LA THÉORIE ATOMIQUE. CRITIQUE DE CETTE THÉORIE

Nous venons d'exposer les principes fondamentaux de la Chimie moderne et rien, dans cet exposé, n'a fait intervenir les doctrines des atomistes, soit pour les confirmer, soit pour les combattre. Des lois d'origine expérimentale, la loi de la conservation de la masse, la loi des proportions définies, la loi des proportions équivalentes et des proportions multiples, ont été mises à la base de cette science ; à ces lois, se sont jointes certaines notions semblables à celles que l'on trouve dans' les sciences naturelles, la notion d'analogie chimique, la notion de substitution chimique ; des symboles, numériques ou géométriques, ont permis de traduire ces notions sous une forme saisissable à l'imagination, jetant par là sur la classification chimique une admirable clarté ; mais rien ne nous a contraint de nous prononcer sur la nature du mixte, de choisir entre les disciples d'Epicure et les partisans d'Aristote.

Il n'en faudrait pas conclure que ceux dont les découvertes ont créé et développé la Chimie moderne aient été exempts de tout souci touchant les doctrines atomistiques.

Sans doute, un certain nombre de chimistes, et non des moindres, se sont prudemment tenus à l'écart de ces

i/i4 DE LA nÉVOLUTlOS CHIMIQUE A NOS JOURS

doctrines : Richter ne leur a fait aucun emprunt, et c'est plutôt aux tendances pythagoriciennes qu'il faudrait rapporter ses remarques sur les valeurs numériques des masses équivalentes, remarques dont l'esprit se retrouve dans certains écrits de Dumas et surtout dans les travaux de Mendeleef. D'autres, parmi les créateurs de la science chimique, semblent éviter avec un soin jaloux toute hypothèse sur la nature des mixtes et ne veulent rien admettre qui ne soit exactement tiré de l'expérience. Mais beau-: coup demandent aux hypothèses épicuriennes d'interpréter les lois déjà connues ou de conduire à la découverte de principes nouveaux.

Déjà, en 1790, Higgins admettait que les atomes des éléments qui entrent en combinaison ont des masses fixes et se groupent en nombre déterminé pour former une molécule du composé : à cette conception fondamentale, il mêlait, il est vrai, plusieurs hypothèses inadmissibles, laissant ainsi à John Dalton Thonneur de créer la théorie atomique moderne.

La théorie atomique a-t-elle servi de guide à Dalton et l'a-t-elle conduit à la découverte de la loi des proportions multiples .^ Les résultats de l'expérience ont-ils, au contraire, précédé, dans l'ordre de ses recherches, l'interprétation hypothétique fournie par les doctrines épicuriennes? 11 est malaisé de trancher ce dilemme (i). Qu'il soit d'ailleurs résolu dans un sens ou dans l'autre, la pensée de Dalton n'en demeure pas moins parfaitement claire.

(i) Sur l'histoire des lra>aux de Daltoa, voir Ad. Wûrtz, La Théorie atomique, pp. 17 et suiv.

LA THÉORIE ATOMIQUE. CRITIQUE DE CETTE THÉORIE i45

Les corps simples sont formés d'atomes. Les aloHles d'un même corps simple sont tous égaux entre eux ; ils ont tous même masse. Les atomes de deux corps simples différents ont des masses différentes, et ces masses sont entre elles comme les équivalents de ces corps simples ; ainsi, pour les divers corps simples, les équivalents mesurent les masses atomiques et l'on peut leur attribuer cette dénomination.

Tout corps composé est réductible en molécules. Les molécules d'un même composé sont toutes identiques entre elles ; chacune d'elles est formée d'un certain nom» bre, nécessairement entier, d'atomes de chacun des corps simples qui concourent à la formation du composé. La formule chimique d'une combinaison exprime simplement quels atomes et en quel nombre sont unis en une molécule de la combinaison. Ainsi, dire que la formule de l'acide chlorhydrique est HCl, c'est dire que la molécule d'acide chlorhydrique contient un atome d'hydrogène et un atome de chlore ; dire que la formule de l'eau est H^O, c'est dire que la molécule d'eau renferme deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. La similitude de deux formules ne représente pas seulement l'analogie toute subjective de deux composés chimiques ; elle dénote la structure semblable de leurs molécules, source objective de l'analogie chimique.

