CHAPITRE lïl

I/ezplication des faits et de la nature par ratomisme. — Résolution indéfînie des masses et des molécules : la chimie atomique et la physique mathématique. — Transport par l'analyse des qualités des êtres aux masses élémentaires ; l'indivisible et l'individu ; — i'atomisrae ne donne pas un principe d'individuation. — Conclusion : l'atomisme est une hypothèse nécessaire à la science ; il ne saurait être une métaphysique.

PAR DES RÉGRESSIONS ^MULTIPLES , LES SCIENCES PARTICULIÈRES DE LA NATURE ABOUTISSENT A DES ATOMES d'oRDRES DIFFÉRENTS ET DÉCROISSANTS.

Nous avons essayé, dans le chapitre qui précède, d'exposer les raisons qui portent notre esprit à ne voir dans les phénomènes que des fonctions plus ou moins complexes des deux données fondamentales de la dynamique, l'énergie de mouvement et la masse. Telle est, du moins, la conception de la nature chère au mécanisme; et telle elle doit demeurer, si la science ne peut espérer de s'achever et de donner Texplicalion adéquate des choses qu'en devenant rigoureusement mathématique. Mais, du même coup, Fatomismc s'impose : car si la construction mécanique du phénomène le plus simple s'offre, sans contredit, comme une synthèse de mouvements, toute synthèse exige une analyse préalable ; et l'analyse des corps, considérés seulement comme mobiles et comme masses, conduit, comme on l'a vu, à concevoir des masses élémentaires, dont la synthèse finale est chargée d'intégrer les mouvements incessants.

lo6 ESSAI SUR L'HYPOTHKSE DES ATOMES

Cela posé, si le monde matériel n'était vraiment qu'un ensemble fini de masses en mouvement, à la masse homogène on ne saurait assigner non plus, semble-t-il, qu'un élément toujours le môme, qu'un atome d'un seul ordre et d'une seule espèce ; un tel atome serait l'unité de matière, et le problème mécanique du monde se. trouverait ainsi ramené à cette forme simple : définir, pour chaque corps, la position des éléments de masse qui le constituent, la direction et la grandeur des mouvements qui les animent, puis intégrer les équations ainsi déterminées.

Que tel soit en théorie l'idéal poursuivi par l'alomisme, il ne nous semble pas qu'il y ait lieu d'en douter,^ si les considérations développées au chapitre précédent sont reconnues exactes ; au reste, les efforts tentés, à des époques et dans des intentions diverses, pour faire sortir d'une matière unique et primitive les corps les plus hétérogènes, manifestent assez clairement la tendance de la science à retrouver partout dans la nature ce qu'on pourrait appeler une tmUé de composition. Ajoutons qu'ils devraient, un jour ou l'autre, avoir un plein succès, si l'atomisme est le vrai, et s'il atteint au fond des phénomènes un élément qui ne soit pas seulement l'unité d'un concept, mais l'unité d'un être. Jusqu'à présent la science en est encore, à cet égard, aux tâtonnements et aux essais ; mais l'esprit du système est si bien d'achever, sur un môme plan, la réduction totale, qu'on le surprend sans cesse à commencer et à poursuivre des réductions partielles. Reste à savoir si cet effort, qui n'aboutit jamais, vers l'élément dernier et l'atome absolu, n'est point le signe d'une loi de l'entendement qui cherche Tunité plutôt qu'il ne la trouve, et qui mesure l'intelligibilité des choses à la manière dont elles subissent les distinctions et les relations de la pure quantité ; reste à dire, en un mot, si l'atomisme n'est point une analyse et une méthode, plutôt qu'il n'est une science et une philosophie de l'ôtre.

L'atomisme est, en effet, bien loin d'avoir donné, de nos

jours, au problème posé la solution parfaitement simple et générale qu'il semblait comporter ; car, pour analogues qu'elles soient, les régressions des sciences particulières ne nous ramènent pas moins à des atomes d ordres très différents; Tatome chimique est bien tel si Ton veut à Tégard des masses visibles ou même des molécules qu'il constitue ; mais peut-ôtre est-il, à son tour, une molécule à Tégard de l'atome de matière primitive, que nous laisse entrevoir l'hypothèse de Prout ; peut-être môme est-il un microcosme, un monde véritable, s^il était vrai qu'il fût, comme on Ta plus d'une fois imaginé, un composé pondérable de particules d'élher.

La nature en tout cas, ne nous apparaît point, dès l'abord, comme une synthèse à forme unique d'éléments homogènes que l'analyse saisit d'emblée sous les modes divers de l'énergie et du mouvement, mais bient(M comme une série, comme une hiérarchie de formes superposées, dont chacune» se résout en ses éléments propres : lorsque le mécanisme prétend analyser le sentiment et la conscience, il ne s'avise point d'outrepasser, dans sa régression, la cellule vivante: et si la vie de la cellule se réduit, à son tour, aux réactions des molécules chimiques, puis celles-ci aux attractions et répulsions des atomes d'élher, la méthode régressive prend soin de s'arrêter aux étapes successives, comme si la nature les eût elle-même marquées, et comme si le brusque passage des degrés supérieurs aux degrés les plus bas n'était bon qu'à tout compromettre. Notre analyse suit donc une marche pour ainsi dire discontinue, et le problème qu'eHe s'était posé n'est point si simple qu'on l'avait cru d'abord. Il est toutefois bien digne de remarque que, si nombreuses que soient les formes du problème, la méthode ne change pas : elle apparaît toujours comme un effort de notre esprit pour substituer à la riche variété d(» la nature vivante l'homogénéité d'une matière sans vie, presque sans qualités, où tout vient du mouvement et retourne au mou-

vemont ; le corps est à ses yeux une synthèse qu'il faut briser, un tout qu'expliquent les parties, une massé dont l'analyse doit séparer les éléments pour dégager la loi de leur association et de leur arrangement ; sans doute on n'atteint point, du premier coup, le dernier élément, l'élément mécanique qui n'est plus qu'un mobile et qui ne répond plus qu'à la définition de Tinerlie et de la masse ; la cause en est peut-ôtre dans lu nature des cçrps, systèmes mécaniques complexes, superposés à des systèmes plus simples, synthèse des mouvements dont chaque unité mobile enveloppe d'autres synthèses. Toujours est-il qu'un seul chemin s'ouvre à notre analyse, et qu'en s'y engageant elle a de plus en plus jusqu'ici rencontré, sinon déterminé, les éléments finis qu^elle poursuit sans cesse dans la réalité finie. Entre celle-ci et nos concepts, elle a jeté la masse, assurée à l'avance qu'elle y trouverait un appui pour Tunité, et dans le mouvement variable à l'infini une source inépuisable des qualités des choses perpétuellement transformées et changeantes. Ainsi s'explique que la résolution des masses et l'analyse de leurs mouvements nous aient conduits si loin dans l'interprétation et dans la connaissance des faits de la nature ; ainsi se justifient en d'autres termes les succès incessants des théories atomistiques, devenues à notre époque l'expression adéquate du mécanisme scientifique.

If

LA CHIMIE ATOMIQUE ET l'aTOME CHIMIQUE

i^ Les lois des proportions définies et multiples^ l'hypothèse d Avo(jadro et la loi des chaleurs spécifiques de Dulong et Petit. — Relativité radicale des poids atomiques et conséqueinment de l'atome chimique lui-même.

