CHIMIQUE

Il nous faut maintenant revenir par un saut brusque des mouvements célestes aux phénomènes moléculaires, des espaces immenses où s'étend la gravité aux distances infiniment petites où se nanifestent la cohésion et Taffinité chimique. Nous avons signalé déjà la puissance énorme de ces deux dernières forces ; mais les résultats numériques que-nous avons rapportés n'en donnent qu'une faible idée. On sait que des changements de cohésion, la congélation de Teau par exemple et la solidification du bismuth, peuvent briser des bouteilles de fer épaisses de plusieurs centimètres; nous ne parlons pas des effets formidables que produisent les affinités qui sont en jeu dans les mélanges explosibles; les simples actions qui forment et maintiennent les agrégations ordinaires ont une puissance telle qu'on a pu les appeler, dans un langage figuré, des géants travestis.

Il semble au premier abord que les corps célestes absorbent, dans leur course à travers l'espace, la plus grande partie de la force vive qui est répandue dans l'univers;

LRS FORCKS ATTRACTIVES. 153

c'est le contraire qui est vrai; la force vive que représentent les mouvements célestes est bien faible si on la compare à celle qui est concentrée dans les actions moléculaires.

Avant de faire un pas nouveau dans Texamen de ces actions il importe que nous revenions sur la notion même de molécule, et que nous en précisions le sens. Les molécules des corps réputés simples, de Toxygène, de Thydrogène, du carbone, sont-elles des unités indivisibles, de véritables atomes, ou sont-elles des agrégats?

Cette seconde hypothèse, nous l'avons déjà dit, nous paraît seule admissible.

Après les premiers travaux qui ont fondé la chimie, lorsque l'analyse s'arrêta devant un certain nombre de substances qu'elle ne put décomposer, on fut porté à regarder ces substances comme différentes dans leur qualité même. Telle fut la doctrine 'de Berzelius. Dans cette théorie, le carbone, l'or, le platine, sont des corps tout à lait hétérogènes, dont les atomes jouissent par eux-mêmes de propriétés spéciales. Cependant la notion des équivalenls, introduite dans la chimie dès le commencement de ce siècle, mettait naturellement les esprits sur la pente d'une doctrine différente. Puisqu'on avait vu que les corps simples se combinent et se remplacent dans leurs combinaisons suivant des proportions nettement définies, on devait être amené à regarder les quantités équivalentes des corps différents comme des collections diverses

formées d'une substance unique.

154 LA PHYSIQUE MODKRNE.

Prout avait le premier formulé celte opinion ; pour lui, les poids équivalents des corps simples étaient des multiples de celui de l'hydrogène. On reconnut bientôt que cette loi ne pouvait être maintenue dans toute la rigueur de son énoncé ; la détermination précise de certains équivalents la mettait en défaut. On fit disparaître les premières exceptions en prenant pour unité le demi -équivalent de rhydrogène; mais de nouvelles difficultés surgirent, et il fallut recourir à un fractionnement plus compliqué. La loi de Prout a ainsi perdu peu à peu sa première originalité. Elle reste cependant, corrigée par les tempéraments nécessaires, comme un argument important en faveur de l'unité élémentaire des corps.

Nous avons déjà montré comment la physique nouvelle remonte jusqu'aux atomes éthérés pour trouver cette unité élémentaire. Entre les molécules de l'oxygène, de l'hydrogène, du carbone, de Tor, du platine, elle ne conçoit aucune différence qui porte sur la qualité même de la matière ; elle ne voit dans ces corps divers que des propriétés qui résultent du mouvement. Si cela est vrai de ces corps comparés entre eux, cela est vrai aussi des mêmes corps comparés à l'éther. Entre eux et l'éther, où trouverait-on une différence qui portât sur la qualité matérielle? Toute molécule élémentaire nous apparaît ainsi comme formée d'atomes éthérés. La chaleur désorganise les corps, elle arrive à séparer l'hydrogène et l'oxygène qui forment la vapeur d'eau; un dernier pas serait à faire : en surchauffant ces molécules mêmes , on arriverait sans doute à les faire éclater , et on les résoudrait en

LES FORCES ATrRACTIVES. 155

atomes étliérés, soit directement, soit par degrés successifs.

