DALTON ET GAY-LUSSAC

A l'époque où Lavoisier posait les bases de la nouvelle chimie, un savant allemand, Wenzel, travaillait obscurément à élargir et à préciser, par des analyses exactes, les notions que l'on possédait alors sur la composition des sels. Les chimistes du temps avaient été frappés de ce fait, que deux sels neutres peuvent former, par un échange de bases et d'acides, deux nouveaux sels, neutres comme les premiers. Ainsi, lorsqu'on mêle des solutions concentrées et neutres de sulfate de potasse et de nitrate de chaux, il se forme, par double décomposition, du sulfate de chaux qui se précipite et du nitrate de potasse qui reste en solution. Les deux nouveaux sels sont neutres comme les deux autres, et c'est la permanence de la neutralité qu'il s'agissait d'expliquer. Wenzel fut assez heureux pour trouver cette explication. Il montra que lorsqu'on mêle deux sels neutres en quantités telles, que l'acide du premier est exactement neutralisé par la base du second, il arrive aussi que l'acide du second suffit exactement pour neutraliser la base du premier. En d'autres termes , il fit voir que lorsque deux sels neutres se décomposent réciproquement , la neutralité se maintient par cette raison que les quantités relatives de bases qui neutralisent un poids déterminé d'un certain acide sont précisément celles qui neutralisent un poids déterminé d'un autre acide.

De là découle la loi de l'équivalence, qui fut développée vingt ans plus tard par Richter. Les quantités de différentes bases qui neutralisentlOOO grammes d'acide sulfurique sont proportionnelles aux quantités des mêmes bases qui neutralisent 1000 grammes d'acide nitrique. Les premières sont équivalentes entre elles, c'est-à-dire peuvent se remplacer par rapport à un certain poids d'acide sulfurique. Il en est de même des secondes, qui peuvent se remplacer par rapport à un certain poids d'acide nitrique. Si le poids de l'acide ne change pas, le poids de chacune des bases demeure invariable; s'il augmente ou s'il diminue, le poids de chacune des bases augmente ou diminue dans la même proportion.

Les rapports pondéraux suivant lesquels les acides se combinent aux oxydes sont donc absolument fixes : tel est le fait fondamental qui se dégage des recherches qui ont été entreprises à la fin du siècle dernier sur la composition des sels. La loi de l'équivalence implique la loi des proportions définies.

Ces conséquences théoriques, qui se déduisent des travaux de Wenzel et qui leur donnent une si- haute importance, furent à peine remarquées, et les

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découvertes du chimiste de Freiberg, complétées par celles de Richter \ tombèrent bientôt dans un profond oubli." L'heure de Wenzel et de Richter n'était pas venue. Leurs contemporains agitaient des idées théoriques d'un ordre plus élevé. Les luttes et les triomphes de Lavoisier captivaient alors tous les esprits, et pourtant les faits dont il s'agit, interprétés comme ils devaient l'être vingt ans plus tard , seraient devenus pour le nouveau système une confirmation et un appui.

Mais l'interprétation théorique faisait encore défaut. Elle découle des travaux d'un savant anglais qui a doté la science de la conception à la fois la plus profonde et la plus féconde parmi toutes celles qui ont surgi depuis Lavoisier.

Au commencement de ce siècle, la chimie était professée à Manchester par un homme qui joignait à un amour ardent de la science cette noble fierté du savant qui sait préférer l'indépendance aux honneurs, et à une vaine popularité la gloire des travaux solides. Ce professeur est Dalton; son nom est un des plus grands de la chimie.

Ayant étudié la composition de deux gaz formés d'hydrogène et de charbon, le gaz des marais et le gaz oléfiant, il reconnut que pour la même quantité de charbon ce dernier renferme exactement moitié moins d'hydrogène que le premier. Il fit des remarques analogues concernant la composition de l'acide carbonique et de l'oxyde de carbone et celle des composés oxygénés de l'azote. De ces recherches s'est dégagé un fait général qu'on peut énoncer ainsi : Lorsqu'un corps forme avec un autre plusieurs combinaisons, le poids de l'un d'eux étant considéré comme constant, les poids de l'autre varient suivant des rapports numériques très-simples : 1 à 2, 1 à 3, 2 à 3, i àï, 1 à 5, etc. Telle est la loi des proportions multiples formulée par Dalton.

Une si grande découverte complétait heureusement celles de Wenzel et de Richter. Ces chimistes avaient établi que la combinaison entre les acides et les bases a lieu suivant des proportions invariables et définies. Dalton reconnut qu'il en est ainsi pour les combinaisons qui s'effectuent entredes corps simples. Au fait des proportions définies il ajouta le fait des proportions multiples. L'importance de ses travaux eût été peut-être méconnue si l'auteur, esprit élevé et profond, n'avait réussi à interpréter les faits qu'il avait découverts par une hypothèse saisissante et à les exprimer par une formule d'une grande simplicité. Reprenant l'idée de Leucippe et le mot d'Épicure, il supposa que les corps étaient formés de petites particules indivisibles qu'il nomma atomes. A cette notion ancienne et vague il donna un sens précis en admettant, d'une part, que pour chaque espèce de matière les atomes possèdent un poids invariable, et de l'autre, que la combinaison entre diverses espèces de ma-

1 . Richter a publié quelques analyses inexactes et a eu la mauvaise fortune de les adapter à certaines idées théoriques plus erronées encore. Cette circonstance a discrédité tous ses travaux, dont le mérite n'a été reconnu que vingt ans plus tard par Berzelius.

