LES FORMES PBIXCIPALES DE LA MATIERE

permirent à la matière de s'organiser spontanément pour la première fois, mais rien n'indique que nous les ignorerons toujours.

Nous voyons donc s'accentuer cette notion que le cristal forme un être intermédiaire entre la m.atière brute et la matière vivante placé plus près de la seconde que de la première. Il possède en commun avec les êtres vivants les qualités que nous avons mentionnées et en particulier quelque chose ressemblant singulièrement à une vie ancestrale. Les germes cristallins introduits dans une solution pour la faire cristalliser paraissent indiquer toute une série dévies antérieures. Ils rappellent les germes des êtres vivants, c'est-à-dire les spermatozoïdes qui résument l'ensemble des formes successives de la vie d'une race et contiennent, malgré leur petitesse, tous les détails des transformations successives que présentera l'être vivant avant d'arriver à l'état adulte.

Les faits de cet ordre appartiennent à la catégorie des phénomènes inexpliqués dont la nature est pleine et qui se multiplient dès qu'on pénètre dans les régioBS inexplorées. La complication des choses semble grandir à mesure qu'on les étudie davantage.

il. — LES DIVERS CORPS SIMPLES SONT-ILS COmPOSES D'UN MÊME ÉLÉMENTf

Lorsqu'on soumet à certaines opérations chimiques les composés divers rencontrés dans/ la nature, on arrive à les séparer en éléments qu'aucune réaction ^ ne peut décomposer davantage. Ces éléments irréductibles-sont qualifiés de corps simples ou éléments chimiques. De leur combinaison sont formés notre globe et les êtres qui l'habitent.

L'idée que tous les corps supposés simples dériveraient d'un élément unique à divers états de condensation ou de combinaison vient si naturellement à l'esprit qu'elle fut émise dès que la chimie se constitua. Après avoir été abandonnée, faute de preuves, elle renaît, depuis que les expériences récentes sur la dissociation de la matière ont paru montrer que les produits, résulant de la dissociation des divers corps, /Sont formes des mêmes éféments.

Des faits anciennement connus indiquaient déjà que les atomes des corps les plus différents possèdent certaines propriétés communes. Les plus importantes sont l'identité de la chaleur spécifique et de la charge électrique quand, au lieu d'opérer sur des poids semblables de matière, ont opère sur des quantités proportionnelles aux poids atomiques.

Chacun sait que la chaleur spécifique des corps, c'est-à-dire la quantité de chaleur, exprimée en calories, qu'il faut leur communiquer pour élever leur température d'un même nombre de degrés, varie beaucoup suivant les corps. C'est ainsi qu'avec la quantité de chaleur nécessaire pour élever un kilogramme d'eau de 3 degrés, on peut élever de 97 degrés la température d'un kilogramme de mercure. Mais si, au lieu de comparer des poids égaux des diverses substances, on compare des quantités proportionnelles à leurs poids atomiques, on constate que tous les corps éprouvent le même échauiîement par la même quantité de chaleur.

On constate également par l'électrolyse qu'ils portent une charge électrique en rapport avec leur poids atomique.

A ces faits anciennement connus, se joignent les résultats dès recherches récentes, exposées dans cet ouvrage, qui montrent que, par la dissociation de la matière, on retire des corps les plus différents des produits semblables. On peut donc admettre, comme infiniment probjable, que tous les corps sont formés des mêmes éléments.

Mais, alors même que la démonstration de cette unité de composition serait complète, elle ne présenterait qu'un intérêt pratique assez faible. Par l'analyse on -retrouve les mêmes éléments dans un tableau de Rembrandt ou dans l'enseigne d'un marchand de vins ; on constate également que le corps d'un chien et celui d'un homme ont la même composition chimique. De telles constatations ne nous disent absolument rien de la structure des corps analysés. En ce qui concerne les atomes, ce que nous désirerions connaître, ce sont les lois architecturales, qui ont permis de créer avec des matériaux semblables des édifices complètement différents. Que les atomes du chlore, du diamant et du zinc soient composés d'un même élément, rien n'est plus vraisemblable; mais comment cet élément peut-il donner aux atomes

256 l'évolution de la ilATlÈRE

des divers corps des propriétés si diiïérentes? Voilà ce qui reste ignoré, à un point tel qu'on ne peut même pas formuler sur ce sujet la moindre hypothèse.