Voici donc comment se présente à nos yeux l'échelle de l'agrégation matérielle. A Tétat le plus ténu, l'atome éthéré; vient ensuite la molécule élémentaire des corps réputés simples ; ces molécules se combinent, et il en résulte des molécules composées ou chimiques. Celles-ci se réunissent à leur tour et forment ainsi les particules des corps.

On conçoit, au moins d'une façon générale, comment l'agrégation d'une molécule élémentaire peut résulter de l'action d'nn milieu et des| mouvements relatifs de ses parties. Sans que nous insistions sur ce point, on peut se représenter cet ordre de phénomènes à l'aide de quelques analogies lointaines. C'est ainsi que la pression de l'air maintient les ' uns contre les autres les segments d'une sphère creuse. C'est ainsi qu'une veine liquide prend souvent l'aspect et la consistance d'un solide par le mouvement commun de ses parties. C'est ainsi que nous voyons quelquefois des tourbillons de vent ou de poussière parcourir de grands espaces sans se déformer, parce que les éléments qui les composent sont animés d'une même vitesse angulaire.

Aussi bien, si l'on serre ces questions de près, la physique nouvelle ne les éclaire que de quelques aperçus fugitifs. On lui demanderait en vain de montrer par des exemples décisifs comment les propriétés diverses des molécules naissent de la combinaison des mouvements. Cette 4liversité, qui sort pour ainsi dire du sein même de la ma-

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tière, lut toujours el demeure encore un des plus étranges phénomènes que l'homme puisse aborder,

La science ancienne voyait dans les corps une sorte de dualité ; elle imaginait d'une part une matière dépourvue de qualités propres, mais capable de les recevoir toutes et de l'autre des essences qui s'ajoutaient aux corps pour en constituer les propriétés; elle supposait que ces essences pouvaient être isolées par la distillation, et l'alchimisle s^efîorçait de les recueillir pour les infuser à son gré dans la matière.

Après la doctrine des essences, on vit prévaloir l'idée des formes ; une esthétique cachée déterminait au sein des corps les moules où se produisait la diversité moléculaire. Notons que cette conception nous rapproche de celle du mouvement. L'idée de mouvement ne va pas en effet sans une certaine idée de forme: la géométrie détermine les courbes et les surfaces idéales où se produisent et se limitent les mouvements.

La physique nouvelle rapporte au mouvement la structure et les propriétés des molécules. Elle tire cette conclusion de l'ensemble des lois qu'elle a trouvées ; elle s'y croit autorisée parce qu'elle sait de plusieurs grands phénomènes naturels, par ce qu'elle a appris de la lumière, de la chaleur, de l'électricité, par les inductions auxquelles elle s'est élevée sur la nature de l'attraction universelle. Mais l'avenir montrera seul si elle peut se rapprocher des conditions originelles qui diversifient les mouvements dans les profondeurs secrètes de la matière. Il ne faut donc pas nous attarder à la métaphysique des

molécules. Les principaux résullals que nous avons énoncés successivement sont indépendants de toute hypothèse sur la constitution moléculaire. Nous avons pris soin de réserver le terme d'atome pour les éléments de Téther et d'appliquer le nom de molécules à ceux de la matière pondérable ; mais d'ailleurs dans tout le cours de ce travail, si on laisse de côté quelques théories incidentes qui s'en détachent facilement, on peut conserver la notion primitive que fournit la chimie, et considérer les molécules élémentaires comme de petits blocs indivisibles dont la disposition intérieure n'influe pas sur les phénomènes.

On a vu comment les molécules plongées dans l'élher arrivent à s'attirer. Il nous faut un nouveau principe pour expliquer la cohésion, et nous le trouvons dans l'hypothèse de la rotation moléculaire, dont le père Secchi a tiré tant de conséquences ingénieuses.

