CHAPITRE VIII

DIGRESSION SUR CERTAINS PHéNOM&NËS QUI MANIFESTENT LE MOUTENENT INTERIEUR DE LA MATIÈRE ET SON POUVOIR DE DIFFUSION.

Avant de donner des phénomènes causés par le calorique une explication tirée de la théorie ici exposée, il est bon d'examiner sur quelle base expérimentale s'appuie le principe fondamental de l'expansibilité de la matière, et de montrer que cette expansibilité est générale et se manifeste même dans certaines circonstances auxquelles le calorique semble ne prendre aucune part, bien qu'ici encore il soit la cause initiale du phénomène.

Les molécules de la matière sont tellement petites que leurs mouvements échappent à nos sens; ni l'œil armé des microscopes les plus puissants, ni le toucher le plus délicat, ne nous permettent de percevoir les mouvements moléculaires. Toutefois il existe des phénomènes qui, à eux seuls, suffisent pour mettre en évidence une force nommée répnhive; car, disait Daty, elle tend à éloigner les molécules dans certaines circonstances où l'action du calorique ne se traduit pas par une élévation sensible de température, tout au moins les effets de cette force ne

sont nullemcnl en rapport avec ceux produits ordinairement par la variation de la lempéralure que Ton peut constater.

Notons, par exemple, les effets de la diffusion gazeuse à la température ordinaire. Graliam a démontré tout récemment * que si un tube terminé à sa partie supérieure par une mince couche de graphite artificiel, et reposant sur la cuve à mercure, est rempli de gaz hydrogène à la pression ordinaire, le gaz s'échappe par les pores du graphite, de sorte que le mercure s'élève dans le tube à une hauteur de plusieurs pouces; pendant que Thydrogène sort Tair entre, mais en proportion moindre à peu près d'un quart. Si on emploie des gaz moins dissemblables, Texpérience réussit encore, mais les rapports sont changés, et rechange se fait à parties égales seulement avec les gaz qui ont pour ainsi dire une nature et une mobilité identique. Ce phénomène dépend évidemment de Texpansibilitô ou force diffusive propre aux gaz, et comme Tintensité de cette force est variable dans chacun d^eux suivant la vitesse de leuis molécules, de même la facilité avec laquelle ils traversent la lame poreuse n'est pas toujours la même. Cette plus ou moins grande faciHlé peut être utilisée pour séparer un gaz d'un autre, en le tamisant pour ainsi dire. D'après les expériences de ce genre, l'hydrogène aurait une mobilité 5,74 fois plus grande que Tair et 4 fois plus grande que celle de l'oxygène, valeurs conformes à celles déduites par les physiciens d'autres faits relatifs à la mobilité de ce inême gaz.

L'hydrogène, en passant à travers les pores de la matière, peut acquérir une tension relativement considérable. L*intensité de l'infiltration gazeuse s'accroît énormément à mesure que la température s'élève. Dans les expériences de M. Henri Sainte-Glaire-Deville,rhydrogènç

* Voyez Compies rendun, 27 juUlct 1805, t. LXIÎ, p. 181 .

DIFFUSTOW DE LA MATIÈRE. f,7

traversait les parois d'un lube en acier épais de plusieurs millimètres, porté au rouge, et le courant s'établissait avec une telle énergie, que le gaz se condensait dans un récipient communiquant avec le tube métallique jusqu'à acquérir une tension d'à peu près deux atmosphères.

A la vérité, dans ces conditions, la substance traversée par le gaz exerçait probablement une certaine influence sur le phénomène. Quoi qu'il en soit, les résultats obtenus démontrent combien est grand le pouvoir d'expansion que peut acquérir un gaz par l'effet de la chaleur. A la température ordinaire, les choses se passent de même ; et si le calorique favorise la diffusion gazeuse, cela tient simplement à ce qu'il dilate les pores du corps solide. Au reste, on ne s'étonnera pas de voir l'acier acquérir en s'échauffant une porosité aussi marquée lorsqu'on saura que le fer porté à l'incandescence devient translucide, que le cuivre et un petit nombre de ses alliages, placés dans les mêmes conditions de chaleur, présentent une véritable transparence.

Dans les corps non gazeux ces phénomènes de répulsion sont surtout sensibles à la surface libre, car l'impulsion du mouvement moléculaire n'y étant pas contre-balancée dans tous les sens, les molécules sont facilement projetées hors de la sphère d'action de leurs voisines, dont l'influence ne se fait sentir que d'un seul côté ; enfin, ces actions sont encore plus énergiques à la surface des pointes, les molécules étant alors libres dans plusieurs directions.