Quelle que soit la nature des équilibres existant entre les éléments des atomes des divers corps simples, il est certain que ces équilibres possèdent, malgré leur mobilité, une stabilité considérable, puisque, après les réactions chimiques les plus violentes, les corps simples se retrouvent toujours inaltérés. Toutes les transformations que l'on fait subir à une quantité donnée d'un élément quelconque ne modifient ni sa nature, ni son poids apparent. C'est même, pour cette raison, que les atomes avaient été considérés jusqu'ici comme indestructibles.

Cette indestructibilité apparente a toujours donné une grande force à la croyance dans l'invariabilité des espèces chimiques. Nous allons voir cependant qu'en regardant les choses d'un peu plus près, cet argument perd beaucoup de sa valeur, puisque, même sans invoquer le phénomène de la dissociation de la matière et les commencements de transmutations découvertes par Ramsay, on voit les mêmes corps subir des transformations profondes de leurs propriétés, ressemblant singulièrement parfois à de véritables transmutations.

§ 2. — LES CORPS SIMPLES PEUVENT-ILS ÊTRE CONSIDÉRÉS COIVIME DES ÉLÉMENTS D'UNE FIXITÉ INVARIABLE?

Au début de la chimie, les méthodes d'analyse manquaient un peu de sensibilité, et les procédés d'investigation physique, tels que la spectroscopie, étaient ignorés. On ne pouvait donc séparer, et par conséquent connaître, que des corps possédant des propriétés bien tranchées. Ces corps étaient visiblement trop différents pour pouvoir être rapprochés. C'est ainsi que naquit la doctrine, analogue à celle alors admise en biologie, que les espèces chimiques étaient, comme les espèces vivantes, invariables.

Après un demi-siècle d'observations patientes, les biologistes ont fini par renoncer à leur idée d'invariabilité des espèces, mais les chimistes la défendent encore.

Les faits découverts ont cependant montré qu'il existe entre les espèces chimiques, tout comme entre les espèces vivantes, des transitions incontestables. Il a fallu reconnaître qu'un assez grand nombre de corps simples ne présentent pas de propriétés nettement tranchées permettant de les séparer facilement. Il en existe, au contraire, beaucoup, tellement voisins les uns des autres, c'est-à-dire possédant des propriétés tellement analogues, qu'aucune réaction chimique ne parvient à les différencier. C'est même pour cette raison qu'ils furent pendant longtemps ignorés. Près du quart des corps simples connus, c'est-à-dire une quinzaine environ, se ressemblent par leurs caractères chimiques, au point que, j sans l'emploi de certaines méthodes d'investigation j physique (raies spectrales, conductibilité électrique, chaleur spécifique, etc.), on ne les aurait jamais séparés. Ces corps sont les métaux dont les oxydes forment ce qu'on appelle les ferres rares. « Ils ne se distinguent, écrivent MM. Wyrouboff et Verneuil, à deux ou trois exceptions près, que par leurs propriétés physiques et se trouvent chimiquement identiques. Ils le sont à ce point qu'aucune réaction n'arrive jusqu'ici à les séparer et qu'on est réduit, pour les obtenir à l'état plus ou moins pur, au procédé einpirique et grossier du fractionnement. »

D'autres faits, récemment découverts, montrent que les espèces chimiques lès plus caractérisées, telles que les métaux ordinaires, présentent des variétés nombreuses. Il existe probablement, autour de chaque élément, toute une série de variétés présentant des caractères commun-s, mais possédant cependant des propriétés assez caractéristiques pour qu'on puisse les différencier, ainsi que cela s'observe pour les espèces vivantes. L'argent, par exemple comme nous

21)6 l'ÉVÛLUTIO.N de la ilATIÈr.E

le verrons bientôt, n'est pas un métal unique. Il existe au moins cinq ou six espèces d'argent constituant des corps simples dilîcrents. De même pour le fer et, probablement aussi, pour tous les autres métaux.

