DU PASSAGE DE L'ÉTAT SOLIDE A L'ÉTAT UQUIDE

d. Hais le travail principal à accomplir dans la fusion a pour objet la rupture des liens moléculaires, car ils représentent toujours une résistance à vaincre, quelle que soit du reste leur nature, qu ils aient pour origine certaines forces agissant réellement de molécule à molécule, qu'ils résultent au contraire de la pression exercée par un milieu extérieur.

Un solide ne pourra donc se liquéfier si ses molécules ne reçoivent pas une quantité de mouvement suffisante pour : 1® éloigner leurs centres; 2"" rompre les groupes' oscillant d*une façon synchrone ; 5^ désorienter les axes ; 4<^ surmonter la cohésion. Par conséquent, pendant sa fusion, un solide, afin d'accomplir ces divers travaux, absorbera du calorique, c'est-à-dire exigera l'apport d'une nouvelle quantité de mouvement intérieur, et il ne pourra changer d'état si cette quantité ne lui est pas fournie par des sources étrangères. Ce calorique servira tout entier à donner à un certain nombre de molécules les impulsions nécessaires pour briser leurs Uens, et nullement à accroître les vibrations de la masse restante. Aussi la température resfera-t-elle stationnaire durant la fusion. Le travail accompli par la force surajoutée sera précisément la destruction des liens moléculaires.

Réciproquement, lors de la solidification d'un liquide, il faudra lui enlever toute la quantité de mouvement d(5ht nous venons de parler; de telle sorte que si par un artifice particulier le corps est maintenu liquide à une température inférieure au point de sohdifîcation , comme cela arrive pour les masses d'eau maintenues dans une immobilité absolue, ou encore mises en suspension dans un liquide d'une densité égale à la leur (dans ces conditions, d'après les expériences de Dufour, on peut notablement abaisser la température de l'eau au-dessous de zéro), lors de la congélation, la partie qui se solidifie cède de la chaleur à celle qui reste liquide : en d'autres

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termes, la vitesse perdue par les molécules de la portion solidifiée se communique aux autres, et le tout remonte à la température normale de la fusion. Cette propriété n'appartient pas exclusivement à Feau, mais on la retrouve dans quelques autres liquides, dans certains métaux, le plomb et Tétain, par exemple, et même dans les alliages susceptibles de rester liquides au-dessous du point de fusion. Le dégagement de chaleur est parfois très-considérable; ainsi Tacide vanadique s*enflamme, la ziroone 'fait de même, et Tacide arsénieux produit des étincelles. On observe donc ici un nouvel exemple d'un corps froid cédant de la chaleur à un autre plus chaud, circonstance déjà signalée lors de Tétude des gaz; ce phénomène n'est nullement contraire aux lois de la physique sur l'équilibre de température, car celles-ci ne comprennent pas les cas où il y a changement d'état des corps. En voyant l'eau rester liquide au-dessous de zéro, à la condition d'être maintenue parfaitement immobile, et se congeler par la plus légère agitation, on en conclut évidemment que les molécules peuvent rester, en vertu de leur inertie, dans un équilibre instable, lequel venant à être rompu en un point, toute la masse reprend son état normal, et, chose remarquable, les vibrations, plus que tout autre genre d'agitation, sont aptes à déterminer cet effet.

La fusion et la volatilisation sont donc deux phénomènes analogues ; mais la quantité de vitesse que Ton doit communiquer aux molécules dans ces deux circonstances n'étant pas la même, la quantité de mouvement nécessaire à un corps pour passer d*un de ces états à l'autre sera pareillement différente. En effet, l'eau, en passant de l'état solide à l'état liquide absorbe 79 calories, et en se réduisant en vapeur elle en prend 606, c'est-à-dire 8 fois plus environ. Une fois le corps amené à un nouvel état, sa sensibilité au mouvement ne reste pas la même qu'auparavant, sa capacité calorifique change ; ainsi la glace et i'eau ont

