LE POUVOIR ROTATOIRE DES LIQUIDES

Plusieurs chimistes français et étrangers s’étant trouvés arrêtés dans des expériences de chimie optique par les imperfections des appareils dont ils faisaient usage, et par l’incertitude où ils étaient sur la manière de les employer, il m’a semblé utile de spécifier ici, avec détail, diverses conditions que ces appareils doivent remplir, et aussi quelques précautions qu’il faut prendre pour en obtenir des résultats exacts. Ce sont des choses très-faciles, et qu’une pratique persévérante apprendrait bientôt à un physicien exercé ; mais elles sont indispensables , car la réussite est impossible si l’on ne s’y astreint pas.

L’ensemble de l’appareil est fort simple. I^a lumière blanche des nuées est d’abord reçue sur la première surface d’un verre noir plan et poli , qui la renvoie dans un tuyau muni de diaphragmes intérieurs, suivant une direction telle, que le faisceau ainsi isolé, et transmis par les diaphragmes, se trouve polarisé par réflexion aussi complètement que possible. Ce faisceau arrive ensuite perpendiculairement sur la première surface d’un prisme biréfringent achromatisé, qui est placé au centre d’un cercle divisé et porté sur une alidade mobile. Le plan du cercle est pareillement perpendiculaire à la direction du rayon réfléchi. Alors, en faisant mouvoir l’alidade vers la droite ou vers la gauche du plan de réflexion, elle entraîne le prisme, qui tourne ainsi autour de l’axe du faisceau réfléchi , en lui demeurant toujours perpendiculaire. La succession des images , ordinaires , extraordinaires, (|ue ce mouvement développe dans les différentes directions où l’on amène l’alidade, fait connaître l’état de polarisation plus ou moins complet du faisceau réfléchi; et, lorsqu’il est complètement polarisé, le sens de sa polari- B. I

satiou , qui coïncide avec le plan de réflexion , se trouve indiqué sur le cercle divisé, par la position que prend l’alidade quand le prisme ne donne qu’une image unique formée par la réfraction ordinaire. La division à laquelle l’index de l’alidade s’arrête alors sur le cercle, est, ce que j’appelle, le point zéro de la polarisation directe. Il est commode que ce point coïncide avec le zéro des divisions tracées sur le cercle, ou qu’il en soit très-proche; et l’artiste qui construit l’instrument assure cet avantage, en plaçant l’origine de la graduation dans le plan de réflexion de la glace polie. Pour fixerles idées, je supposerai , dans ce qui va suivre, que le plan de réflexion est vertical, et que le zéro des divisions est placé au sommet supérieur du cercle. Alors le prisme biréfringent devra être fixé sur l’alidade, suivant une direction telle que l’image extraordinaire E soit nulle , ou presque insensible , quand l’index de l’alidade sera amené sur o°.

J^es choses étant disposées ainsi, ayez des tubes creux, de verre ou de métal, terminés par des glaces minces à faces parallèles; puis, ayant rempli l’un d’eux avec certains liquides, tels que l’eau, l’alcool, ou des acides quelconques, à l’exception du tartrique, de l’araygdalique, et de leurs composés, interposez ces plaques liquides dans le trajet du faisceau polarisé, avant qu’il arrive au prisme biréfringent amené sur le point zéro. L’image extraordinaire E, qui était nulle ou insensible, restera telle; et par conséquent la polarisation primitivement imprimée par la réflexion n’aura pas été troublée. Tous les liquides qui la laissent ainsi subsister sans dérangement seront ce que j’appelle moléculairement inactifs. Ils le paraissent du moins pour nos sens, dans les limites d’épaisseur restreintes où nous les pouvons étudier.