Telles sont les idées que Dalton émet et développe de i8o3 à 1808, que Thomson et WoUas ton font pénétrer dans le domaine public. Bientôt, on les retrouve dans une foule d'écrits touchant la chimie. Arjiedeo Avogadro en i8i3, Ampère en i8i4 les adoptent; aux édifices, caractéristi-

iliù DE LA RÉVOLUTION CHIMIQUE A NOS JOURS

qu'es de chaque composé, qui formeutles atomes élémentaires de ce composé, ils donnent le nom de molécules intégrantes, déjà employé par Haûy pour désigner les solides dont le groupement constitue un cristal ; et ils enseignent qu'à la même température et sous la même pression, l'unité de volume de tous les gaz. renferme le même nombre de molécules intégrantes : telle est la forme sous laquelle se trouve d'abord énoncée la loi qui joue un si grand rôle dans la fixation des formules chimiques.

L'édifice que forment les atomes de divers corps simples lorsqu'en s'unissant ils engendrent une molécule d'un corps composé est identique à la molécule intégrante dont la répétition produit un cristal ; dès lors, des édifices semblables, qui caractérisent des composés analogues, doivent former des cristaux semblables. Ainsi, aux hypothèses précédentes se relie très naturellement la loi de l'isomorphisme ; et c'est bien de la sorte que Mitscherhch comprend le grand principe dont il enrichit la science chimique, témoin l'énoncé qu'il en donne : « Le même nombre d'atomes, combinés de la même manière, produisent la même forme cristalline ; et cette même forme cristalline est indépendante de la nature chimique des atomes et n'est déterminée que par le nombre et la position relative des atomes. »

Toutes les notions, tous les principes qui contribuent à Hxer Idi formule brute d'un composé chimique trouvent leur interprétation en la théorie atomique ; il en est de même de la notion de valence, fondement de la formule développée.

Chaque atome possède une ou plusieurs atomicités

LA THÉORIE ATOMIQUE. CRITIQUE DE CETTE THÉORIE i/i;

ratomicité, c'est ce par quoi un atome peut s'attacher à un autre atome ; ou, plutôt, pour que deux atomes s'unissent, il faut qu'un certain nombre d'atomicités du premier et un nombre égal d'atomicités du second se joignent chacune à chacune.

Il est des atomes qui ne possèdent qu'une atomicité : ce sont les atomes du chlore, du brome, de l'iode, de rhydrogène, du potassium, etc. ; chacun de ces atomes ne peut évidemment s'unir qu'avec un seul atome de la même classe ; lorsqu'une pareille union s'est effectuée par la soudure de l'atomicité unique de l'un de ces atomes à l'atomicité unique de l'autre, ces deux atomes ne présentent plus aucune atomicité libre : ils sont saturés,

11 y a des atomes qui possèdent deux atomicités : l'oxygène, le calcium sont dans ce cas ; l'atome d'oxygène pourra s'unira deux atomes d'hydrogène, dont chacun, par son atomicité unique, viendra saturer une des atomicités de l'atome d'oxygène ; l'atome de calcium pourra se combiner avecdeux atomes de chlore; ainsi se formerontl'eau, le chlorure de calcium. Mais un atome d'oxygène se combinera avec un seul atome de calcium, car chacun d'eux, ayant deux atomicités à saturer, aura besoin pour lui seul des deux atomicités de l'autre.

Lorsqu'un atome d'hydrogène se trouve dans un corps composé, son atomicité unique sature une des atomicités du reste du composé ; le chlore qui, lui aussi, présente une seule atomicité, sera également apte à saturer cette atomicité unique en se saturant lui-même ; un atome de chlore et un atome d'hydrogène pourront donc, dans un même édifice moléculaire, se substituer l'un à l'autre.