Tout le monde connaît, notamment, de nos jours l'éclatante confirmation apportée aux vues de l'atomisme par

l'analyse des phénomènes chimiques. On peut dire que, dans ce domaine, les faits concrets de la nature se sont d'eux-mômes offerts à des mesures précises, et qu'ils se sont manifestés commes des fonctions simples du poids des corps et de leur masse. Tandis qu'ailleurs, par exemple en optique, les phénomènes nous apparaissent le plus souvent comme des intégrales, et tandis qu'ils enveloppent, tout finis qu'ils sont, des séries infinies de particules vibrantes, le fait chimique résulte bien plutôt d'une somme arithmétique de masses élémentaires dont les actions s'additionnent et s'augmentent, comme en statique des unités de force. Ici, par un privilège rare, Tesprit ne passe ni ne repasse par aucun infini pour aller analytiquement du phénomène à l'élément, et pour revenir synthétiqucment de celui-ci à celui-là : la route au contraire est directe du fini au fini, en sorte que l'esprit voit dans sa pleine clarté l'arrangement intime des masses intégrantes. Reste à savoir si, au point où s'arrête Tatomisme chimique, il a vraiment donne l'explication dernière et purement mécanique des qualités des corps, ou si la tâche de Tatomisme vrai ne commence point précisément où finit la chimie.

Quoi qu'il en soit, la loi des proportions définies et celle des proportions multiples ont peu à peu conduit tous les chimistes, à la suite de Dalton, à supposer discontinue la matière des corps simples. Si en effet aucun de ces derniers n'entre en combinaison que par parties rigoureusement proportionnelles en poids à des nombres finis, n'est-il pas nécessaire de les imaginer composés de particules réelles et réellement indivisibles, proportionnelles à leurs équivalents ''espectifs, ou tout au moins à quelque diviseur de ces ^équivalents ? Autrement quelle raison s'opposerait aux vues ^e BerthoUet * sur l'acroissement ou la diminution des poids équivalents, quand la masse totale des corps qui se

(j) Voyez Lothar Meyer, Les tftéories modernes de la chimie, traduction française, Paris, 1887 et 1889, t. I, p. iv, et t. II, p. 123 sq.

combinent augmente ou diminue ? Deux corps simples continus pourraient, en d'autres termes, entrer en proportions quelconques dans des combinaisons sans fin *, coiiirairementà toutes les observations et aux lois les plus sûres (I(î la chimie moderne.

En conséquence, quelque opinion qu'on ait sur la possibilité de définir les particules ultimes des corps simples et d'assigner à leur équivalent une valeur /wmw^îa, l'accord est fait entre tous les savants pour en affirmer l'existence, sinon pour les déterminer.

Au reste, une école qui tend, à l'heure actuelle, à réunir tous les chimistes, s'est imposé la tâche de découvrir les équivalents vrais, ou plus exactement les poids atomiques des corps simples; disons tout de suite qu'en paraissant ainsi atteindre les atomes en môme temps que leur poids, l'école en question ne prétend nullement saisir un atonie absolu, mais, simplement les plus petites particules susceptibles d'entrer dans des combinaisons et chirniquement indivisibles, k cet effet, deux lois d'une extrême importance ont élé invoquées pour compléter et préciser les résultats des lois des proportions définies et multiples : à savoir la lt»i (le Gay-Lussac sur les combinaisons volumétriques des ga/ ot celle de Dulong et Petit sur les chaleurs spécifiques.

Tandis que la loi des proportions définies établissait lu proportion constante en poids des corps qui se combinent, et s'appliquait d'ailleurs indifféremment aux trois états solide, liquide ou gazeux, Gay-Lussac démontrait en outre qu'à l'état gazeux, les volumes des corps qui réagissent Chi-

li) Évidemment Berlhollet n'allait point jus(|ue-iJi; interprétant mal les '< actions de masse », il soutenait seulement que lorsque deux corps réagissent l'un sur l'autre, le résultat se trouve proportionnel aux masses agissantes, de telle sorle que chacun des corps entre dans la combinaison en quantité d'autant plus grande qu'il y a plus de ce corps en présence de l'autre; mais il ne pensait point que les caractères spéciliques du composé fussent par là même altérés. Nous avons lieu de croire au contraire aujourtl'hui qu'il en serait ainsi, et que le composé varierait sans fin avec la proportion des composants.

miquomcnt Fun sur l'autre se présentent toujours en un rapport très simple : ainsi un volume de chlore s'unit toujours à un volume d'hydrogène pour former deux volumes d'acide chlorhydrique, deux volumes d'hydrogène à un d'oxygène pour faire deux volumes d'eau, et un volume d'azote à trois d'hydrogène pour faire deux volumes de gaz ammoniac ; les volumes des composants, dans ces divers exemples, sont en effet dans les rapports très simples de 1 à 1, de 2 à 1, et de 1 à 3. Il en est de môme, comme on le voit encore, du volume du composé à l'égard des volumes des composants, qui sont ici respectivement de 2 à 2, de 3 à 2, et de 4 à2 (ou de 2 à 1).

Mais la loi devenait encore plus saisissante, quand on vint à remarquer que les rapports des volumes composés aux volumes composants restaient, dans presque tous les cas \ , rigoureusement conformes à ces trois types, quelle que fût la nature des corps réagissants : un volume d'un gaz simple quelconque, en effet, combiné avec un volume d'un autre, donne toujours deux volumes du composé ; deux volumes avec un volume en donnent deux ; trois avec un en donnent encore deux. Qu'en devait-on conclure, sinon que tous les gaz, quelles que soient leur nature et leurs propriétés, sont constitués d'une manière identique et offrent physiquement la même contexture ?

Tel fut l'avis de Filalien Avogadro. qui, tenant compte en outre et avant tout de la constance du coefficient de dilatation^ pour tous les gaz sous l'influence de la chaleur,

(1) AVurtz {La théorie atomique, Pans^ F. Alcan, p. 25 et 72) signale cependant deux cas exceptionnels : tandis que d'ordinaire la combinaison des volumes égaux des composants se fait sans contraction (i -f 1 = 2; 2 + 2 = 4), il arrive cependant que 2 volumes d'oxyde de carbone ou 2 volumes de chlore, ou 2 d'éthylène à 2 de chlore ne donnent, après contraction, que 2 volumes de gaz phosgène ou de chlorure d'éthylène. D'ailleurs l'hypothèse d' Avogadro repose théoriquement bien plutôt sur l'identité du coeflicient de dilatation pour tous les gaz que sur l'analogie, pourtant très frappante, que nous venons de signaler.

(2) Avogadro, qui croyait à la matérialité de la chaleur, expliquait la dilatation des gaz par. une répulsion réciproque des molécules, tandis que la

Hasnequin. 11

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ft i62 ESSAI SLll L'HYPOTHÈSE DES ATOMES

imagina « que le nombre des parliciUes diXixqnelle^ se réduisait une substance passant à l'état gazeux était, pour ions les gaz^ la infime dans un même volume^ à égalité de tempéra- ?V ture et de pression \ » L'étude des rapports volumétriques

conduisait donc à la môme conclusion que celle des poids équivalents, et ^'hypothèse de la constitution moléculaire des corps en sortait une fois de plus victorieuse.

On va voir que la loi nouvelle avait en outre l'avantage de compléter l'ancienne et d'en préciser ou môme d*en corriger les enseignements. La loi des proportions définies permettait bien en effet de déterminer d'une manière très sûre les poids relatifs de combinaison ; et c'en était assez sans doute pour ^ ' consigner les résultats de l'observation et de l'expérience ;

mais quand on avait établi par exemple que 1 gramme ^ d'hydrogène se combinait exactement à 8 grammes d'oxygène fv pour donner 9 grammes d'eau, avait-on le droit d'attribuer

aux particules indivisibles des deux corps composants les poids proportionnels de leurs masses totales ? Etait-il sûr Ky (^^ d'autres termes que l'équivalent 1 et l'équivalent 8

^ fussent les poids relatifs d'un atome d'hydrogène et d'un

^'^ ^ atome d'oxygène, quand la supposition que deux atomes de

k l'un, pesant chacun 0,5, unis à un seulement de l'autre,

p-^- représenté par 8, rendrait compte des faits avec la même

^ exactitude ? La détermination des équivalents en poids est

donc au-dessus de toute contestation, mais elle nous laisse - indécis sur le poids vrai des atomes, ou ce qui revient au

théorie cinétique actuellement adoptée suppose au contraire que, ces dernières .2 n*exerçant plus à Tétat gazeux ni attraction ni répulsion les unes sur les

autres, la chaleur a pour effet d'augmenter leur mouvement ou leur force ^ vive, et par là même soit leur volume, à pression constante, soit leur pres-

sion, sous volume constant. Quoi qu'il en soit, Avogadro avait établi très ^^ nettement que pour avoir un même coefficient de dilatation, variable de la

k" môme manière avec la température et la pression, tous les gaz devaient avoir

f'; aussi le même nombre de molécules sous le même volume, dans les mêmes

V conditions de température et de pression. Ses vues ont été, sur ce point,

-• absolument confirmées par les auteurs de la théorie cinétique des gaz. Cf. Loth.