Mais une multitude d’autres liquides, tels que les dissolutions de diverses espèces de sucres, la plupart des huiles essentielles, les solutions d’acide tartrique, de l’amygdalique, et de leurs sels, ou de leurs dérivés, enfin une foule de liqueurs animales ou végétales, étant interposées de même, troublent la polarisation primitive, et la transportent, pour chaque rayon simple , dans un autre plan que celui où elle avait lieu d’abord. Cela se voit tout de suite, parce que l’image extraordinaire E, qui était précédemment nulle, reparaît immédiatement; et même, si le liquide interposé laisse passer des rayons de diverses réfrangibilités, ce qui est le cas habituel , cette image paraît colorée, parce que le plan de polarisation des rayons transmis est dévié inégalement, selon que leur réfrangibilité est différente. Pour étudier isolément cet effet, au moins sur l’un d’eux, il faut interposer entre le prisme et l’œil une plaque de ces verres rouges, colorés par le protoxyde de cuivre, qui, lorsqu’ils sont suffisamment épais, ne transmettent qu’une seule

espèce de rayons, voisins du rouge extrême du spectre. Alors l’image extraordinaire E, qui reste visible, est uniquement composée de ces rayons rouges sensiblement homogènes. Or, en tournant l’alidade du prisme vers la droite ou vers la gauche de l’observateur, on retrouve toujours une certaine position où cette nouvelle image E devient nulle, comme elle l’était primitivement ; de sorte que l’arc parcouru par l’alidade, depuis le point zéro, mesure l’angle de déviation que le plan de polarisation des rayons rouges purs a subi, vers la droite ou vers la gauche de l’observateur, en traversant le liquide interposé. Cet angle, pour chaque liquide, est proportionnel à l’épaisseur parcourue; et il reste invariable quand on agite le liquide dans son tube ou que l’on écarte ses particules les unes des autres , en le mêlant avec des liquides inactifs qui n’agissent par sur lui chimiquement. Par ces résultats , et même par le seul fait de la non-symétrie de l’action exercée ainsi dans des liquides, sous l’incidence perpendiculaire, on voit que la déviation totale observée est la somme des déviations infiniment petites successivement imprimées au rayon par les groupes moléculaires actifs disposés sur son trajet. De sorte que le sens de cette déviation , et sa grandeur, pour l’unité de masse active traversée , sont deux phénomènes caractéristiques de la constitution actuelle des parti-cules agissantes, dans lesquelles leur mode d’agrégation accidentelle n’intervient pas. Les substances qui dévient ainsi les plans de polarisation des rayons lumineux, dans un certain sens propre, en vertu de leur action moléculaire, sont ce que j’appelle des substances moLéculairement actives. On ne peut évidemment leur attribuer cette dénomination qu’en étudiant leurs effets dans l’état libre et désagrégé de leurs groupes matériels, conséquemment après les avoir liquéfiées par la fusion , ou par la dissolution dans des liquides inactifs , qui ne les altèrent pas. Car l’agrégation, accompagnée de l’état cristallin, peut développer des actions de masse qui imitent celles-là , sans que les molécules isolées, ou agrégées confusément, hors de l’état cristallin , les exercent. C’est ce qu’on observe dans le quartz. Parmi la multitude d’expériences que j’ai eu l’occasion de faire sur ce sujet, je n’ai jamais rencontré de substance moléculairement active qui n’eût au moins un élément organique. Alors la faculté déviante persiste dans toutes les combinaisons où la substance active entre sans que ses groupes moléculaires soient chimiquement décomposés. Mais l’intensité de la déviation , et même son sens, vers la droite ou vers la gauche du plan primitif, varient généralement avec la nature ainsi qu’avec les proportions des principes dont se compose la combinaison.

Jusqu’ici j’ai considéré spécialement l’action exercée sur le rayon rouge pur, parce que c’est le seul que l’on puisse isoler complètement par l’interpo-