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une chaleur spécifique assez différente, celle de la pre* mière est la moitié de la seconde. D*après les observations précédentes on peut facilement pressentir que les propriétés physiques des corps et leurs divers degrés de cohésion doivent influer sur la quantité de calorique nécessaire à leur dilatation ou à leur fusion, et nous verrons que ces résultats ont été vérifiés par Texpérience.

il n'est pa&liors de propos de comparer ici les forces moléculaires à celles qui nous sont mieux connues, et certainement on sera surpris en apprenant leur valeur numérique. La violence des effets produits par ces actions nous porte à croire que ces infiniment petits sont des puissances irrésistibles, et que les résistances les plus considérables ne peuvent lutter avec avantage contre ces géants déguisés ^. La contraction éprouvée par le fer lors de son refroidissement peut être utilisée pour frapper les monnaies, et la dilatation de Teau au moment de sa congélation fait éclater les canons les plus épais. Suivant M. Hirn, la résistance que Ton éprouve à désagréger Tenu chauffée à 100<» équivaut aune pression de 27110 atmosphères ; à 60^ elle est de 47448 atmosphères, il s'agit ici d'un liquide; qu*on juge alors avec quelle épouvantable force se détendraient les molécules aqueuses si subitement les actions de cohésion venaient à cesser ; et cependant on répète sâns cesse que dans les liquides la cohésion est très-faible. La recherche du rapport des forces moléculaires à celles qui nous sont les plus familières, à la pesanteur par exemple, aura l'avantage de nous préparer au problème plus difficile de la corrélation des actions moléculaires et de l'attraction universelle.

D'illustres géomètres, et parmi euxLaplace, ont essayé d'expliquer les phénomènes moléculaires au moyen de

^ Tyndal, Monde*, vol. II, p. 101.

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Tattraction universelle. Il est facile de voir que de cette façon on arrive à des difficultés insolubles.

Le professeur Belli ayant étudié ce sujet à fond, dans uo grand travail, nous extrayerons de ce mémoire toutes les conclusions utiles à notre sujet*. Ce savant a calculé quelle serait la force k avec laquelle s'attireraient en vertu de li seule gravitation, 2 kilogrammes de matière supposés concentrés chacun en un point mathématique et séparés par une distance de 1 mètre. La valeur de k est la quantité de mouvement qui serait acquise par Tun des corps pendant une seconde sous Tinfluence d'une force constante

égale en intensité à l'attraction de Fautre, le nombre —

mesure cette force dans un lieu où g est Tintensité

de la pesanteur. Faisant jf=9"*,81859, on trouve

^—0,000,000,000,367,990 -T7- en représentant par ^'la

densité terrestre.

L'auteur a calculé ensuite l'attraction entre deux cubes de matière quelconque placés au contact; il a trouvé que la densité de la terre étant supposée 5, l'intensité de cette attraction, pour deux cubes de fer de 1 centimètre de côté, est,

c'est-à-dire un peu plus de A billionièmes de kilogramme. Or, la ténacité du fer est T=44 70 kilogramme, donc la valeur de X en fonction à T sera,

c est -à-dire une fraction insignifiante de la vraie valeur. De même, entre deux cubes de 1 mètre de côté mis en

* Belli, Mémoire sur V attraction moléculaire* Milan, 1833.

LES FORCES MOLÉCULAIRES COMPARfiBS A U GRAVITÉ. 96

contact, l'attraction serait à peine de 0,42 de gramme ! par conséquent, une valeur infiniment inférieure A la vraie.

Mais, dira-t-on, dans les calculs précédents, on suppose avec les géomètres la matière continue ; si elle était agglomérée en sphères très-petites, d'une très-grande densité et d'un volume fort restreint par rapport à leur dislance réciproque, peut-être obtiendrait-on une valeur assez grande pour la force attractive. Belii répond A cette observation en remarquant que l'attraction relative c de deux cubes au contact et celle s de deux sphères contenant une quantité de matière égale à celle des cubes,

C 3 sont sensiblement dans la proportion suivante, - = j— Ainsi

la différence ne sera jamais très-grande, et de plus la plus grande valeur appartiendra toujours aux cubes.