^ Meyer. op. cil,, I, p. 18 et 25.

(1) Loth. Meyer, op. cil., I, p. 10.

L'ATflMISME ET LA NATIHK mùmc, sur le nombre des i>ai'ticiilcs vraimcnl indivis ou des atomes chimiques qui prennent part à la comb l'on.

Or c'est précis(?ment de cette indécision qu'est venue i tirer, dans un grand nombre de cas, la loi d'Avogodro. i offet les gaz, à égalittî do volume, possèdent tous le m nombre de particules h intégrantes » ou « constituantt comme disait Avogiidro, l'examen comparatif des volu composés et des volumes composants va nous donnei moyen d'analyse tout à fait inattendu.

Soit par exemple la combinaison d'un volume d'iiydroj ri d'un volume de chlore, en tout deux volumes, donnent, comme on sait, deux volumes d'acide chlo: drique. A la loi des équivalents en poids, la notation vante suffisait : n + CI = HCi: au contraire à la loi volumes visiblement elle ne satisfait plus: car il en ré terait que deux volumes du composi^ HCl ne renfern que n particules inti^grantes d'acide chlorhydrique, ta que deux volumes des composants en renfermaient un r brc double 2/1 d'hydrogène et de chlore.

La notation ordinaire de l'eau, 11 + = 110 était, s'i possible, plus incorrecte encore, alors qu'elle lai: supposer qu'un volume d'hydrogène et un volume d'oxyi donnaient un volume d'eau, tandis qu'il faut deux volu de l'un et un volume de l'autre pour faire deux volu d'eau.

l'ne correction très simple des notations chimiques « permettre do tout concilier. La loi d'Avogrado exige tous les gaz, à volume (5gal, simples ou composés, renferi le m&me nombre do particules intégrantes; mais où e preuve qu'une telle particule Jnti^granle n'ait point même des parties et ne soil point la réunion de plusi atomes? La particule d'un gaz composé, HCl par exen est faite au moins de deux atomes, lun d'hydrogène, Yt <le chlore; en conséquence, elle est une molécule et

fe

pas un atome; pourquoi les particules intégrantes des gaz simples ne seraient-elles pas aussi des molécules complexes et non point des atomes? L'unité moléculaire de rhydrogènc ou du chlore, par exemple, renfermerait deux atomes au moins, et la loi des volumes se trouverait respectée dès qu'on dirait : 1 molécule d'hydrogène, constituant i volume élémentaire (soit 2 atomes = HH), -|- 1 molécule de chlore, constituant également i volume élémentaire (soit 2 atomes = ClCl), forment ensemble 2 molécules, sous 2 volumes élémentaires d'acide chlorhydrique (soit liCl -f HCl) ; d'où la notation HH + ClCl = HCÎ -f M. Par analogie, la notation de Teau deviendrait la suivante :

HH + HH + 00 i moléc. -|- i moléc. -|- 1 moléc,

2 vol.

-|- 1 vol. =

H-0 + H^O 1 moléc. -|- ^ moléc.

2 vol.

Cela posé, il n'en est pas moins vrai sans doute que 1 gramme d'hydrogène combiné avec 8 grammes d'oxygène, produisent î) grammes d'eau ; mais en tenant compte de la loi des volumes, les nombres 1 et 8, qu'on pourrait appeler poids proportionnels de combinaison, sont bien loin d'être respectivement les poids atomiques de l'hydrogène et de l'oxygène; et c'est deux molécules ou en tout 4 atomes d'hydrogène qui sont représentés par i, alors qu'une molécule ou 2 atomes d'oxygène seraient représentés par 8. Si ces données étaient justes, la poids atomique de l'hydrogène deviendrait 0.25, et celui de J'oxygène 4; ou, ce qui revient au même, en prenant pour unité le poids atomique de l'hydrogène II = i, le poids atomique de l'oxygène serait 16 (exactement 0= 13,96).

On voit sans peine les horizons qu'ouvrait à la chimie la loi d'Avogrado ; car non seulement elle permettait, par l'étude comparée des densités gazeuses et des poids proportionnels de combinaison, de calculer les poids moléculaires:

l.ATÛHISME ET LA NATURE 165

mais encore elle donnail, sur la divisibilité des molécules elles -mûmes, assez d'indications pour conduire le chimiste aussi près qu'on puisse aller des vrais poids atomiques.

Remarquons cependant qu'en nous forçant à diviser en parcelles plus petites les molécules intégraotcs des corps simples eux-mî-mes, elle ne nous donne aucun moyen d'en définir exactement le nombre; on lïxe à 2 le nombre des atomes qui constituent une molécule d'hydrogène, d'oxygène ou de chlore, à 4 celui dos parties atomiques d'une molécule de phosphore ou d'arsenic' ; rien ne prouve, au moins d'une manière rigoureuse, qu'on ne puisse pas doubler, tripler, ou, en un mot, mulliplier ces nombres. Aussi n'est-ce point, encore une fois, la prétention de l'école atomique d'avoir atteint les atomes absolus par la méthode indirecte qui, dans chaque molécule, en fixerait le nombre; elle s'est contentée d'affirmer, à la lumière de l'hypothèse d'Avogadro, lu multiplicité réelle des unités moléculaires et de choisir, sous le nom de poids atomiques, les poids relatifs de leurs plus petites parcelles qui entrent dans les combinaisons connues. De solides raisons, ajoutons-le, semblent d'ailleurs établir que le nombre réel des atomes compris dans une molécule ne peut pas sensiblement dépasser celui qu'on leur assigne',

(Ij Voy. Lolh. Meyer, op. cil., 1. p. 41 et S2.

{2) a Dans nos considérations sur la déternii nation des poids aloiiiiques, dit Lothar Meyer (op. cit.. I, p. 132), noua avuDs bien délerminé le nombre des ntonics unis pour former une molécule ; pourtant nous avons dû faire une restrii'tion. que le poids atomique réel peut Atrc une fraction rationnelle du nombre détermiué, et qu'ainsi le nombre des atomes contenus dans une molécule peut être un niulttplo du nombre déterminé par la loi d'Avogadro. Si nous ne pouvons pas démontrer d'une manière tout à fait certaine que la réalité est conforme à nos suppositions, par exemple que, dans l'acide chlorhydrique, une molécule d'acide est formée de i atome d'hydrogène uni à t atome de chlore, et non pas de 2 atomes de l'un avec 2 atomes de l'autre, de 3 atomes unis à 3 atomes, etc., nous pouvons pourtant affirmer qu'une molécule d'acide chlorhydrique n'est pas formée de 50 atomes de chaque élément ou de lOU atomes. Si la molécule était formée <ieDQ atomes d'hydrogène unis 4 '.il} atomes de chlore, par exemple, il pourrait arriver qu'uu ou plueioura atomes vinssent par hasard à manquer sans que tout l'équilibre du système fût détruit ; mais l'absence d'un seul atome de chlore ramènerait les rapports des poids des éléments de 1 ; 35.37 à 1 : 3i.69, changement qui est bien au delà des limites des erreurs possibles dans nos recherches stcechio-

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166 ESSAI SLU L'HYPOTHKSE DES ATOMES

et même on a récemment pu soutenir* que la molécule do mercure était exactement d'un seul atome.

