CONSTITUTION PHYSIQUE DE LA MATIÈRE

1. L’étude des phénomènes physiques conduit à envisager les corps comme formés de particules extrêmement petites, exerçant les unes sur les autres des actions mutuelles. Elles peuvent être assemblées sous trois états distincts, savoir : Y état solide, Y état liquide et Y état gazeux ; trois états sous lesquels un même corps peut en général subsister.

2. Dans Y état solide, le volume et la forme de la masse sont constants, c’està-dire que les particules sont assujetties à demeurer à des distances sensiblement fixes et disposées suivant des directions à peu près invariables, ainsi qu’on le voit surtout dans les corps cristallisés. Ces particules ne peuvent éprouver que des mouvements d’ensemble, ou bien des vibrations intérieures, dans lesquelles les particules oscillent autour d’une position d’équilibre.

Un tel état ne saurait être conçu que si l’on admet dans les corps des vides intérieurs et des actions attractives, qui tendent à rapprocher les particules ; en

même temps, certaines actions répulsives agissent suivant une fonction différente de la distance, et empêchent le rapprochement de devenir complet. Ces actions répulsives augmentent en général sous l’influence de réchauffement, lequel tend à dilater la plupart des corps solides.

3. Dans l’état liquide, le volume occupé par la masse est constant, mais celle-ci prend la forme du vase qui la renferme ; d’où il résulte que les particules sont assujetties seulement à demeurer à des distances fixes les unes par rapport aux autres, leur disposition relative pouvant changer et être modifiée avec une extrême facilité; à peu près comme un système de petites billes, contenues dans un vase complètement rempli, et qui roulent les unes sur les autres sous l’influence des impulsions les plus faibles. Trois genres de mouvements intérieurs sont possibles dans les particules d’un liquide, savoir : des mouvements vibratoires, comme dans les solides; des mouvements de roulement, sans déplacement du centre de gravité; enfin des mouvements de translation, en vertu desquels une particule se transporte en glissant à travers les autres.

Ici encore deux genres d’actions doivent être invoqués pour concevoir les phénomènes, savoir : des actions attractives, qui empêchent les particules de se disperser au loin sous l’influence de la moindre impulsion ; et des actions répulsives, qui s’opposent à leur rapprochement. Certaines de ces actions répulsives sont développées par réchauffement, lequel dilate en général les liquides et possède le pouvoir de faire passer les corps de l’état solide à l’état liquide.

4. Enfin, dans l’état gazeux, les particules s’écartent les unes des autres, sans autre limite que les parois des vases qui les renferment, et sur lesquelles elles exercent une certaine pression. Les actions attractives, si manifestes dans l’état solide, deviennent insensibles dans l’état gazeux ; tandis que les actions répulsives s’exercent d’une façon prépondérante. Ces dernières actions sont surtout développées par la chaleur, qui accroît la pression exercée par les gaz sur les parois des vases qui les renferment. C’est, d’ailleurs, l’acte de réchauffement qui fait passer tour à tour un même corps, tel que l’eau ou le mercure, de l’état solide à l’état liquide, puis à l’état gazeux, en effectuant certains travaux sur leurs particules, en même temps qu’il en accroît sans cesse la force vive.

On peut se représenter les actions répulsives qui s’exercent dans un gaz comme dues à l’élasticité des particules dernières du gaz, lesquelles se comporteraient à la façon de myriades de petites billes élastiques, animées d’un mouvemeiK incessant, et rebondissant sur les parois des vases qui les renferment ; vases dont elles n’occuperaient, si elles étaient immobiles, qu’une très faible portion. Ces particules sont susceptibles de trois espèces de mouvements, savoir : des mouvements de translation qui les entraînent en ligne droite suivant une direction déterminée, jusqu’à ce qu’elles rencontrent une paroi, ou bien une autre particule; des mouvements de rotation, qui se développent sous l’influence des chocs; enfin, des mouvements de vibration, produits, soit par les chocs, soit par l’action de la chaleur. La réalité de ces derniers mouvements est attestée par les phénomènes optiques; leur existence, jointe à celle des phénomènes d’élasticité, tend à établir que les particules des corps gazeux, si petites qu’elles soient, sont en réalité des masses d’un certain volume, comparables jusqu’à un

certain point à des corps solides et formées elles-mêmes de particules infiniment plus petites.

Telle est la conception physique de l’état des corps matériels.

g 4. — CONSTITUTION CHIMIQUE DE LA MATIÈRE.

1. La chimie apporte à nos conceptions des notions nouvelles. En effet, la plupart des corps que nous connaissons sont des corps composés, c’est-à-dire susceptibles d’être réduits par l’analyse chimique en éléments plus simples. Or, cette analyse s’applique aux particules même les plus petites que la physique nous fasse concevoir, telles que les particules gazeuses : chaque particule d’eau gazeuse, par exemple, peut être décomposée en plusieurs particules d’hydrogène et d’oxygène, invariablement liées dans le gaz aqueux.

2. Ce n’est pas tout : les particules des corps ne sont pas indéfiniment divisibles par les procédés chimiques. L’analyse, en effet, ne tarde pas à atteindre les substances simples, ou éléments chimiques, qu’aucune action connue ne peut décomposer: ce sont donc là les dernières particules accessibles à nos expériences. Cette circonstance les fait quelquefois désigner sous le nom d’atomes, mot qu’il ne faudrait pas entendre dans un sens absolu; car les propriétés physiques des particules dernières que nous connaissons obligent, à les concevoir comme formées elles-mêmes de particules infiniment plus petites, de l’ordre de grandeur de celles qui constitueraient la matière éthérèe des physiciens.