sition de verres colorés; et ainsi c’est toujours à lui qu’il faut ramener définitivement les observations pour les rendre comparables. C’est ce que j’ai fait dans les formules insérées aux Mémoires de l’Académie , et aux Comptes rendus de ses séances, où elles sont présentées tojites préparées pour des applications, avec des exemples qui en éclaircissent l’usage. Je n’ai donc qu’à y renvoyer. Mais , en étudiant les couleurs des images extraordinaires qui s’observent immédiatement à l’œil nu , à travers des liquides incolores , j’ai trouvé que*, pour toutes les substances actives jusqu’ici connues, à la seule exception des solutions d’acide tartrique dans des liquides inactifs, les déviations des divers rayons simples sont presque exactement réciproques aux carrés des longueurs d’accès des éléments lumineux considérés comme matériels; ou, ce qui l evient au même, aux carrés des longueurs des ondulations dans le système ondulatoire. De là, non-seulement on déduit les teintes des images formées dans toutes les positions du prisme biréfringent, de manière à ne pas pouvoir les distinguer de l’expérience ; mais encore, ce qui est infiniment utile, on trouve que, dans la succession des teintes extraordinaires qui apparaissent à mesure que le prisme tourne , il y en a une extrêmement distincte , et facilement reconnaissable, qui répond avec une approximation singulière à la déviation des rayons jaunes purs , et que l’on peutramener à celle des rayons transmis par les verres rouges, en multipliant sa déviation propre par,|-|. Cette teinte est un violet-bleuâtre qui suit immédiatement le bleu intense et précède immédiatement le rouge-jaunâtre dans le progrès de la rotation , et, tant par sa nature spéciale que par son opposition tranchée avec les deux autres entre lesquelles elle est toujours comprise, il est impossible de ne pas la reconnaître avec une parfaite évidence quand on l’a seulement chex’chée une fois par les caractères précédents. C’est ce qu’ont éprouvé toutes les personnes qui ont bien voulu essayer avec moi ce genre d’observations. Et elles parvenaient bientôt à arrêter le mouvement du prisme exactement au même point que moi, parce que l’incertitude d’appréciation des couleurs, résultante de la diverse organisation des yeux, se trouve ici complètement levée par le mode de succession qui amène celle que je viens de désigner. Or, non-seulement l’observation ainsi effectuée est infiniment plus facile et plus prompte qu’avec le verre rouge ; mais l’apparition des couleurs, jointe à leur changement soudain autour du point de passage, devient un indice tellement sensible, que, par exemple, un millième en poids de sucre de canne dissous dans l’eau , manifeste ainsi son pouvoir rotatoire avec évidence à travers une épaisseur d’un demi-mètre, ce qui est une longueur de tube qui n’a rien d’incommode à employer. Ce mode d’observation, si simple et si facile, suffit parfaitement pour toutes les recherches courantes, où l’on n’a pas besoin

d’établir des lois fondamentales, mais seulement de constater des identités ou des différences de constitution moléculaire, ce qui est pi’esque toujours le but de la chimie ; et l’on peut toujours le compléter par les déterminations plus rigoureuses faites avec le verre rouge. Mais j’ai dit tout à l’heure que les solutions d’acide tartrique dans des liquides inactifs y échappent. Leur action sur les divers rayons du spectre suit de tout autres lois, dépendantes de la nature du système fluide formé, ainsi que de ses proportions pondérales; de sorte que l’emploi du verre rouge ne peut alors être évité. Cette exception , jusqu’à présent unique, est sans doute bien surprenante; elle l’est d’autant plus, qu elle disparaît instantanément dans les combinaisons de l’acide avec des bases énergiques, ou avec l’acide borique, lesquelles reprennent la loi habituelle de dispersion des plans de polarisation pour les rayons d’inégale réfrangibilité. Des propriétés si remarquables, et si complètement exceptionnelles, semblent bien propres à solliciter l’attention des chimistes sur le corps qui les possède. Car elles se réunissent pour leur indiquer que la constitution moléculaire de l’acide tartrique renferme quelque grand secret de chimie, qui semble déjà s’offrir à leurs soupçons dans les propriétés étranges que ce même acide communique aux solutions dont il fait partie.

En joignant à l’exposition précédente les formules que j’ai si souvent employées dans mes Mémoires, ou dans les Comptes rendus des séances de V Académie des Sciences, pour calculer le pouvoir moléculaire propre de chaque substance d’après les déviations des plans de polarisation observées, on aura tous les principes de cette étude nouvelle des corps , que j’ai cru pouvoir désigner par le nom de chimie optique. Mais il me reste à déciâre plusieurs précautions de détail indispensables pour que les expériences réussissent, et fournissent des éléments de calcul exacts. Tel est même le but principal de cet écrit. Supposant donc l’ensemble de l’appareil suffisamment connu par la description générale rappelée plus haut, je vais successivement passer en revue ces diverses parties, en indiquant les conditions de précision qu’il faut leur donner pour qu’elles réalisent convenablement les effets qu elles sont destinées à produire ; et je m’aiderai au besoin de figures pour la clarté de l’exposition.