L'ancienne chimie avait bien noté l'existence de corps semblant identiques par leur nature, quoique dilTérents par leurs propriétés. Elle appelait allotropiques ces états dilTérents d'un même corps. S'ils n'étaient pas ^considérés comme des corps simples indépendants, c'est qu'au moyen de divers réactifs, on parvenait toujours à les ramener à un état commun. Le phosphore rouge diffère complètement du phosphore blanc, et le diamant ne diffère pas moins du charbon ; mais le phosphore blanc ou le phosphore rouge peuvent donner an même composé : l'acide phosphorique. Avec du charbon ou du diamant, on arrive à faire également un même composé : l'acide carbonique.

Sans ces propriétés communes, on n'eût jamais songé à rapprocher des corps aussi profondément dissemblables que le charbon et le diamant, le phosphore blanc et le phosphore rouge. Le phosphore blanc est un des corps les plus avides d'oxygène et le phosphore rouge un des moins avides. Le phosphore blanc fond à 44 degrés, alors que le phosphore rouge ne fond à aucune température et se réduit en vapeur sans passer par l'état liquide. Le premier est un des corps les plus toxiques que l'on connaisse, alors que le second est des plus inoffensifs. Des ditTérences aussi accentuées existent entre le charbon et le diamant.

Il en est de même pour beaucoup de corps qui peuvent se présenter sous des formes très différentes. M. Coste a montré que du sélénium recuit est très conducteur de l'électricité et très sensible à la lumière. Il mérite alors le nom de sélénium métallique. Le sélénium ordinaire vitreux, obtenu par fusion et refroidissement rapide, est, au contraire, soilant, et ûe possède plus, par conséquent, les propriétés d'un métal.

Tant que les états allotropiques n'ont -été observés que sur un petit nombre de corps, on pouvait les considérer comme des exceptions, mais des méthodes d'investigation plus sensibles ont prouvé que ce qui était considéré comme exceptionnel constituait, au contraire, une loi très générale. Le savant astronome Deslandres admet que les grandes différences qu'on peut observer dans les spectres de beaucoup de corps, le carbone et l'azote, par exemple, suivant la température à laquelle ils se produisent, sont dus à des états allotropiques de ces corps.

Sans qu'il soit besoin d'invoquer les indications fournies par l'analyse spectrale, on constate facilement que les corps les plus usuels, les mieux définis en apparence, tels que le fer et l'argent, présentent de nombreux états allotropiques, permettant de les considérer certainement comme des espèces variées d'un même genre. On connaît déjà une demi-douzaine d'espèces différentes de fer et d'argentr, ayant des caractères nettement tranchés, bien que possédant certaines réactions communes qui, autrefois, les faisaient confondre. Il est probable qu'avec des méthodes d'observations nouvelles, le nombre de ces espèces se multipliera considérablement. Les recherches récentes sur les métaux colloïdaux, dont nous parlerons dans un autre chapitre, montrent même que certaines espèces métalliques sont capables d'être modifiées au point de perdre la totalité des propriétés du métal dont elles dérivent, et de se rapprocher davantage des substances organisées que des métaux. Mais, sans même envisager ces cas extrêmes des métaux colloïdaux et en ne considérant que les corps les plus communs, préparés par des méthodes absolument classiques, il a fallu reconnaître, comme nous allons le voir, que le même métal pouvait se présenter sous des formes impossibles à confondre.

-; 3. — INDICATIONS FOURNIES PAR LA THERMOCHIMIE SUR LA NON-FIXITÉ DES CORPS SIMPLES.

Les fondateurs de la thermochimie n'ont jamais songé — bien au contraire — à tirer de leurs chiffres des arguments en faveur de la variabilité des corps simples. Ils ne se sont d'ailleurs occupés que de déterminer la quantité de chaleur accompagnant les réactions, et, au premier abord, la constance des chiffres qu'ils obtenaient aurait pu être envisagée en faveur de l'invariabilité des corps simples.

Il suffit cependant d'examiner attentivement ces chiffres pour voir qu'ils prouvent au contraire la variabilité des espèces chimiques.