Le premier fait qui mérite notre attention est celui de l'évaporation des liquides se produisant même à une température notablement inférieure à celle de l'ébullition, c'est-à-dire du point auquel la tension de leur vapeur surpasse la pression ambiante. Tous les liquides, on le sait, s'évaporent à la température ordinaire, même le mercure le plus fixe d'entre eux, comme le prouve l'expérience des feuilles d'or suspendues dans un flacon

à une certaine distance de la surface d'une couche de ce liquide; en outre, les expériences électriques nous apprennent-elles que le vide barométrique n'est qu'un vide imparfait à cause des vapeurs mercurielles. Celte êvaporation n'appartient pas exclusivement aux liquides, mais un grand nombre de solides s'évaporent d'une façon très-sensible, exemple la glace, Tiode, le phosphore, et une foule de substances animales. De mlême, pour beaucoup de corps regardés comme fixes, la diffusion et la sublimation deviennent sensibles, surtout sous l'influence d'un long espace de temps. Tout le monde connaît les empreintes dites de Moser; on les observe à la surface des corps séparés par une très-petite distance, et elles sont attribuées à une lente volatilisation ^ La diffusion moléculaire s'accroît énormément si l'on élève la température, ou si l'on communique au corps une certaine tension électrique. Zantedeschi a obtenu des empreintes semblables à celles de Hoser : à Taide de corps réputés fixes» certains oxydes métalliques, par exemple, en les exposant à de hautes températures dans les fours à porcelaine. L'odeur que possèdent quelques métaux, même à froid, prouve leur volatilité. Le nombre des faits de ce genre devient infini si l'on fait intervenir la décharge électrique qui elle-même, comme nous le verrons, est un degré très-élevé des vibrations de la matière. Nous rappellerons seulement que dans un tube de Geissler, les réophores de platine, soumis pendant longtemps à l'action de l'électricité^ sont désagrégés, et l'on trouve les parcelles de métal déposées sur les parois du verre. La difficulté d'obtenir un vide parfait dépend surtout de la volatilité des mastics employés pour fermer les jointures. Dans les tubes de Gassiot, le vide s'obtient en remplissant les récipients d'acide carbonique à plusieurs reprises, puis en enlevant la majeure partie du

* Bizio, Dynamique chimiquCf t. I.

gaz à Taide de la machine pneumatique, et enfln en absorbant les dernières traces avec de la potasse caustique, puis le tube est fermé à la lampe ; or, une légère élévation de température suffit pour rendre le récipient lumineux et perméable à rélectricité, c'est-à-dire pour produire une diffusion de matière pondérable de la potasse probablement, qui se manifeste par le passage de l'électricité.

La pression mécanique de l'atmosphère et des liquides s'oppose puissamment à la diffusion, mais ne l'arrête pas complètement. Graham a récemment étudié la diffusion des sels, des gommes et du sucre dans les liquides, et a reconnu que, pour être lente, la diffusion de ces corps n'en est pas moins très-énergique ; et Bizio avait déjà fait observer depuis longtemps que cette diffusion conduit à admettre une tendance des particules d'un solide ou d*un liquide à pénétrer dans les pores d'un autre, à peu près comme cela arrive pour les gaz.

Lorsque la surface extérieure des liquides est au contact d'un corps solide, on observe certains phénomènes qui n'ont pas leurs équivalents parmi ceux qui se passent à l'intérieur des corps. Telles sont les actions de capillarité; pour expliquer ces faits, il est nécessaire d'admettre une densité différente du liquide dans les couches de la surface, d'où une variation de forme dans la surface libre du Uquide. «

La force répulsive ou expansive dont nous nous occupons se manifeste tout particulièrement lorsqu'une mince couche liquide se répand à la surface d'une masse fluide. Si une goutte d'une huile fixe ou volatile (telle que l'essence de térébenthine) est versée à la surface de l'eau pure, elle s'étend immédiatement comme un voile léger et d'une extrême ténuité, présentant les vives couleurs irisées des anneaux newtoniens. Hais une de ces gouttes étant ainsi étendue, la couche formée empêche le développement d'une autre. On réussit la môme expérience en employant

le sulfure de carbone, quoique son poids spécifique soit plus grand que celui de Teau. Un semblabie phénomène se produit avec le potassium qui, jeté sur le mercure, semble disparaître; mais, si avec la bouche on souffle sur le métal, la vapeur d'eau expirée est décomposée, et la pelasse formée apparaît sous forme d'un voile trèsmince à la surface du mercure. Toutes les substances fourniraient les mêmes résultats si, lors de leur mélange avec d'autre^, on pouvait suivre des yeux les premières couches qui se trouvent en présence.

