II. La physique

Le progrès de la science consiste à relier les manifestations externes de la matière à sa constitution interne , de manière à établir, par la dépendance des deux ordres, l'unité de loi sans laquelle il n'est point d'explication véritable. La chimie et la physique tendent donc à s'unir, à se fondre même et à n'être plus que deux études complémentaires, correspondant à deux aspects inséparables de la même réalité.

Nous avons déjà pu constater nombre de points de contact entre les méthodes, les hypothèses et les résultats des deux sciences:

^'- I^ tourbillon invariable ou vortex. (Voir Schutzemberger, op, cit., t. VIL) — *^ Le mouvemenl vibratoire. (VoiriJ., ibid,)

cest par l'analyse du spectre lumineux, qui ressortit à la physique, que la chimie scrute la nature intime des corps; cest par l'emploi de la chaleur comme moyen de dissociation que se trahit la complexité moléculaire et que se rompt le (tlien substantiels qui retenait les éléments ultimes enveloppés dans l'apparente simplicité du corps différencié; c'est aux lois physiques qu'est empruntée l'idée d'attraction, l'idée même de force, qui forme maintenant la base de la chimie.

On conçoit donc immédiatement que la même conclusion se dégage des deux ordres de recherches, et il pourrait même sembler inutile de les séparer, si la physique ne nous fournissait sur la matière une source toute spéciale de renseignements qui, jusqu'à présent, résistent à l'assimilation : c'est de la cristallographie que nous voulons parler.

La cristallisation n'est assurément pas sans relations avec la constitution chimique des corps : M. Renard^^\ au contraire, a montré tout récemment que, dans certains cas, le meilleur moyen d'analyser sûrement une solution donnée est d'en provoquer la cristallisation; mais la loi qui unit les deux termes n'est pas connue, et si la physique a quelque témoignage spécial, distinct sinon indépendant, à nous donner sur la question de l'atomisme, il y a chance pour que ce soit de ce côté.

Une étude de M. Malard sur «ries groupements cristallins s résume en termes assez précis l'état de la science sur cette curieuse propriété de la matière f^'.

*** Bmme gcientijique , a avril 1887.

irZirkel (1870), travaillant sur les basaltes , recourait déjà à des réactions chimiques; il attaquait à Tacide les minéraux que leurs propriétés physiques ne suffisaient pas à déterminer. . . n On peut essayer le procédé réciproque , cristalliser lêB solutions ff : Les cristaux ont, en effet, dans leur forme propre et leurs carac-

tères optiques des traits individuels que les précipités amorphes ... ne possèdent pas à ce même degré . . . Grâce à cela , le chimiste peut aujourd'hui déterminer avec certitude, dans une gouttelette de solution , les divers éléments qu elle renferme. » (A.-F. Renard.) De là au système que nous examinons, il n*y a qu*un pas.

^'^ Revue scientifique , 3o juillet 1887.

Considérons d'abord les cristaux tr homogènes^ : ils offrent ce caractère que la plus petite portion qu*on y peut trouver jouit des mêmes propriétés que tout le reste; la propagation lumineuse et calorifique est la même dans toutes les directions. Ils sont donc composés de molécules identiques, molécules cristallines qui ne se confondent pas avec les molécules chimiques. La cristallographie dresse un système complet des plans réticplaires de ces molécules en rangées régulières.

Par là on arrive à la notion de la symétrie cristalline qui permet de pénétrer la molécule, ou, comme on dit plutôt, la cellule composante.

Quant aux cristaux crnon homogènes 7^, mais constitués parla même substance, l'observation montre qu ils sont formés par l'association de portions homogènes, toutes disposées suivant la même loi réliculaire et ne différant entre elles que par leur orientation. Lorsque la forme géométrique parfaite n'est pas réalisée, au moins est-on sûr de rencontrer une approchante. C'est une des principales propriétés de la matière inorganique, cr qu'elle s'efforce de réaliser l'arrangement le plus symétrique qu'il est possible, — sans doute parce que le maximum de symétrie est lié au maximum de stabilité (>) T.

Voici maintenant qui donne un intérêt subit à ce qui précède : la forme du cristal, ses qualités optiques, le mode de sa polarisation dépendent directement de la nature de l'atome substantiel^-^ : ce La molécule est formée d'atomes, dit M. Malard, et la loi de Gladstone nous montrant que l'indice de réfraction de la molécule peut se déduire des indices de réfraction propres à chaque atome, on doit en conclure que chaque atome constitue un milieu réfringent. . . La molécule peut donc être considérée comme formée par le groupement de plusieurs particules atomiques dont chacune est c^rac-

^*^ Malard, op. cit. différencié (rrla plus petite particule (Tan

^*^ Il est superflu de rappeler quil corps simple qui entre en réaction '»)>t s agit de latome chimique, cW-à-dire non de latome roëtaphysique .

térisée par un certain ellipsoïde optique déterminé comme forme et comme orientation, t)

La conclusion est d'importance : elle vériGe , par l'analyse d'une propriété purement physique et observée par un procédé purement physique, l'hypothèse atomique posée par la seule chimie.