On sait que la chaleur absorbée ou dégagée par les divers corps simples, dans leurs combinaisons, est une quantité constante, représentée par des nombres précis, et qui constitue un de leurs caractères essentiels. Ces nombres, jadis considérés comme invariables pour chaque corps, avaient servi à fonder la thermochimie. .

Dès que les formes allotropiques des métaux ont été connues, on a repris ces chiffres, et il a fallu reconnaître que, suivant le mode de préparation du métal, ils pouvaient être parfois vingt fois plus forts ou plus faibles que les chiffres trouvés pour le même corps préparé par des méthodes différentes. On ne peut donc même pas dire, d'un grand nombre de chiffres publiés jusqu'ici, qu'ils soient grossièrement approximatifs.

C'est M. Berthelot lui-même, un des fondateurs de la thermochimie, qui a contribué à cette constatation *. Il est bien probable que. s'il l'avait faite trente ans plus tôt, la thermochimie ne serait pas née.

1. Voici d'ailleurs pour l'argent, d'après les Comptes rendus du 4 février 1901, IM nombres obtenus par M. Berthelot, suivant l'espèce de métal employée. L»^

UNITÉ DE COMPOSmON DES CORPS SIMPLES 261

Au point de vue, défendu par nous, de la variabilité des espèces chimiques, ces résultats sont du plus haut intérêt. Au point de vue des idées jadis régnantes et sur lesquelles la thermochimie fut fondée, ils sont nettement désastreux. M. Berthelot le fit pressentir dans les considérations suivantes :

« De telles inégalités d'énergie étant ainsi établies par l'expérience, il est clair que Ton ne saurait appliquer avec certitude aux métaux ordinaires, ni plus généralement aux éléments, dans la discussion de leurs réactions, les valeurs thermochimiques obtenues en partant d'états différents.

« Les états de l'argent que j'ai étudiés, sauf un, ne répondent pas au chiffre de -f 7 cal. pour la chaleur de formation de l'oxyde Ag' 0 qui figure dans les traités de thermocbimie.

« Dans le cas de l'argent, la différence thermochimique des états de cet élément peut s'élever, pour un atome d'argent, à 2 calories, ce qui fait, pour la formation d'oxyde, avec 2 atomes d'argent (Ag- 0) un écart de + 4 calories. »

Les chiffres donnés dans les livres se trouveraient donc, pour le cas précéaent, erronés ide près de 50 %• L'auteur se demande ensuite s'il n'en serait pas de même pour le fer qui présente tant de formes allotropiques. L'observation est probablement applicable, non seulement au fer, mais à tous les autres corps. Et, alors, que reste-t-il de tous les chiffres de la thermochimie présentés jadis comme si absolus?

11 en restera probablement bien peu de chose, car alors même qu'on partirait de métaux préparés de la même façon, on ne serait jamais sûr de partir d'un même corps, puisque sa simple température de dessiccation permet de faire varier sa chaleur de

chiffres représentent la chaleur de dissolution d'un même poids du corps dans le mercure :

1" Argent battu en feuilles minces : + 2 cal. 03 ;

2° Argent produit par la transformation du métal précédent chauffé 20 heures à 500-550' dans un courant d'oxygène : + 0 cal. 47;

3° Argent cristallisé en aiguilles, obtenu par électrolyse de l'azotate d'argent dissous dans 10 parties d'eau : -}- 0 cal. 10;

4° Argent précipité de son azotate par le cuivre ; lavé et séché d'une part i la température ordinaire : + 1 cal. 10;

5» Argent précédent desséché à 120" : + 0 cal. 76 ;

0° Argent précédent chauffé au rcuge soml)re : + 0 cal. 08.

'•lG2 l'évolution de la matière

combinaison, et qu'il suffît de changer très peu son état physique pour modifier ses propriétés thermiques. Faraday avait remarqué, il y a longtemps, que de l'argent déposé sur une lame de verre, par voie chimique, a un grand pouvoir réflecteur "et une très faible transparence. Si on porte de 250 à 300 degrés la lame de verre, l'argent perd la plus grande partie de son pouvoir réflecteur et acquiert une forte transparence. Faraday en concluait que l'argent, dans ces deux cas, devait présenter des formes trèsdiflerentes. Ce sont des prévisions que l'expérience a entièrement confirmées.