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tière résulte, non pas de la pénétration de leur substance, mais de la juxtaposition de leurs atomes. ,

Cette hypothèse fondamentale étant admise, le fait des proportions définies et le fait des proportions multiples trouvent une explication simple et satisfaisante.

Les proportions définies suivant lesquelles les corps se combinent représentent les rapports invariables entre les poids des atomes qui se juxtaposent.

Les proportions multiples indiquent le nombre variable d'atomes de la même espèce qui peuvent s'unir à un ou à plusieurs atomes d'une autre espèce, ce dernier cas étant celui où deux corps forment ensemble plusieurs combinaisons.

De telles combinaisons multiples ne pouvant s'effectuer en effet que par l'addition de nouveaux atomes entiers, il en résulte évidemment que les rapports numériques entre ces atomes sont nécessairement rationnels et généralement simples. De plus, le rapport entre les atomes d'un élément et ceux de l'autre demeure invariable dans une quelconque des combinaisons, quel que soit le poids que l'on considère. Si donc on prend dans des composés formés par l'union, à divers degrés, de deux éléments, des quantités qui renferment un poids constant de l'un d'eux, il est clair que les poids variables du second doivent être multiples les uns des autres comme le sont, dans les dernières molécules, les atomes de l'un par rapport aux atomes de l'autre.

Les proportions définies , les proportions multiples suivant lesquelles les corps se combinent, représentent les poids de leurs atomes, non les poids absolus, mais les poids relatifs. Ce sont des nombres exprimant des rapports pondéraux. Le terme de comparaison, c'est le poids de l'un des atomes pris pour unité. Dalton choisit pour unité l'hydrogène. Si l'atome d'hydrogène pèse 1, quel sera le poids de l'atome d'oxygène? Il sera 7 d'après Dalton, qui admettait qu'il faut 7 parties d'oxygène pour former de l'eau avec 1 partie d'hydrogène. Nous savons aujourd'hui que le nombre 7 est inexact et que l'eau est formée de 8 parties d'oxygène pour 1 partie d'hydrogène. Mais ce qu'il importe d'établir, c'est que les nombres 1 et 7 que Dalton envisageait comme les poids atomiques de l'oxygène et de l'hydrogène, représentaient précisément les proportions suivant lesquelles ces corps se combinent pour former de l'eau. Ses contradicteurs ne pouvaient nier ce fait; mais, repoussant l'interprétation théorique, ils ne voulaient point accepter le mot. Ces poids atomiques de Dalton, Wollaston les nomma équivalents , H. Davy, nombres proportionnels, et l'on voit que ces notions de poids atomiques et d'équivalents, qui ont été séparées plus tard, ont été confondues dans l'origine et ne représentaient autre chose que les proportions pondérales suivant lesquelles les corps se combinent. Remarquons d'ailleurs que les déterminations numériques publiées par Dalton étaient loin d'être exactes, circonstance qui a pu soulever des critiques, mais qui n'enlève rien à la grandeur de sa découverte et à la force de sa conception.

Voici un point important qu'il a déduit lui-même de l'idée des atomes. Si une combinaison donnée se forme par la juxtaposition d'atomes de diverse nature ayant chacun un poids déterminé, il est clair que la somme des poids

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de ces atomes doit représenter le poids de cette combinaison, et la plus petite quantité qu'on en puisse concevoir sera celle qui renfermera le plus petit nombre possible d'atomes élémentaires. C'est ce qu'on appelle une molécule d'un corps composé, et le poids de cette molécule sera évidemment formé par la somme des poids de tous les atomes élémentaires qu'elle renferme. Mais les corps composés, en s'unissant entre eux, suivent les mêmes lois que les corps simples. Ils s'attirent et se juxtaposent par molécules entières, c'est-à-dire que tous les atomes qui forment la molécule de l'un des corps composés se transportent intégralement vers tous les atomes qui constituent une ou plusieurs molécules d'un autre corps composé. Ainsi l'acide carbonique s'unit-il à la chaux, tous les atomes élémentaires qui constituent la molécule de l'acide s'ajoutent aux atomes qui constituent la molécule de la chaux et il se forme ainsi une molécule de carbonate de chaux. Il en résulte que de telles combinaisons doivent s'effectuer, comme les autres, en proportions définies et en proportions multiples.

En proportions définies, car on ne saurait concevoir moins d'une molécule s'unissant à une autre molécule, les deux possédant d'ailleurs un poids déterminé.