Dans leur rotation , les molécules doivent entraîner avec elles une atmosphère d'atomes éthérés; c'est un fait que nous avons déjà mis en relief en traitant du changement d'état des corps. L'existence de ces atmosphères — il faut éviter à cet égard une confusion possible — est tout à fait distincte du phénomène qui répartit l'éther en couches différemment denses. Ce dernier effet s'étend à l'infmi ; le premier n'a lieu que dans un espace très-restreint, au voisinage immédiat de la molécule. Dans cet espace, les atomes participent directement à la rotation .moléculaire; au dehors, ils en sont indé-

pendants. On a montré précédemment (i) comment agissent ces atmosphères quand un corps, en perdant sa chaleur, est ramené de Tétat de gaz à la forme liquide, et de celle-ci à l'état solide. Faisons remarquer ici qae cette hypothèse explique pourquoi la forme liquide et la forme solide naissent tout à coup, à un moment donné, quand les molécules ont été ramenées à une distance précise : tant que les atmosphères ne se touchent pas, aucune trace de cohésion ne se manifeste ; dès qu'elles s'abordent, la force naît. On comprend aussi pourquoi les températures de fusion et de solidification sont fixes pour un même corps ; ces effets ont lieu au moment précis où les atmosphères, variables avec la température, ont atteint le diamètre voulu.

Qu'est-ce maintenant que l'affinité? Remarquons la nature de son action. Elle agit pendant un temps, pins ou moins brusquement, pour troubler un équilibre ; les corps en présence se saturent l'un de l'autre ; puis un nouvel équilibre succède à cet effet. Ce phénomène peut s'expliquer par l'hypothèse même dont nous venons de nous servir.

Entre molécules homogènes, toutes les atmosphères sont semblables, et il n'y a pas de raison déterminante pour que l'une modifie l'autre : la cohésion se produit dans ce cas. Si au contraire des molécules d'espèce différente se trouvent en présence, il y a variété dans les atmosphères ; celles-ci peuvent se fondre Tune dans l'au-

(1) Voyftz pages 94 et 95.

tre et modifier par cet effet la position de leurs molécules respectives.

Ainsi nous apparaît le principe de l'affinité chimique.

Plus les atmosphères seront inégales, plus il y aura de chance pour que l'équilibre en soit rompu, et plus l'action chimique aura d'énergie. Elles peuvent différer d'ailleurs non-seulement dans leurs volumes, mais aussi dans leurs vitesses, et elles offrent ainsi plusieurs éléments de variation. La température influe naturellement sur l'état des atmosphères, et change par là les conditions de l'affinité. II peut arriver que deux molécules qui ont à un certain moment des atmosphères dissemblables, et par suite une affinité très-grande, arrivent à avoir, si la température change, des atmosphères égales et par conséquent une affinité médiocre. Il peut se faire même, si la température continue à varier, que la valeur relative des atmosphères soit renversée. On rendrait compte ainsi d'anomalies connues; on expliquerait de cette façon pourquoi, à des températures très-rapprochées, on voit tantôt le fer décomposer l'eau et mettre l'hydrogène en liberté, tantôt au contraire l'hydrogène décomposer l'oxyde de fer pour s'emparer de l'oxygène.

La molécule chimique a donc une enveloppe générale; mais ce n'est pas à dire que les molécules élémentaires restent dépourvues de petites atmosphères spéciales. Il faut remarquer d'ailleurs que ces atmosphères sont pour ainsi dire des phénomènes extérieurs sous lesquels nous retrouvons naturellement lès mouvements mêmes des molécules. C'est entre tous ces mouvements, ceux des

160 LA PHYSIQUK MODERNK.

enveloppes parlielles et ceux de Teiiveloppe totale, que s'établit un équilibre d'où résulte la stabilité de la combinaison. Le composé sera d'autant plus stable que cet équilibre dynamique aura moins de chance d'être troublé. Si les éléments sont nombreux, une légère variation de température met le désordre dans cette agrégation et en détruit le lien.