Une autre classe de faits assez curieux est celle des mouvements présentés par certains liquides lors de leur mélange ou de leur combinaison avec d'autres. Par exemple, on étend une mince couche d'eau sur une lame de cristal épaisse d'environ 2 millimètres ; ensuite on laisse tomber sur ce liquide quelques gouttes d'alcool, Teau sera repoussée immédiatement à une assez grande distance du point sur lequel l'alcool est tombé, puis au niveau de la ligne de séparation des deux liquides, c'est-à-dire là où ils se mélangent, se manifeste une grande agitation, jusqu'à ce que l'eau ait repris sa position première.

Les mouvements de l'acide valérianîque versé dans Teau, ceux du potassium et du camphre brûlant à la surface de l'eau S clc, sont connus de tous.

Ces faits, et beaucoup d'autres, dont l'énumération serait superflue, montrent que, au moment de leur réunion, plusieurs substances entrent en mouvement d'une telle façon, que l'on est en droit de supposer leur masse agitée par une force énergique ; de pareils mouvements se passent dans l'intérieur de toutes les substances lors d'une combinaison chimique; mais nous ne les voyons pas, tan-

* Voyez dans Bizio : Dynamique chimique, t. 1, p. 31 et suiv. Nous ne citons pas les phénomènes de l'eau à l'état sphéroïdal, car ils sont dus non à l'action d'une forte répulsion, mais à un effet de la vapeur interposée entre le liquide et le métal incandescent.

dis que, dans les cas cités plus haut, se développant à la surface libre, ils sont plus prononcés et nous donnent l'image amplifiée de ceux qui appartiennent absolument aux molécules et qui déterminent leur réunion. D'après Tobservation fort juste indiquée par Bizio, les actions chimiques doivent toujours être précédées d'une raréfaction, d'un mouvement, d'une expansion de la matière, et on peut voir dans ses ouvrages une nombreuse collection de faits, desquels il tire les conclusions suivantes : un certain degré de raréfaction de la matière est une préparation indispensable aux actions chimiques pour fous les corps, et cet état particulier de la matière ne saurait être attribué à l'action chimique, comme on l'a cru jusqu'à présent, car Teffet ne peut préexister à la cause.

Dans ces conditions, la diffusion est simplement facilitée et d'une manière indirecte par l'action chimique, cette dernière écartant, suppiimant les parties dont la présence continue arrêterait la diffusion ou la sublimation des mo« lécules en formant autour d'elles une espèce d'atmosphère qui empêcherait la désagrégation des molécules restantes.

Les effets de la force diffusive sont d'autant plus marqués que les molécules sont moins fortement soumises à Pinlluence de leurs voisines; aussi celles qui se trouvent sur les arêtes ou au sommet des angles solides sont-elles puissamment sollicitées par cette force. On sait combien on facilite la diffusion et l'évaporation des corps en les triturant et en augmentant leur surface; ces opérations agissent à la façon de la dissolution et de l'action chimique. La même remarque s'applique à la diffusion électrique. Pour expliquer cette force diffusive, il n'est pas besoin de recourir à une action autre que celle à laquelle nous avons attribué la chaleur, et si l'on remarque que l'intensité de ces phénomènes augmente proportionnellement à celle du mouvenienl calorifique et s'accroît à mesure que les obstacles mécaniques extérieurs deviennent moins nombreux, on

sera bientôt convaincu qu'ils sont dus à une même cause plus ou moios active, selon les conditions de rapport et de liberté propres aux moFécules.

Nous parvenons à diminuer considérablement la cohésion des corps, mais ils restent toujours soumis à une force très-puissante, la gravité; il nous est donc impossible de constater expérimentalement une libre manifestation de la force répulsive. On croit, et non sans raison, que celle force répulsive est en pleine activité dans les comètes, car leur masse étant très-faible, l'attraction exercée par les molécules les unes sur les autres doit avoir une intensité fort peu considérable. Dans nos expériences, nous pouvons supprimer les pressions extérieures supportées par les corps, celle de l'atmosphère, par exemple, mais nous ne possédons aucun moyen pour détruire ou même diminuer la gravité; si nous pouvions soustraire les corps à son influence, les phénomènes de répulsion acquerraient une beaucoup plus grande intensité. Or, dans les comètes, ces deux actions font pour ainsi dire complètement défaut; par conséquent, la force répulsive doit s'y trouver développée à un très-haut degré. Les astronomes conviennent maintenant que la gravitation seule ne permet pas de rendre compte des formes présentées par les comètes et qu'il est nécessaire d'admettre l'intervention d'une composante répulsive dépendant de la chaleur et de la grande distance du soleil. Quelques expériences de M. Faye semblent appuyer cette hypothèse : ainsi il a vu l'arc voUaïque jaillissant dans le vide être brusquement repoussé par un corps chaud. En outre, les progrès récents de la spectroscopie démontrent que les comètes ont une lumière propre. Cette lumière suppose une énergie moléculaire analogue à celle des nébuleuses, de laquelle elle se rapproche beaucoup et par le degré de réfrangibilité et par la couleur : circonstances que ne saurait expliquer la force répulsive connue sous le nom de