Au reste une autre loi chimique d'une grande importance est venue contrôler et, sur plus d'un point, compléter les résultats de la loi des volumes : nous voulons parler de la i. loi relative aux chaleurs spécifiques. Après avoir mesuré

soigneusement les chaleurs spécifiques de treize corps chimiquement simples, Dulong et Petit remarquaient, en 1819, dans un mémoire célèbre', que les chaleurs spécifiques de ces éléments, déterminés pour l'unité de poids, étaient d'une manière à peu près rigoureuse inversement proportionnelles à leurs poids atomiques. Dès lors si la chaleur nécessaire pour élever de 1 degré la température de l'unité ^> de poids d'un corps est plus grande quand le poids atomique

l'est moins, plus petite quand il est plus grand', Dulong et Petit avaient le droit de conclure de leurs recherches la loi générale suivante : « Les atomes de tous les corps simples jj^ ont exactement la môme chaleur spécifique*. »

Une conséquence directe de la loi de Dulong et Petit est que le produit de la chaleur spécifique parle poids atomique ^S donne un nombre sensiblement constant pour tous les élé-

^.^ ments; on est convenu d'appeler ce produit la capacité

|f calorifique de Tatome, ou, comme disent les chimistes, la

métriques. » On pourrait ajouter que la chaleur spécifique dU chlore cl de

l'hydrogène devrait être, dans cette hypothèse, de beaucoup supérieure au

» chiffre que lui assigne actuellement Texpérience, attendu que la chaleur

i' absorbée par le travail intra- moléculaire devrait croître en raison du nombre

*• des atomes. Cf. Stallo, La matière el la physique moderne, p. 18 sq. — Voy.

aussi plus loin, p. 477.

(l) Kundt et Warburg, Sur la nature de la vapeur mercurtelle, Poffg. Ann.^ CLVIII, 356 Voy. Wurtz, f.a théorie atomique, \i. 87 sq., et L. Meyer, op. cit.* 1, p. 56; voy. aussi la critique approfondie des conclusions de Kundt et Warburg par M. Berthelot, Ann. de chi?n. et de phys., (5) IX, p. 423.

f, (2) Ann. de chim. et de phys., ("2), p. X, 395.

'■i (3) Le nombre des atomes requis pour faire Tunité de poids du corps cou-

^ sidéré est en effet inversement proportionnel à son poids atomique, et varie

r. par conséquent comme la chaleur spécifique ; donc l'unité atomique, quel

que soit le poids de l'atome, a toujours la même chaleur spéciGquc.

(4) Loth. Meyer, op, cit,, I, p. 75,

chaleur atomique du corps. Les remarquables travaux de Regnault pour déterminer les chaleurs spécifiques de la plupart des corps simples solides ont établi que la moyenne des chaleurs atomiques*, qui varient entre les limites extrêmes de S,5 et 6,9, est de 6,4*.

Sans doute il existe des corps simples dont les chaleurs atomiques sont un peu trop faibles (certains métalloïdes à poids atomiques également faibles tels que le bore, le carbone, le silicium, etc.) et d'autres dont la chaleur atomique dépasse la moyenne (certains métaux, et, parmi les métalloïdes, le brome, 6,8, et l'iode, 6,9); « mais, dit Wurtz^, n'est-ce pas un fait digne de remarque que, tandis que les poids atomiques varient dans la proportion de 1 à 30 et les chaleurs spécifiques dans la proportion de 1 à 7, les produits de ces deux quantités, c'est-à-dire les chaleurs atomiques, ne varient que dans le rapport de i à 1, 2 *? »

On saisit du premier coup d'œil la haute valeur d'une telle loi pour la détermination des vrais poids atomiques ; arrive-t-il en effet que le quotient de la moyenne 6,4 des chaleurs atomiques par la chaleur spécifique du corps consi-

(1) Si l'on prend pour unité des poids atomiques celui de Thydrogène et pour unité des chaleurs spécifiques celle de l'eau liquide, la valeur numérique du produit varie entre les nombres 0.5 et 6,9; si au contraire on rapporte les poids atomiques à celui de Toxygène == 100, la valeur du produit oscille autour de 40.

(2) Wurtz, ojo. ci7., p. 90.

(3) Id., ibid,

(4) « La seule inspection des nombres obtenus, disaient déjà Duloag et Petit (cités par AVurtz), donne lieu à un rapprochement trop remarquable par sa simplicité pour ne pas y reconnaître immédiatement l'existence d'une loi physique, susceptible d'ôtre généralisée et étendue à toutes les substances élémentaires. En effet, les produits dont il s'agit et qui expriment les capacités des atomes de différente nature, approchent tellement d'être égaux entre eux qu'il est impossible que les différences très légères qu'on y remarque ne tiennent pas aux erreurs inévitables, soit dans la mesure des capacités, soit dans les analyses chimiques. » — « Cette appréciation, ajoute Wurtz {op. cit., p. 40), était juste : les erreurs ont été corrigées, et les exceptions ont disparu une à une. Mais il a fallu pour cela que les grands travaux entrepris par V. Kegeault à partir de 1840 sur les chaleurs spécifiques fussent complétés en quelques points, et ils ne l'ont été que récemment. Il a fallu. en outre, que le système des poids atomiques fût réformé, et cette réforme s'est accomplie successivement et par étapes, en quelque sorte. »

ddré se rapproche sensiblement du poids atomique déterminé par les méthodes qui reposent tant sur la loi des proportions chimiques que sur la recherche des densités gazeuses? il n'y a pas de doute : le résultat obtenu par des voies totalement différentes, est confirmé d'une manière rigoureuse. Mais il arrive aussi que la règle de Dulong et Petit et celle d'Avogadro indiquent des résultats dissemblables : en pareil cas, le poids atomique indiqué par la première est toujours une fraction rationnelle du poids atomique indiqué par la seconde, ce qui n'a rien de surprenant puisque la loi d'Avogadro détermine un maximum plutôt qu'un minimum du vrai poids atomique. En voici un exemple : « D'après les expériences de MM. H. Sainte-Claire Deville et Troost, la densité de vapeur du chlorure fcrriquo, assigne à ce composé le poids moléculaire 325. Or 32S de chlorure ferrique renferment213 = 6x35,5dechloreetil2(liJ,8)defcr. Ces 1 12 représentent-ils le poids de un ou de plusieurs atomes de for? Ici ce n'est plus... Thypothèse la plus simple qui est la bonne. La loi des chaleurs spécifiques attribuant au fer le poids atomique 56 (^i3,9), nous devons admettre que le chlorure ferrique renferme 2 at. de fer et G at. de chlore, et que sa composition est représentée par la formule Fe* Cl' *. » L'indication donnée par la loi de Dulong et Petit a donc, en général, une valeur moins précise, mais plus directe et plus nettement limitative ; et, en cas de conflit, il convient de préférer le chiffre qui satisfait à la loi des chaleurs spécifiques. Si maintenant nous comparons, dit Lothar Meyer% <( les poids atomiques déduits de la règle de Dulong et Petit à ceux que fournit la loi d'Avogadro sur les densités uazeuses, nous verrons un accord complet pour tous les éléments dont on a jusqu'ici établi les chaleurs spécifiques h Tétat libre et à l'état solide. Seule la chaleur spécifique de l'hydrogène et de l'oxygène, calculée par la capacité calo*

(1) Wurtz, o/). cit.j p. 76.