ïliS DE LA RÉVOLUTION CHIMIQUE A AOS JOURS

Au contraire, pour qu'un atome d'oxygène, qui poissède deux atomicités à saturer, puisse se placer dans un édifice moléculaire, il faudra que la partie de Tédifice qui disparaît pour lui faire place laisse libres deux atomicités ; pour que cette introduction d'un atome d'oxygène devienne possible, il ne suffirait pas d'enlever à l'édifice moléculaire un seul atome d'hydrogène ou un seul atome de chlore ; cette opération ne dégagerait qu'une seule atomicité ; il faudra enlever deux atomes d'hydrogène ou deux atomes de chlore ; l'oxygène possède donc cette propriété qu'un seul de ses atomes se substitue à deux atomes d'hydrogène ou à deux atomes de chlore.

Ces exemples suffisent à montrer comnient, dans la théorie de la constitution atomique de la matière, on rend compte des phénomènes de substitution. Ce que nous avons appelé nombre de valences d'un élénent, c'est le nombre (ïaiomicités que possède l'atome de ce corps élémentaire ; les traits qui, dans nos formules développées , représentaient les valences échangées, représentent en réalité comment se saturent deux à deux les atomicités des divers atomes groupés dans la molécule.

Tout ce que nous venons de dire est très général ; nous avons parlé des atomicités que possède un atome sans préciser la nature intime de ces atomicités; il est, en effet, plus aisé de décrire comment l'Ecole atomistique fait intervenir l'atomicité dans les phénomènes de substitution que de marquer comment elle explique cette propriété singulière de Tatome ; la plupart des chimistes de cette Ecole évitent de se prononcer sur la nature de ce je ne sais quoi qui soude deux atomes l'un à Tautre et qui a,

LA THÉORIE ATOMIQUE. CBITIQUE DE CETTE THÉORIE i/jg

peut-être, le défaut de trop ressembler aux classiques crochets dont Lucrèce armait ses corpuscules.

Quelques physiciens, cependant, n'ont point imité cette prudente réserve et ont tenté de dire en quoi consistait l'atomicité. Le P. A. Leray regarde les atomes comme des polyèdres et l'atomicité qu'ils possèdent ' est en relation avec les facettes qui les terminent. Développant les idées de lord Kelvin, M. J. Thomson admet que les atomes sont des anneaux-tourbillons, nés au sein d'un fluide parfait, Yéther; les nœuds par lesquels ces anneaux peuvent s'enlacer les uns aux autres diffèrent selon la figure, simple ou compliquée, de ces anneaux ; de là les diverses atomicités que peuvent présenter les atomes des éléments chimiques. Toutes ces hypothèses ont un caractère commun et, semble-t-il, inévitable ; c'est à la forme de l'atome qu'elles attribuent l'atomicité.

C'est encore à la forme de l'atome que l'on attribuera le pouvoir rotatoire si l'on veut interpréter la stéréochimie selon les doctrines atomiques : on regardera l'atome de carbone comme ayant la forme tétraédrique ou, tout au moins, comme présentant les mêmes éléments de symétrie qu'un tétraèdre.

Il semble donc que la chimie moderne possède des méthodes sûres et fécondes qui lui permettent d'analyser la structure des molécules chimiques, l'agencement des atomes au sein de ces molécules et la figure même de ces atomes. « C'est la voie dans laquelle la Chimie est entrée , récemment (i), et combien ont été rapides les progrès

(i) Ad, WiJRTz. La Théorie atomique, p. 189.

ifm DE LA nÉVOLlTlOy OHIMJQVE A NOS JOURS

accomplis dans celte direction depuis une vingtaine d'années ! que d'obscurités dissipées dans ce problème ardu de la structure intime des molécules chimiques, problème que Gerhardt avait déclaré inabordable I »

Triomphe prématuré ! Les symboles qu'emploie la Chimie moderne, formule brute, formule développée, formule stéréo-chimique, sont des instruments précieux de classification et de découverte tant qu'on les regarde seulement comme les éléments d'un langage, d'une notation, propre à traduire aux yeux, sous une forme particulièrement saisissante et précise, les notions de composés analogues, de corps dérivés les uns des autres, d'antipodes optiques. Lorqu'on veut, au contraire, les regarder conime un reflet, comme une esquisse de la structure de la molécule, de l'agencement des atomes entre eux, delà figure de chacun d'eux, on se heurte bientôt à d'insolubles contradictions.