DE Li^WAPORISATION. 73

chaleur. Ce pouvoir répulsif paraît avoir une action variable et spéciale dans les différentes comètes, et on ne peut le représenter simplement par un facteur de signe contraire à celui qui désigne Tattraction solaire. La pluralité des queues des comètes, la rapidité de leur formation, et surtout le mouvement Irès-évidenl des jets lumineux qui, d'abord dirigés vers le soleil, se tournent ensuite à l'opposif e, et semblent repoussés par lui, toutes ces particularités montrent un genre d'action spécial, et le seul phénomène analogue que Ton pourrait citer est la répulsion exercée par un corps chaud sur le flux électrique*.

Pour dilater et diffuser la matière d'une comète, la chaleur du soleil suffit; mais, dans nos laboratoires, il faut combiner les moyens d'action. Nous devons d'abord supprimer la pression atmosphérique dans nos récipients, puis triompher de la gravité et de la cohésion en excitant fortement l'expansion de la matière à l'aide de l'électricité. Les explications précédenies nous paraissent assez rationnelles, d'autant mieux que tous ceux qui ont observé les phénomènes lumineux produits dans le vide ont noté constamment l'analogie de ces jets de lumière avec ceux des comètes.

On pourrait encore entrer plus avant dans le domaine des hypothèses, et appliquer à cette force répulsive la magnifique théorie de l'atténuation de la matière, déjà abordée par Newton dans les questions ajoutées à son optique*, et qui a été reprise dans ces derniers temps par des savants italiens. En considérant le calorique comme

* Voyez les figures de la comète de juillet 1861, dans le Bulletin du Collège Romain, 1" année, n" 19 : le retrait des jets lumineux est manifeste, et on en suit les progrès d'une nuit à l'autre ; les variations étaient même sensibles à quelques heures d'intervalle. Disons toutefois que le rebroussement des jets pourrait être seulement apparent, ces courbes n'étant que les lignes suivant lesquelles se disposent les molécules libres et sorties de la sphère attractive du noyau.

* Newton, Opli(juc, question 22, p. 319 et 320. Édit. cit.

74 DU GALORIQVË.

un mouvement qui anime la matière, nous expliquerons pourquoi, par Tinfluence de cette agitation intérieure, les groupes moléculaires, fortement cohérents dans les solides, se séparent les uns des autres et acquièrent la mobilité des liquides. Ces liquides laissent échapper continuellement des vapeurs, même aux plus basses températures; les solides, eux aussi, se vaporisent, car si dans ces corps la force expansive n'est pas sufBsante pour surmonter complètement les pressions exercées par les atmosphères ambiantes, cependant leurs molécules se frayent peu à peu une route à travers les interstices de ces milieux. En exagérant le mouvement moléculaire, soit par une éiéva'tion de température, soit à Taide de rélectricité, on réussit à détruire les combinaisons des corps élémentaires, sans même avoir recours à l'action auxiliaire d'un corps étranger pour déterminer la décomposition. Le dernier pas à franchir serait d'obtenir, par l'exaltation de la vibration des atomes constitutifs, la dissociation des groupes formant les molécules des corps dits élémentaires. Alors que deviendrait la matière? Présenterait-elle encore les qualités de la matière pondérable? Newton pensait qu'elle serait transformée en la substance très-subtile qui constitue le feu et la lumière, et nous nous dirons « qu'elle serait transformée en cette substance que nous nommons éther impondérable^. » Le célèbre chimiste, M. Chevreul, fait remarquer que les quatre éléments des anciens : terre, eau, air et feu, équivalent aux quatre états sous lesquels on peut concevoir la matière, le solide, le liquide, le gazeux et l'èthèrè; ce dernier étant considéré comme le terme le plus avancé de la désagrégation de la matière par l'action calorifique.

'Après la publication de la première édition de ce livre faite en langue italienne, plusieurs auteurs ont regardé le dernier atome élémentaire isolé comme étant la molécule d'éther, et ont introduit le symbole m pour représenter la molécule pondérable, la molécule impondérable étant figurée par un /;, admettant (juc les m peuvent se résoudre en p.