L'examen de diverses particularités de la cristallisation ne fait que préciser la théorie.

Certaines substances (c'est là une objection qui n'est pas négligeable) peuvent cristalliser suivant plusieurs formes incompatibles entre elles, c'est-à-dire ne possédant pas le même système réticulaire. M. Pasteur a pourtant observé que ces formes incompatibles ont entre elles des analogies étroites : les «r édifices -n diffèrent surtout par le nombre et la nature de leurs éléments. Les arrangements^ du même ordre tendent vers une forme limite.

Lorsqu'on chauffe une des formes cristallines d'une substance polymorphe — en général la moins symétrique — , dès qu'une certaine température est obtenue, le plus fréquemment le corps passe brusquement, sans Iransilion^ à l'autre forme, généralement la plus symétrique. Quelquefois une troisième survient, puis il y a retour à la première.

Ainsi la boracite passe de la forme cubique à la forme rhombique , et cela brusquement (ce qui prouve que le cube et le rhombe sont bien deux individualités distinctes).

En quoi consiste ce changement, et comment peut-on l'expliquer? D'abord les centres de gravité moléculaire ne sont pas modifiés notablement, puisque la forme extérieure et la transparence de la substance demeurent les mêmes. Deux suppositions sont possibles : ou la brusque modification a consisté en une altération de la molécule , en un changement du groupement atomique, hypothèse écartée par M. Malard ^^\ ou c'est un nouveau groupement des molécules. Gomme l'opération suppose un dégagement de chaleur, il faut qu'elle con-

'') Poar des raisons qu'il serait trop long de reproduire ici.

siste en une rotation des molécules anciennes, tournant autour de leur centre de gravité, ce qui ne saurait se faire sans un certain travail , positif ou négatif.

Comment peut se produire une transformation aussi subite? Considérons la boracite. (cAux environs de a65 degrés, l'équilibre interne, à symétrie rhombique, est déjà précaire. A mesure que la température augmente, c'est-à-dire que les vibrations atomiques deviennent plus intenses, elles tendent de plus en plus à détruire Tédifice moléculaire, et celui-ci semble réagir, pour échapper à cette cause de destruction, en recourant à de nombreux groupements.?) A une certaine limite, il ny peut échapper quen contractant des groupements particulaires qui sont des éléments de stabilité .

Les groupements cristallins apparaissent ainsi comme produits par la tendance du corps à persévérer dans son état et à résister à la cause de destruction que représentent pour lui les vibrations caloriques.

Mais ce groupement particulaire qui se produit soudainement, à une température déterminée, avec dégagement de chaleur, ce nouvel arrangement qui change le poids moléculaire de la substance et modifie toutes ses propriétés physiques, qu'estn^e autre chose que ce que les chimistes appellent «r polymérisation t)?

(T Un phénomène purement cristallographique en apparence nous a donc conduits à un phénomène purement chimique. La cristallographie nous fait pénétrer dans le mécanisme intime de ce phénomène. Elle nous montre la structure du groupement polymérique, et quelle est la cause de la production de chaleur qui accompagne la formation, -n

Par là, conclut M. Malard, on entrevoit la possibilité d'une seule et même loi régissant toutes les combinaisons chimiques et physiques. Il ne faudrait, pour l'admettre, que vérifier les deux hypothèses suivantes :

1^ L'édifice moléculaire serait construit sur le même plan qu un

édiGce cristallin , c est-à-dire que les atomes de la molécule seraient disposés suivant un certain système réticulaire;

2^ Tous les corps pourraient être considérés comme isomorphes entre eux.

Ces conclusions avaient été déjà posées, ou au moins des conclusions fort analogues, par M. Gaudin, Tauteur (couronné par rinstitut) d'une Architecture du monde des atomes ^^\ un livre d'hypothèse, de divination même, auquel il faut reconnaître le mérite d'avoir devancé la science proprement dite.

A la vérité, M. Gandin suivait la méthode indiquée par Ampère (^), et sa (T morphogénie moléculaire t) (ou théorie des rapports existant entre les formes géométriques des corps cristallisés et leur composition chimique) n'était que l'application d'un principe posé dès le commencement du siècle , aux premiers temps de la concep* tion daltonienne.

Mais, le premier, il déduisait tout le système, et il ny aurait sans doute que des corrections de détail à y apporter.

Il nous suffit ici d'avoir marqué la direction dans laquelle la physique s'est engagée à la suite de la chimie, et les probabilités concomitantes qu'elle apporte à la théorie atomique.