Cet effet se manifeste plus nettement à mesure qu'on passe du règne minéral, où domine une certaine simplicité, aux matières organiques, dont la structure est plus compliquée. Une molécule d'albumine contient, dit-on, 900 molécules élémentaires. On conçoit que des composés si complexes soient facilement détruits par des. variations de chaleur. La complication est bien plus grande encore dans les tissus organisés. Aussi les végétaux sont-ils confinés chacun dans un climat déterminé, et si les animaux peuvent vivre dans des régions plus étendues, c'est qu'ils portent en eux-mêmes une source de chaleur qui rend pour chacun d'eux la température à peu près constante.

Depuis Lavoisier, la chimie s'est faite au point de vue des masses ; on peut dire qu'elle reste tout entière à faire au point de vue des vitesses. Or, les masses et les vitesses forment deux séries d'éléments qu'il est également nécessaire de connaître pour apprécier les forces vives dont les molécules sont animées et les divers effets qu'elles peuvent ainsi produire.

On ne peut s'empêcher pourtant de remarquer les immenses progrès que la chimie a faits par la seule consi-

dération des masses. La loi des proportions définies, la loi des proportions multipleSy la notion même de l'équivalence chimique, qui est sortie naturellement de ces deux lois fondamentales, sont indépendantes de toute idée de mouvement. C'est à Taide des pesées que Ton a suivi les corps simples dans leurs combinaisons élémentaires et déterminé l'échelle de leur saturation. Plus tard, la chimie organique se fonde par l'étude des corps gras d'abord, puis par les premières analyses des alcools et des éthers; la balance devient insuflisante alors pour suivre la complication des phénomènes, et cependant les théories que le chimiste élève semblent, au moins au premier abord, s'appliquer à des molécules en repos. La loi des substitutions résume les progrès de la chimie organique. Cette loi n'implique — on pourrait le croire au moins — aucune idée d'agitation moléculaire; elle peut s'entendre, si l'on se contente d'un aperçu sommaire, de groupes immobiles où des groupes partiels se remplaceraient les uns par les autres. Mais nous n'en sommes plus à avoir besoin de montrer ce qu'il y aurait d'incomplet dans une pareille manière d'apprécier les phénomènes chimiques. On ne saurait comparer la formation moléculaire à la superposition des pierres d'un édifice; il faut, si l'on veut la représenter par une figure sensible, imaginer sur une échelle restreinte des tourbillons solaires qui viendraient à se pénétrer et dont les éléments prendraient en celte rencontre un nouvel équilibre mobile.

Au surplus, il ne s'agit pas ici d'une simple conception théorique. Si nous nous reportons sur le terrain des faits,

nous voyons que Faction chimique produit un travail, ce qui est le propre des masses animées de vitesse. C'est une action chimique, c'est la combustion du charbon qui fait tourner la plus grande partie de nos machines .

Jusqu'ici nous ne savons pas mesurer directement le travail chimique, nous ne le déterminons que par l'interinédiaire de la chaleur ou de l'électricité ; mais par ces moyens indirects nous en obtenons déjà une appréciation assez exacte. Nous jugeons de l'action chimique par ses effets extérieurs, et ce n'est pas un résultat qui soit à dédaigner. Pour la connaître en elle-même, pour en pénétrer le secret, pour en comprendre le jeu intérieur, il nous faudrait préciser les vitesses aussi bien que les masses moléculaires. Si nous possédions les termes de cette double catégorie, nous verrions disparaître ce que la chimie présente encore de bizarre et de capricieux, nous expliquerions les combinaisons diverses et les propriétés matérielles qui en résultent.

Alors serait fondée la mécanique moléculaire, qui comprendrait dans son ensemble non-seulement les phénomènes chimiques, mais tous les phénomènes naturels dont nous avons parlé tour à tour, ceux de la gravité comme ceux de la chaleur, ceux de l'électricité comme ceux de la lumière ; une dynamique universelle embrasserait Fastronomie. la physique et la chimie.