(i) Lolh. Meyer, op, cit., I, p. 104.

L'ATOMLSME ET I.A NATCRIv rifique de leurs combinaisons, donne avec leur ptiiJi miqiic (li^duit de leur densité gazeuse, un produit bcai trop faible; c'est sans dou le parce que la clialeur sptïc de CCS élémenls, comme celle du bore, du glucinïum silicium, est trï-s variable au-dessous de 100 degriis, ( suite peut-Mre plus petite que ne l'exige la loi do Dult Petit. Pour tous les autres éléments éludiiîs jusqu'ici, les utomiqucs obtenus par la ^^gIc d'Avogadro donnen cbalcur atomique de 6 calories environ. »

Si les chimistes ont encore d'autres métbodes, et celle que Mitscherlicli fondait sur l'isomorpliisme, déterminer par analogie les poids atomiques, on peu cependant que leurs vues théoriques reposent avant loi les trois lois des proportions délinics et multiples, de: ports volumétriqucs de combinaison, et des chalcui-s ; fiques. A dire vrai, la première seule olîre, en ce sen; garanties absolues ; et les deux autres, invoquées pourdi en chaque équivalent de combinaison, le nombre exai atomes concourants, manquent encore à l'heure actue toute la précision et de la certitude qu'on voudrail donner.

Ceux mômes d'entre les chimistes qui accordent le pi confiance à la loi d'Avogadro n'ont pas manqué de rema le caractfrc hypothétique et purement provisoire des i lats auxquels elle conduit. En premier lieu, la loi de Lussac, dont elle est une forme, ne présente pas théoi ment plus de valeur que lu loi de Mariotte ; or on sai celle-ci n'est vraie idéalement que des gaz parfaits, et q pliquéc aux gaz réels ou aux vapeurs, elle est d'à moins rigoureuse qu'on s'approclie davantage du poi liquéfaction. Les résultats, dans la pratique, pour qi moins prend soin d'observer les gaz ii un point éloig leur liquéfaction, n'en sont pas moins suflisamment | et scientifiques; mais il reste douteux que la constit des gaz réponde dans la réalité à l'idée que nous no

faisons et qui sert de fondement à la loi de Mariotle et notamment à Thypothèse d'Avogadro.

En second lieu, nous avons déjà vu rinsuffisance de cette dernière à nous donner sur la composition atomique des molécules et conséquemment sur les atomes eux-mêmes des renseignements absolument certains. Les poids moléculaires, obtenus par la mesure des densités gazeuses, sont donc hypothétiques* comme la loi de Mariotte et comme nos théories sur la nature des gaz ; quant aux poids atomiques que nous en déduisons, peut-être avons-nous le droit d y voir un maximum des valeurs qu'ils peuvent prendre, mais non pas à coup sûr la valeur minima du poids du véritable atome.

Reconnaissons toutefois la haute portée de la confirmation des résultats dus à la loi d'Avogadro par la loi des chaleurs spécifiques. Par une chance singulière, Texpérience a montré que la capacité calorifique des atomes, considérée comme un produit de deux facteurs dont Tun était la chaleur spécifique du corps considéré, exigeait que l'autre facteur fût, non pas dans la plupart des cas le poids moléculaire, mais la fraction de ce poids déterminée déjà le plus souvent comme poids atomique. La loi de Dulong et Petit, sans doute, est restée empirique ; et peut-être sommes-nous encore très éloignés du temps où nous en aurons une expli-

(1) Nous ne voulons pas dire par là que la détermination des poids, dits moléculaires, repose sur des méthodes imparfaites et aboutisse & des valeurs sans précision; nous sommes, en effet, grâce aux travaux de M. Raoult, en possession d'une loi très remarquable qui est la suivante : « Si Ton dissout 1 molécule d'une substance quelconque dans 100 molécules d'un dissolvant quelconque, on détermine un abaissement du point de congélation toujours à peu près le même, et voisin de 0°,62. » On aperçoit sans peine que la loi de Raoult otfre pour la détermination des poids moléculaires les mêmes ressources que la loi de Dulong et Petit pour celle des poids atomiques ; et, de fait, on a pu s'assurer qu'elle vérifiait la plupart des poids moléculaires adoptés avant qu'on l'eût découverte. (Voy. Raoult, Sur les progrès de la Cnjoscopie, Grenoble, 1889, p. 43, 51 et 66.) — Ce qui nous paraît être hypothétique et douteux, ce n'est donc point la valeur positive qu'on est convenu d'appeler le poids moléculaire, mais c'est la réalité ou, si l'on veut, l'objectivité du rapport que l'on prétend établir entre les molécules et les atomes, c'est l'individualité de la molécule chimique.

I/ATOMISME ET LA NATUKE i71

cation claire et satisfaisante ; mais elle est pourtant trop saisissante et vérifiée par des observations trop concordantes et trop nombreuses pour qu'on en puisse sérieusement contester la valeur.

Est-ce à dire néanmoins qu'un succès très solide, mais enfin tout fortuit et enveloppé d'obscurité, nous soit une garantie que nous avons atteint la particule ultime d'un corps simple chimique, quand le produit du poids qui la représente par la chaleur spécifique s'approche sensiblement de la moyenne connue? C'est sans doute une remarquable réussite que l'oscillation do toutes les chaleurs atomiques autour de cette moyenne; pourtant sur quai'ante corps simples relevés dans le tableau de Wurtz \ cinq seulement atteignent exactement la moyenne 6,4, et dix les nombres 6,3 et 6,5 qui s'en rapprochent le plus. La rigueur des résultats est donc bien loin d'être absolue ; et s'il est vrai qu'on peut expliquer l'écart, d'ailleurs peu considérable, de la plupart des chaleurs atomiques par les erreurs inévitables soit dans la mesure des capacités, soit dans les analyses chimiques, les chimistes pourtant n'ont pas manqué de relever eux-mêmes un certain nombre d'exceptions à la loi ; les plus remarquables sont celles des corps à poids atomiques faibles, le bore entre autres, le carbone, le glucinium et le soufre, dont la chaleur atomique descend jusqu'à 5,5, — 5,3, — et môme 5,1, *. Pour deux au moins de ces corps, le carbone et le silicium, on ne peut invoquer, comme on l'a fait très justement pour d'autres, l'impossibilité d'en mesurer la chaleur spécifique & des températures où elle reste constante ; car cette condition s'est trouvée très suffisamment réalisée dans les recherches de H. -F. Weber (1874)^; il est par suite « tris

(1) Op. cit., p. 89. Dans le tableau de Lotliar Meyer (I, p. i05) qui comprend 61 corps simples, dix atleijLrnent la moyenne 6,4, neuf le nombre 6,3, et trois le nombre 6,5

(2) Nous empruntons ces chiffres au tableau de Loth. Mejer, I, p. 105.