Supposons actuellement un corps formé d'un très-grand nombre de points placés à une certaine distance les uns des autres, mais d'une densité considérable ; nous pourrons substituer à chacun d'eux une sphère ayant une densité finie, car il est reconnu qu'une sphère attire de même que si toute sa masse était réunie en son centre; par conséquent à un milieu composé de points matériels, on pourra substituer un certain nombre de sphères se touchant mutuellement. Cela posé, nous pouvons couper le corps par un grand nombre de plans tels, qu'ils le divisent en une suite de petits cubes, ayant à leur centre un point matériel, puis nous substituerons une sphère à chacun d'eux. La densité de ces sphères devra être (en tenant compte des vides et des parties pleines) la moitié de celle qui appartiendrait au corps supposé formé par une matière continue ; mais ces sphères laissant entre elles des vides, nous les supposerons combles, par l'addition d'une certaine quantité de matière, de telle sorte que chaque sphère sera remplacée par un petit cube. De celte manière, l'attraction ne sera certainement pas diminuée, elle sera même accrue,

puisque nous aurons ajouté de la matière et nous savons de plus que Tattraction exercée à masse égale par un cube surpasse celle produite par une sphère. Or, on a tu plus haut que ces cubes en vertu de la seule gravitation ne peuvent produire une force attractive comparable à la cohésion moléculaire, donc a fortiori il en sera de même pour .jwn assemblage de sphères et par suite de points matériels, quelle que soit l'hypothèse admise sur la constitution delà matière*

Ainsi la théorie de Laplace ne rend pas exa<îtement compte de l'attraction moléculaire, et celle-ci ne peut être attribuée exclusivement à la gravitation.

11 ne faut pas conclure cependant que Thypothèse de Laplace soit inadmissible; on doit reconnaître seulement qu'elle est impossible en supposant la distribution uniforme des centres d'attraction. Si ces centres se. réunissaient de manière à donner à la substance une texture filamenteuse, on pourrait obtenir un effet comparable à la cohésion, en admettant que la densité des filaments fût telle, que la section transversale d'un d'entre eux pût être contenue 10 '«oooooooooooooooooo f^jg jans 1 centimètre carré;

à la vérité, une densité aussi démesurément énorme est difficile à admettre. En effet, si la sphère limitée par les étoiles les plus voisines de nous était remplie de platine, et que tout ce métal pût être condensé au point de présenter le volume d'une tête d'épingle, on aurait ainsi à peine une idée de la densité représentée par le nombre cité plus haut.

Donc les forces moléculaires ou dépendent d'un principe autre que la gravitation universelle, ou bien si le principe est le même, la loi d'action est certainement différente. Du reste, comme nous le verrons plus tard, l'étude des autres forces de la nature conduit à la même conséquence. On peut encore citer le fait suivant comme une preuve palpable de la différence d'origine qui existe

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entre les deux forces en question. Lorsqu'un corps est rompu, il ne suffit pas, pour ressouder les morceaux, de les afironter exactement, il est nécessaire de lui faire subir une nouvelle fusion. La raison en est simple : en remettant les parties séparées en contact, on ne rétablit pas les distances intermoléculaires dans leurs rapports nécessaires, et les mouvements atomiques dont l'ordonnance a été complètement troublée, et qui s'étaient constitués dans un nouvel état d'équilibre, ne reprennent pas ainsi leur régime primitif. Lors de la rupture d'un corps, il se produit un ébranlement violent dans les tranches solides qui se séparent. On sait en elfet que si une corde de piano vient à se casser, il se dégage «fréquemment lumière et chaleur.

Examinons maintenant un degré plus avancé de la transformation des corps, c'est-à-dire le changement de constitution, et voyons comment la théorie précédente peut encore s'appliquer à ces phénomènes.