaz ammoniac). Nous aurons l’occasion de faire ressortir toute la généralité de ces énoncés dans l’étude des gaz composés.

32. Conséquences. — Des faits précédents il résulte nécessairement comme l’a montré Gay-Lussac, une relation simple entre la densité d’un gaz ou d’une vapeur composée et celle de ses éléments pris dans les mêmes circonstances physiques. C’est ce que nous allons faire ressortir, en prenant comme exemple l’acide chlorhydrique. Rappelons d’abord que la densité d’un gaz ou d’une vapeur se définit : le rapport existant entre le poids du gaz ou de la vapeur et celui d’un même volume d’air, supposé à la même température et à la même pression. Soient donc £, D et I)' les densités respectives de l’acide chlorhydrique, de l’hydrogène et du chlore, et désignons, pour plus de simplicité, par d le poids du litre d’air dans les circonstances de température et de pression où nous comparons l’acide chlorhydrique et les gaz qui lui donnent naissance. Un litre d’hvdrogène pèsera alors dD, 1 litre de chlore pèsera dD'; en s’unissant, ils produiront 2 litres d’acide chlorhydrique pesant 2 dS; on devra donc avoir l’égalité suivante :

NOTIONS PRÉLIMINAIRES

d’où l’on déduit la relation suivante :

entre la densité du composé et celle des composants, relation qu’on exprime ainsi en langage ordinaire : La densité de l'acide chlorhydrique est la moyenne des densités du chlore et de l'hydrogène.

Un raisonnement du même genre ferait voir :

1° Que ladensité de l’acide sulfhydriquedoit être égale à la densité de

l’hydrogène, augmentée de la demi-densité du soufre D-b ;

2° Que la densité de l’ammoniaque est égale à une fois et demie la densité de l’hydrogène, augmentée de la demi-densité de l’azote, 5D + D'

Il est donc possible, dans tous les cas, de déduire la densité de vapeur d’un composé de celle des composants ; ordinairement, cette densité est déterminée expérimentalement ; on peut alors, par l’accord qu’elle offre avec le résultat du calcul, vérifier la composition d’un corps. Nous aurons souvent l’occasion de faire cette vérification quand nous étudierons les corps composés.

Mais ce n’est pas le seul usage des densités de vapeurs ; on peut s’en servir pour déterminer la composition en volumes des corps dont on connaît la composition en poids. C’est ce que nous montrerons sur un exemple particulier.

La composition du protochlorure de phosphore est exprimée en centièmes de la manière suivante :

Phosphore 22,55

Chlore 77,45

Sa densité de vapeur est 4,742; on sait de plus que les densités du chlore et de la vapeur de phosphore sont 2,44 et 4,35.

Représentons comme précédemment par d le poids du litre d’air dans des circonstances de température et de pression où nous puissions considérer le chlore, le phosphore et le chlorure de phosphore comme étant à l’état de gaz, et désignons par x le volume de chlore qui s’unit à 1 litre de vapeur de phosphore pour former le protochlorure, le poids du phosphore sera égal à 4,35 xd et celui du chlore à a: X 2,44 xd ;

NOTIONS PRÉLIMINAIRES

et comme le rapport de ces poids est celui qui est indiqué par la composition en centièmes, on aura nécessairement, en supprimant le facteur commun d , l’équation

d’ou l’on tire la valeur de x. Cette valeur étant sensiblement égale à 6, on en déduit que le chlorure de phosphore résulte de l’union d’un volume de phosphore et de G volumes de chlore. Pour obtenir le volume y de protochlorure qui en résulte, on exprimera comme précédemment que la somme des poids des composants estégale au poids du composé, ce qui conduit à l’équation

d’où

4,55 xd + 6x 2,44 xd=yx 4,742 X d

On voit ainsi qu’un volume de vapeur de phosphore, en s’unissant à 6 volumes de chlore, donne 4 volumes de vapeurs de chlorure de phosphore.