(3) Cf. Loth. Meyer, op. cil,, I, p. '9 sq.

vraisemblable^ selon les propres expressions de Lothar Meyer*,que les chaleurs atomiques de quelques éléments, que Ion a trouvées trop petites, sont aussi plus petites à toutes les températures que celles des autres éléments. » Dans l'état actuel de nos connaissances, les exceptions se trouvent donc confirmées plutôt qu'elles ne sont prêtes à rentrer dans la règle ; et l'exception à une loi de ce genre, on ne peut guère se le dissimuler, risque d'en mettre en question au moins les conséquences et le sens théoriques. Un autre motif de défiance, à l'égard de l'usage qu'on serait tenté de faire de la loi de Dulong et Petit pour la détermination des atomes réels, nous vient des variations considérables, pour un môme corps, de sa chaleur spécifique, quand il change d'état ou quand sa température augmente. La chaleur spécifique de l'eau, par exemple, ou de l'iode à Tétat liquide, est le double de celle de la glace ou de l'iode à l'état solide ; d'une manière générale, la chaleur spécifique augmente avec la température, et cela est vrai même des corps solides, longtemps ayant qu'ils s'approchent de leur point de fusion. Pendant de longues années, l'une des plus graves difficultés de la loi de Dulong et Petit a été la différence notable des chaleurs atomiques du diamant qui, à — SO**, n'est que de 0, 76 calories et qui, à 27*^,7, se trouve exactement doublée (1,32 calories) ; c'en était une aussi que la différence des chaleurs atomiques du carbone, dans ses deux états allotropiques de graphite et de diamant, à de basses températures. Sans doute on a montré qu'à des températures élevées la variation cessait le plus souvent, et on a su, dans la pratique, en profiter pour mesurer la chal(îur spécifique quand elle était devenue sensiblement constante ; mais, outre que les chaleurs spécifiques des nombreux corps simples ont été ainsi obtenues à des températures très différentes, encore était-il nécessaire d'expliquer

d OÙ venait, pour un mômo corps solide, la variation si considérable de sa chaleur spécifique. Les hypothèses imaginées par les chimistes, sur ce point délicat, ne sont guère favorables, il faut bien l'avouer, à la sécurité des méthodes théoriques invoquées pour déterminer à la fois le poids et le nombre des atomes chimiques.

Qu'on nous permette d'en donner une idée.

En prenant pour point de départ les résultats des travaux de Weber*, la chaleur spécifique du diamant est telle aux environs de 33° qu'il faudrait donner à son poids atomique une valeur quadruple (48 au lieu de 12) pour que sa chaleur atomique s'approchât sensiblement de la moyenne 6,4; de la même manière, pour que la chaleur atomique du graphite égalât le produit 0.6, il faudrait multiplier sa chaleur spécifique à de basses températures (vers 62*") par le triple de son poids atomique reconnu, c'est-à-dire par '33 ^ Or, si Ton se souvient que la chaleur dépensée pour élever la température d'un corps (c'est le cas de la chaleur spécifique) est en définitive employée à augmenter la force vive des masses discontinues qui constituent les gaz et vraisemblablement aussi les corps solides, qui sait si les atomes des corps considérés ne se réunissent point, aux basses températures, en groupes moléculaires de 3, de 4, de n atomes fortement liés entre eux ? A des températures plus hautes, les groupes se laisseraient, à proprement parler, dissocier sous l'intluence de la chaleur, et le nombre des masses, dont la force devait ûlre augmentée pour qu'il y eût un accroissement de température sensible au thermomètre, se trouverait doublé, triplé ou quadruplé ; donc il faudrait aussi, pour un nombre doublé de masses indépendantes, un accroissement double de force vive, ou une chaleur atomique double. Ainsi s'expliquerait que la chaleur atomique du diamant fût à 98o^ quatre fois environ ce qu'elle est à 33**, et celle du graphite

fl) Ils sont consignés dans un tableau dressé par Loth. Meyer, I, p. 83. ('2) Cf. Wurtz, op. cil.^ p. 92 sq.

à 977^ trois fois ce qu'elle est à 62^. Mais il faut aller plus loin, puisqu'à — 50° la chaleur atomique du diamant est exactement la moitié de ce qu'elle est à 27^*7 * ; et, dans cette hypothèse, ce ne sont plus seulement des atomes entiers de carbone qui se groupent pour constituer des masses indépendantes ; l'atome lui-môme, l'atome au moins qui correspond à nos poids atomiques, apparaît comme formé de particules plus petites, tantôt groupées deux à deux, à — 30% tantôt indépendantes et comme dissociées, à 27^7. — Nous demandons à présent ce qu'est devenue l'hypothèse atomique et si la division qui, après les molécules, a gagné d'une façon continue les atomes eux-mêmes, n'est point entrée dans une voie oîi il n'est guère possible qu'on Tarrôte jamais.

La loi de Dulong et Petit, si précieuse qu'elle soit dans Jes recherches pratiques, est sujette à des difficultés théoriques aussi grandes pour le moins que la loi d'Avogadro, et l'espérance fondée sur elle de saisir la valeur absolue de l'atome nous échappe en chimie comme elle nous échappera dans tous les autres domaines des sciences de la nature. Tout au plus ouvre-t-elle à l'hypothèse de Prout une carrière nouvxîlle, qu'elle ferme, il est vrai, presque aussitôt, par une autre de ses conséquences les plus importantes.

On sait la signification de l'hypothèse de Prout : frappé du grand nombre des corps simples et conduit sans doute par le besoin tout théorique de ramener à l'unité tant de formes diverses de la matière, il s'était demandé si un corps simple à poids atomique remarquablement faible, l'hydrogène par exemple, n'était point la substance dont tous les autres, par des combinaisons variées de ses atomes, auraient été tirés. L'idée était, à première vue, tout à fait séduisante et laissait entrevoir, sous les formes multiples des molécules chimiques, le dernier élément d'une matière unique,

(I) Cf. Loth. Meyer, I, p. 110.

partout homogène et semblable à elle-mômc, que postule en définitive tout atomisme cinétique. Bien loin d'ailleurs d'y opposer un obstacle quelconque, les lois diverses des combinaisons y paraissaient au contraire favorables : la loi d'Avogadro, en développant la loi des proportions définies et multiples, et en scindant les molécules des corps simples eux-mêmes, n'impose aucune limite absolue à la division de ces dernières ; quant à la loi des chaleurs spécifiques, on vient de voir qu'elle exigerait plutôt, pour être pleinement justifiée, la résolution de la masse correspondante au poids atomique en un groupe de particules sensiblement plus petites ; l'atome chimique d'un corps simple serait, en d'autres termes, formé d'autres atomes d'un ordre plus élevé, en sorte que ceux-ci seraient peut-être des atomes d'hydrogène ou, en tout cas, les particules d'une matière primordiale, d'où seraient sorties les substances chimiques, y compris l'hydrogène.

En ce qui concerne l'hypothèse de Prout, il va de soi qu'elle eût été vérifiée si les poids atomiques de tous les corps simples eussent apparu comme des multiples exacts du poids atomique de l'hydrogène (H = i) et, par suite, comme des nombres entiers. Or, il résulte des recherches de Stas, entreprises expressément dans cette vue, et conduites avec une précision qui a permis de calculer les poids atomiques à un millième près de leur valeur et quelquefois jusqu'à un dix-millième, que beaucoup de corps simples no sont pas dans ce cas. L'hypothèse de Prout, au moins sous sa forme positive, devait donc être abandonnée. On pourrait, il est vrai, pour la défendre encore, choisir un atome d'hydrogène dont le poids se trouverait un diviseur exact de tous les autres poids atomiques ; et par exemple si le poids atomique du chlore, qui est de 33,5 (exactement 33,37), n'est pas un nombre entier de fois plus grand que celui de l'hydrogène, on pourrait soutenir que l'atome vrai de l'hydrogène est en réalité deux fois plus petit que l'atome