3. Quoi qu’il en soit de ces spéculations, les particules dernières de la chimie possèdent une masse déterminée. En effet, l’expérience nous enseigne que : les éléments chimiques se combinent suivant des rapports de poids absolument invariables pour chaque composé défini.

4. Ces poids sont multiples les uns des autres, par des nombres simples, dans les composés qui résultent de l’union de deux éléments.

5. Enfin ces poids sont tels que les rapports suivant lesquels deux éléments secombinent avecun troisième (ou leurs multiples) sont précisément les mêmes que les rapports suivant lesquels ils se combinent entre eux.

Dès lors ce sont aussi les rapports suivant lesquels les éléments se substituent les uns aux autres, dans leurs combinaisons. Ils constituent ce que l’on appelle les équivalents chimiques.

Ainsi les équivalents expriment les rapports de poids des dernières particules élémentaires, dont la réunion constitue tous les composés chimiques.

Observons que ces rapports sont connus seulement à un multiple près; car on a dû faire un choix, toutes les fois qu’il s’est agi de déterminer chacun d’eux parmi les divers nombres qui expriment les combinaisons formées en proportions multiples.

6. Les lois générales de la chimie étant ainsi établies par des expériences fondées uniquement sur la connaissance des poids des matières qui se combinent, rapprochons ces lois des connaissances acquises en physique sur la constitution des corps.

C’est surtout l’étude des gaz qui offre à cet égard les résultats les plus intéressants.

Les particules dernières des gaz, envisagées au point de vue physique, sont nécessairement : ou les mêmes que celles qui concourent aux phénomènes chimiques.; ou formées par l’assemblage d’un certain nombre de ces dernières. C’est en effet ce que vérifie l’étude physique des gaz, en montrant d’ailleurs que le nombre dont il s’agit ne surpasse pas 2, ou 4 au plus, dans les cas les plus compliqués. En effet :

7. Loi des densités gazeuses. ■— Les poids de tous les gaz, simples ou composés, pris sous le même volume, sont proportionnels à leurs équivalents (ou à des multiples simples de ceux-ci, tels que 2 ou 4).

En transportant, par hypothèse, les propriétés d’un volume déterminé d’un gaz à chacune des particules qui le constituent, on peut traduire cette loi sous une forme concrète, et dire que : tous les gaz renferment le même nombre de particules (ou des nombres doubles ou quadruples de celui-là). ,

On appelle en particulier poids moléculaires, des poids proportionnels à ceux des divers gaz pris sous le même volume.

8. Lai des chaleurs spécifiques gazeuses. Les divers gaz simples, pris sous le même volume, absorbent la même quantité de chaleur, pour une même élévation de température; c’est-à-dire, comme nous le montrerons -tout à l’heure, qu’ils éprouvent un même accroissement de force vive.

On en déduit avee prohabilité que : la force vive totale communiquée par la chaleur est la même pour tous les gaz simples, pris sous le même volume. D’où l’on conclut encore que : la force vive de chaque particule élémentaire, dans les .gaz simples, offre, soit une même valeur, soit la moitié, soit le quart de cette valeur.

9. Des relations analogues, mais moins précises, existent pour l'état solide, entre les chaleurs spécifiques des divers éléments, entre leurs densités, et même en général entre les diverses propriétés qui dépendent des masses relatives. Ces relations se vérifient surtout pour les groupes de corps analogues; mais elles n’offrent pas pour l’ensemble des corps solides une signification, soit théorique, soit expérimentale, aussi certaine que pour les corps gazeux, jSous ne saurions cependant les négliger ; car elles manifestent le rôle capital des dernières particules chimiques dans l’étude des propriétés physiques des corps.

10. Notation atomique. — On a cherché à simplifier les énoncés précédents, en admettant que tous les gaz renferment précisément le même nombre de particules (hypothèse d’Aragadro), et en choisissant de préférence les équivalents qui satisferaient à cette condition fondamentale. Comme elle ne suffisait pas, on l’a complétée, ou plutôt altérée, par l’intervention de la loi des chaleurs spécifiques solides, laquelle manque de rigueur. Les équivalents ainsi déterminés ont été appelés poids atomiques, Mais, en réalité, les poids atomiques ne présentent pas un caractère plus absolu que les équivalents proprement dits ; attendu qu’il n’a pas été possible de faire concorder exactement dans leur détermination les rapports de poids tirés des combinaisons chimiques, avec ceux qui sont déduits des densités gazeuses et des chaleurs spécifiques. En fait, les vrais poids moléculaires sont : tantôt égaux aux nouveaux poids atomiques (acide chlorhydrique, alcool, etc.); tantôt doubles (hydrogène, azote, etc.); tantôt triples (ozone); tantôt •quadruples (phosphore, arsenic). En outre, les partisans de la nouvelle théorie

excluent le rapport égal à un demi, quoique ce rapport paraisse établi par ^expérience pour un certain nombre de corps.

Les dernières particules physiques des gaz ne sont donc, d’après la notation atomique moderne, pas plus que d’après la notation des anciens équivalents, identiques avec les particules dernières de la chimie (1).

Quoi qu’il en soit, les développements qui précèdent montrent quelles relations étroites existent entre la constitution physique et la constitution chimique des corps; ils justifient de plus en plus l’intervention des notions mécaniques en chimie.

Revenons donc à la combinaison chimique.