En proportions multiples, car dans le cas où un corps composé est capable de former plusieurs combinaisons avec un autre corps composé, 1 ou 2 molécules de l'un doivent attirer 1, 2, 3 molécules entières de l'autre.

On voit que la loi des proportions définies, ainsi élargie et interprétée par Dalton , comprenait comme un cas particulier les lois de composition des sels découvertes par Wenzel et Richter. Ainsi l'on peut dire que l'œuvre du grand chimiste anglais se résume en ces trois points :

La loi des proportions définies confirmée et généralisée ;

La loi des proportions multiples introduite dans la science ;

Ces deux lois reliées l'une à l'autre et interprétées théoriquement par l'hypothèse des atomes.

Dalton trouva dans son compatriote Thomson un interprète convaincu, mais les contradicteurs ne lui ont pas manqué. Le célèbre System of Chemistry où Thomson avait fait connaître en 1807 les découvertes et les idées de Dalton ayant été traduit en français, Berthollet fit précéder cette traduction d'une préface écrite en 1808. Il y attaqua vivement la théorie atomique et même le fait des proportions définies. L'une et l'autre s'accordaient peu avec les opinions qu'il avait émises lui-même sur les rapports pondéraux des éléments dans les combinaisons.

On connaît les recherches profondes de Berthollet sur l'affinité. Tous les corps possèdent à des degrés divers de l'affinité les uns pour les autres, mais cette force chimique subit l'influence de diverses forces physiques, telles que l'élasticité, la cohésion, qui peuvent la modifier profondément. Deux sels sontils en présence l'un de l'autre, les deux acides tendent à se partager les deux bases, deux nouveaux sels tendent à se former en vertu d'une double décomposition, c'est-à-dire d'un échange de bases et d'acides. Cependant cet échange est incomplet et la décomposition s'arrête à un certain point, de telle sorte que les deux nouveaux sels restent mélangés avec une certaine portion des sels

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primitifs non décomposés. Mais dans le cas où l'un des nouveaux sels est insoluble ou volatil, la décomposition s'achève tout entière, car ce sel se dérobe en quelque sorte par son élasticité s'il se volatilise, par sa cohésion s'il se précipite, et ses éléments ne sauraient exercer aucune action au sein du mélange. C'est ainsi que l'affinité, cause des réactions chimiques, est influencée, d'après Berthollet, par l'intervention de certaines forces physiques, et seules ces dernières forces déterminent quelquefois la formation de combinaisons à composition définie. Voici comment.

Deux corps sont en présence; la cohésion de l'un n'est vaincue par l'affinité qu'au moment où une certaine proportion de l'autre corps s'est portée sur le premier. Les éléments des deux corps s'unissent alors suivant un rapport pondéral fixe. Ou encore deux corps peuvent s'unir en proportions variables, mais parmi ces combinaisons l'une se distingue par la prédominance de la cohésion ou de l'élasticité : les éléments de cette dernière sont alors combinés en proportions définies, par la raison qu'elle cristallise, qu'elle est insoluble ou volatile.

Berthollet admet donc les proportions définies, non comme une loi générale, mais comme un fait accidentel se produisant sous l'empire de forces étrangères à l'affinité. Lorsque ces dernières forces, la cohésion, l'élasticité, se balancent, soit dans les corps composants, soit dans les produits de leur combinaison, l'affinité, dégagée de ces entraves, peut s'exercer librement et n'est plus soumise qu'à l'influence des masses. Les combinaisons et en général les actions chimiques peuvent alors s'effectuer en proportions quelconques suivant les masses qui réagissent. On comprend l'accueil que le célèbre auteur de ces propositions a dû faire aux idées de Dalton. Il les a combattues vivement. Mais sa grande autorité ne put prévaloir contre l'autorité des faits. La thèse contraire fut soutenue par Proust, qui a opposé aux raisonnements de son adversaire des analyses exactes d'oxydes et de sulfures. Commencée en 1801, cette discussion se prolongea jusqu'en 1808. Le souvenir en est ineffaçable tant par la grandeur des résultats acquis que par les rares qualités déployées par les champions, tous deux puissants dans la lutte et également animés du respect de la vérité et des convenances.

La loi des proportions fixes, fondamentale en chimie, est sortie triomphante de ce grand débat. Depuis elle a été universellement acceptée, et pourquoi ne pas dire qu'elle a reçu de nos jours une éclatante confirmation? Cette vérité que des analyses approximatives avaient révélée au génie de Wenzel, de Richtér, de Proust, de Dalton, de Wollaston, M. Stas la établie par des déterminations tellement exactes, qu'elles approchent de la précision absolue. D'après Wenzel, Richter et Proust on pouvait admettre une grande loi de la nature, d'après M. Stas on peut affirmer que cette loi n'est pas soumise à des perturbations sensibles.

Dans les premières années de ce siècle, où la question qui nous occupe était agitée par les maîtres de la science , un jeune savant à peine sorti de