ESSAI suit L'IIYPOTHKSE DKS ATOMES u, et que l'atome de chlore serait en conséquence, is 35,5 fois, mnis 71 fois plus grand que l'atome îgène '. Remarquons en passant que l'hypothèse de

ainsi transformée, tendrait à se confondre avec hfcse plus générale d'ime matière primordiale d'ofi gène lui-même serait sorti. Mais, sous cette forme

qui no lui enlève rien au fond de sa valeur, elle sous des diflicultés que soulève l'étude des chaleurs [ues des gaz, '

servation a montré depuis longtemps que 1^ quantité leur nécessaire pour élever de 1 degré la température inité do poids d'un gaz est plus grande sous pression ite qu'à volume constant. 11 n'est pas difficile d'en a raison : si la chaleur est en effet employée à eomiier aux molécules gazeuses un accroissement de

ive et par conséquent du mouvement, il va de soi ilumo constant la chaleur dépensée se manifeste tout

dans l'agitation des masses constituantes et conséicnt sous la forme d'une élévation de température ; ■ession constante il n'en est phis de mémo : car dans

si la température s'élève, il faut aussi que le volume ate ; la chaleur dépensée n'a donc plus pour objet ent d'élever la température du gaz, ou, ce qui . au même, de donner h ses molécules la raOme agiinterne que tout à l'heure, mais elle s'emploie en i le dilater, à en éloigner davantage les molécules :s des autres : bref, elle est en partie transformée en mécanique de dilatalton; il faut donc plus de chaleur ever la température du gaz et pour le dilater qu'il 'ait fallu dans le premier cas pour l'échauffer seule-

sl iï peine ulile rfe faire remarquer que lo valeur exacte du poids du rhliire = 3â,3T exigerai! que l'on poussât bcauRoup plus luirt ta le l'atoinc d'iiydro^ùne pour i\iiu son poids atomique devint un divi- :t de i'atome du chlore; nmis si les diflicultés soDt déjà insuruionur un (Ltiime de chlore qui serait composé de 71 ou même de Xt ou lies, a fortiori le seraient-elles pour un nombre n x 35,& particule!'.

^^'im

ment sans en augmenter le volume, et telle est la raison de la différence de la chaleur spécifique mesurée sous pression constante ou à volume constant. Seulement, tandis que la théorie mécanique de la chaleur permettait de calculer le rapport qui doit exister entre la capacité des gaz sous pression constante et leur capacité sous volume constant (ce rapport, d'après Clausius, est de 1,67) Texpériencc a prouvé que pour les gaz simples, tels que l'hydrogène, l'oxygène et lazote, ce rapport est moins grand que la théorie ne l'indique (1,4 environ). L'explication d'un écart si sensible entre les deux rapports devait ôtre donnée, et elle se trouve, dit-on, dans ce fait, que pour les gaz précédemment cités, « qui sont diatomiques, une certaine quantité de chaleur est absorbée lorsqu'ils s'échauffent sous volume constant, non pas pour produire un travail extérieur, les gaz ne se dilatant pas, mais pour produire un certain travail dans l'intérieur de la molécule qui est formée de deux atomes* «.

Il saute aux yeux maintenant, et Clausius, Boltzmann et Maxwell ont montré que la chaleur requise pour opérer ce travail de diagrégation ^ de la molécule augmenterait nécessairement avec le nombre des atomes qui la composent ; qu'arriverait-il donc si, conformément à l'hypothèse de Prout, la molécule de chlore était faite de 71, de 36 ou même d'un nombre bien plus petit d'atomes d'hydrogène? On voit du premier coup qu'à la chaleur nécessaire pour élever la température du gaz devrait ôtre ajoutée une quantité relativement énorme de chaleur pour effectuer le travail intramoléculaire de disgrégation, et que la chaleur spécifique du chlore, indiquée en ce cas par le calcul, dépasserait au delà de toute mesure le chiffre que lui assigne actuellement l'expérience '.

L'étude approfondie des chaleurs spécifiques, un instant

'-eî

(1) Wurlz, op. «7., p. 88.

(2) Cf. Loth. Meyer, op. cit., I, p. 90.

(3) Cf. StaUo, op, cit., p. 18 sq.

Hannk^lin.

ir*

favorable à Thypothèse d'une matière unique, qui est, ajoutons-le, le postulat secret de tout atomisme, conduit donc peu à peu à des difficultés qui la rendent insoutenable et qui détruisent d'un côté ce qu'elle tendait à édifier de l'autre. Ce n'est pas tout de rendre compte, en l'érigeant en loi, de la constance remarquable des chaleurs atomiques ; et Ton ne pouvait négliger la variation notable des chaleurs spécifiques à mesure qu'on s'éloigne de la température généralement élevée où elles restent constantes ; pour l'expliquer, le chimiste a senti qu'il fallait recourir à la ressource ordinaire du mécanisme atomistique, nous voulons dire à la résolution des masses d'abord considérées en masses plus petites, et de celles-ci en d'autres ; mais en vain' poursuit-on, en divisant la molécule et Tatome après elle, un dernier atome oîi la division puisse s'arrêter ; car bien avant qu'on ait pu l'atteindre, la loi même qu'on voulait rendre intelligible a marqué la limite des divisions possibles, et mis la théorie en désaccord complet avec les données les plus sûres de l'expérience.

2*^ V explication mécanique de Caffinité chimique^ et la thermochimie. Elle a pour conséquence la résolution de tatome chimique en un ordre nouveau d'atomes dune infinie petitesse doués d'une quantité inimaginable d'énergie cinétique.

La loi des chaleurs spécifiques n'est donc pas faite pour nous conduire aux atomes spécifiquement distincts des corps simples eux-mêmes, bien loin qu'elle nous laisse entrevoir l'atome unique dont les mouvements cl arrangements divers expliqueraient les différences des éléments chimiques ; la nature des corps simples, en un mot, nous échappe ; et quand bien même l'atomisme chimique définirait avec exactitude les proportions quantitatives de leurs combinaisons, le mécanisme ne saurait rien encore de celle de leurs propriétés qui enveloppe toutes les autres, qui

L'ATOHISME KT LA NATI Uli cache lous leurs secrets, nous voulons diic de leur a nité; il osl bien que l'un sache les proportions do l'hyd gène et du clilore dans la composition de Tacide chlor (Irique ; il serait mieux de pénétrer les raisons de l'atlnict puissante du chlore pour l'hydrogène, tandis qu'elle pour l'oxygètie hcaucoup moindre, et pour l'azote et carbone nulle ou à peu près nulle.

Pour enlever à l'aflinité, et par là mémo aux propri* chimiques des corps, le caractère de vertus occultes, le mi nismc devait nécessairement aborder ce problème qui vrai dire, domine tous les autres ; et des elForts divers t'ié tentés, à notre époque, pour te résoudre. Le plus ren quabic de tous consiste à ramener les actions chimique des actions thermiques, en sorte que la chimie tout entii ou, pour mieux dire, la thermochimie, ne serait plus qu chapitre spécial de la théorie mécanique de la chaleur, saisit à première vue l'importance d'une telle hypoth qui ne tendrait à rien moins qu'à mesurer l'équivalent tl mique et, par suite, l'équivalent mécanique de l'affinité à faire de l'énergie chimique l'une des formes de l'éne universelle.

Des faits depuis longtemps connus ne pouvaient gi manquer d'entraîner les esprits dans ce sens ; sans rcvi sur la loi de Dulong et Petit, qui signalait entre les chah spécifiques et les poids atomiques une corrélation rer quable, l'un dos caractères les plus frappants des réacti chimiques était, à coup sûr, qu'elles sont toujours accon gndes de phénomènes thermiques parfaitement réguli comme si la chaleur était un moment essentiel du proce; chimique. On avait, en premier lieu, observé de bo heure que beaucoup de permutations chimiques n'ont jat lieu au-dessous de certaines températures et qu'il faut f nir même à des substances auxquelles nous devons attril d'énergiques affinités réciproques, une quantité pai notable de chaleur pour qu'elles se combinent. On sait,

lit'-

exemple, qu'on peut laisser aussi longtemps qu'on veut de l'oxygène et de l'hydrogène mélangés sans qu'ils forment la moindre trace d'eau, et qu'au rouge seulement la réaction commence ; de même, pour obtenir de l'oxyde de mercure, il faut chauffer du mercure au contact de l'air jusqu'à 350 degrés. Ce n'est pas tout : l'expérience a montré depuis longtemps qu'à partir du moment où la réaction commence, elle est presque toujours accompagnée soit d'un dégagement, soit d'une absorption de chaleur; la combinaison du chlore et de l'hydrogène, par exemple, qui ont une grande affmité l'un pour l'autre, dégage une grande quantité de chaleur ; au contraire, celle de l'iode et de l'hydrogène en absorbe. Inversement la décomposition de l'acide chlorhydrique absorbe de la chaleur, tandis que la décomposition de l'acide iodhydriquc en dégage. Seulement si l'ensemble des faits était suffisamment connu, l'interprétation en paraissait d'autant plus difficile que la combinaison et la décomposition se trouvaient liées tantôt à des variations positives, tantôt à des variations négatives de la température. La découverte de la dissociation allait permettre de l'entrevoir et de la tenter .

Grâce aux remarquables travaux de Sainte-Claire Deville, on sait en effet de nos jours que la séparation des éléments d'un composé peut être opérée dans un grand nombre de cas par l'action exclusive de la chaleur. Or, dans l'état actuel de nos idées sur la chaleur, il n'est pas douteux qu'elle a dû, pour dissoudre les molécules du composé, délivrer les atomes de toute liaison intramoléculaire et conséquemment les éloigner assez les uns des autres pour les affranchir de toute attraction mutuelle. La dissociation ne serait, dans cette hypothèse, qu'une disgrégation poussée jusqu'à la décomposition, et la chaleur n'aurait eu d'autre effet que de lutter mécaniquement contre l'interaction des atomes combinés. Inversement l'affinité, vaincue par la chaleur, ne peut nous apparaître que comme une attraction

réciproque des atomes, qui s'exercerait d'une manière intense à de taibles distances et qui diminuerait très vite à mesure qu'ils s'éloignent les uns des autres; la preuve en est d*aillcurs dans la recombinaison rapide des atomes dissociés dès que la température diminue, ou, ce qui revient au même, dès que leurs mouvements sont ralentis et leurs positions rapprochées.

Quand on explique ainsi le phénomène de la dissociation, la décomposition chimique, au moins sous l'une de ses formes essentielles, se trouve donc étroitement rattachée, selon la remarque de Dumas, au phénomène purement physique de la formation des vapeurs ; seulement, tandis que, pour produire le dernier, la chaleur ne fait qu'éloigner de plus en plus les molécules, elle va, dans la décomposition chimique, jusqu'à séparer les atomes ; mais le travail qu'elle accomplit de part et d'autre est purement mécanique. La vapeur d'eau à 100 degrés est identique à l'eau liquide à 100 degrés, plus le produit du travail mécanique représenté par 10,74 calories pour 18 grammes d'eau ; de la même manière, à la température moyenne de la dissociation, la séparation des deux gaz composants 2 H + (2 gr. -}- 16 = 18 gr.) est égale à la vapeur d'eau H '^ -j- S8,2 calories. A y regarder de près, lorsque des corps se décomposent, il ne se passe donc, en définitive, rien de plus ni de moins que lorsqu'une substance éprouve un changement d'état ou une modification allotropique; pour des imotifs semblables, nous avons le droit de croire que, lorsqu'ils se combinent, il ne se passe non plus rien d'autre, et que la réaction chimique n'est, après tout, dans toutes ses phases, que le produit d'un travail mécanique dont la chaleur est le signe et dont il faut qu'elle devienne la mesure.

A prendre l'affinité dans le sens de la définition adoptée plus haut, elle ne serait donc qu'une action attractive et réciproque des atomes, variable non seulement en fonction de la distance, mais encore avec la nature des éléments mis en

ESSAI SLII l.llVIMjrill':sE DKS ATOMKS

ce : un alonie de clilurp, ()ai' exemple, excrceraîl à la dislance une attraction incomparablement plus forte 1 atome d'hydrogène que sur un d'oxygène ; on peut concevoir qu'indépendamment de sa grandeur absolue dislance donnée, la loi des variations de la force ive et, pur exemple, la rapidité de ses accroissements illc-môme uvec les éléments. Quoi qu'il en soit, l'affilîviont, dans tous les cas possibles, une forme particule l'énergie mécanique ; par suite, elle se présente tan- 'élat d'énergie potentielle, quand elle n'est point satu- : quand la tendance des atomes à s'unir ne passe point e, en tout ou en partie ; tantôt l'énergie potentielle se jrnie, au contraire, en énergie cinétique, quand !es s, en vertu de leur attraction réciproque, tombent i vers les autres avec une vitesse croissante. Cela posé, i clair, comme le dit Lothar Meycr ', que « si nous ms suivre les mouvements d'un atome sous l'infliieHcc le atlraction.comme on peut suivre la chute d'un corps ant à la pesanteur ou à la course d'un corps céleste ant aux lois de la gravitation, si nous pouvions calpour chaque dislance de l'atome l'Hccélération qui lui iposée, la loi de l'affinité se déroulerait aussi claireii nos yeux que celles de la pesanteur ou de l'atlracmivcrselle ». Malheureusement, le cas n'est pas si î, non que nous ne puissions tenir compte sinon dos s réelles des atomes isolés, du moins des masses pronnelles que nous leur attribuons, grùce à notre conncc des lois strrchiométriques ; la difficulté consiste plutôt en ceci a que nous n'avons, pour ainsi dire, c notion sur la nature même de leur liaison et de leur ition ; par suite de ce manque de données, nous ue ns déterminer comment leur attraction varie avec la ce, el, par suite, non plus comment la vitesse et en

même temps la force vive augmentent quand ils se rapprochent ».

Mais si le problème ne comporte pas cette solution directe, qui serait évidemment la plus satisfaisante dans sa pleine clarté, nous pouvons du moins l'aborder d'une manière indirecte; en devenant cinétique, Ténergie potentielle des atomes qui s'attirent ne nous apparaît point sans doute sous forme de mouvement, mais elle devient sensible sous forme de chaleur ; et en vertu des lois de l'équivalence, les manifestations calorifiques de l'énergie, tout à Theure potentielle et maintenant actuelle, vont servir de mesure à l'affinité des éléments qui se combinent. En d'autres termes, par cela môme qu'elle est l'équivalent connu du mouvement mécanique, la chaleur est aussi l'équivalent des mouvements chimiques dus à laffinilé.

Si nous étions capables d'étudier au point de vue calorimétrique la synthèse et l'analyse absolues de toutes les combinaisons, c'est-à-dire en partant des atomes isolés ou en y revenant, la thermochimie serait faite : la chaleur dégagée dans les combinaisons ou absorbée dans les dissociations donnerait la mesure exacte des accroissements totaux de la force vive, positifs dans un cas, négatifs dans l'autre. En fait, la mesure des tonaUlés thermiquesy qui représentent en énergie cinétique la valeur de l'affinité, est entourée de difficultés nombreuses, nées des conditions très complexes des phénomènes observés.

La première de ces difficultés provient de ce que, môme dans la réaction de deux corps simples, il n'est pas toujours possible de discerner la quantité de chaleur nécessaire à la séparation des atomes de chaque élément, de la quantité de chaleur dégagée par l'affinité dans la formation du composé : « Si, par exemple, dans un espace maintenu à la température ordinaire, tel que l'enceinte d'un calorimètre, on brûle de l'hydrogène avec du chlore, il se 'dégage, d'après Julius Thomsen, pour chaque unité de poids d'hydrogène,

i84 ESSAI SUR L'HYPOTHÈSE DES ATOMES

c'est-à-dire pour chaque atome, 22,000 calories... Cette quantité de chaleur n'est pas la mesure de Taffinité d'un atome d'hydrogène pour un atome de chlore ; mais elle est équivalente à Ténergie potentielle de cette affinité diminuée de la dépense de travail nécessaire pour séparer les deux atomes qui s'unissent (H et Cl dans HCI) des atomes de même nature avec lesquels ils sont liés pour former une molécule (H était lié à H, et Cl à Cl dans les molécules HH-f- Cl Cl*). La réaction ayant lieu d'après l'équation