Examinons, par exemple, les difficultés auxquelles on se heurte lorsqu'on cherche à substituer à la notion de valence la notion d'atomicité envisagée comme une propriété intrinsèque de l'atome, comme une conséquence de sa figure.

Le nombre de valences que possède un élément donné dans une combinaison donnée est un nombre bien défini ; ainsi le chlore, le brome et l'iode sont univalents dans les acides chlorhydrique, bromhydrique, iodhydrique ; l'oxygène est bivalent dans l'eau ; l'azote est trivalent dans l'ammoniaque ; le carbone est quadri valent dans le méthane. Mais il n'en faut pas conclure que le nombre des valences d'un élément soit un nombre entièrement déterminé.

LA THÉORIE ATOMIQUE. CRITIQUE DE CETTE THÉORIE i5i

d'une manière absolue, abstraction faite de la combinaison dans laquelle cet élément çst engagé et de la manière dont il s'y trouve engagé. Le nombre des valences d'un élément peut varier selon que cet élément fait partie d'une combinaison ou d'une autre ; le carbone, quadrivalent dans le méthane ou le gaz carbonique, est bivalent dans l'oxyde de carbone; l'azote, trivalent dans l'ammoniaque, est quintivalent dans l'iodure d'ammonium. Il y

a plus ; lorsque deux équivalents d'un même élément figurent dans une même combinaison, ils y peuvent figurer avec un nombre de valences différent ; dans l'azotite d'ammonium, l'équivalent d'azote qui provient de l'ammonium est quintivalent et celui qui provient de l'acide nitreux est trivalent ; l'éthylcarbylamine renferme deux équivalents de carbone quadrivalents et un équivalent de carbone qui présente seulement deux valences.

Cette variation du nombre des valences d'un élément avec la combinaison dans laquelle il se trouve engagé est donc un fait indéniable. Elle n'est pas sans embarrasser quelque peu les chimistes qui veulent envisager la valence ou l'atomicité comme une. propriété élémentaire de l'atome.

Prenons, par exemple, l'atome d'azote ; il doit, selon les circonstances, se montrer trivalent ou quintivalent. Quelle que soit donc l'interprétation que .l'on voudra donner de la valence ou atomicité, on devra en tous cas admettre que l'azote présente tout d'abord trois atomicités, que nous nommerons atomicités de premier ordre, et qui sont celles où viennent se fixer les trois atomes d'hydrogène de l'ammoniaque ; puis, qu'il présente deux autres

if,' S'

i5a D£: LA RÉVOLUTION CHIMIQUE A NOS JOURS

atomicités, que nous nommerons atomicités de second

ordre, et qui sont celles où viennent se fixer les éléments

?< de Tacide iodhydrique dans la formation de Tiodure

d'ammonium.

Une atomicité du second ordre de l'atome d azote ne pourra pas être due à la même cause, agissant de la même manière et dans les mêmes proportions, qu'une atomicité du premier ordre. En effet, s'il en était ainsi, si les cinq atomicités étaient absolument identiques entre elles, les raisons de symétrie rendraient absurde l'existence de composés, tels que l'ammoniaque, où trois de ces atomicités seraient satisfaites tandis que les deux autres seraient libres. Nous devons donc admettre qu'entre une atomicité de premier ordre de l'atome d'azote et une atomicité de second ordre du même atome, il existe une différence essentielle, quelles que soient d'ailleurs l'origine et la nature de cette différence.

Or, cette distinction essentielle que nous sommes obligés d'établir entre les atomicités du premier ordre et les atomicités du second ordre, dès là que nous voulons regarder ces atomicités comme des propriétés intrinsèques de l'atorpe d'azote, cette distinction est-elle admissible .^

Prenons de l'éthylamine ; dans ce corps, le groupe éthyle CW est fixé à une atomicité de premier ordre de l'atome d'azote ; combinons cette substance avec de l'acide iodhydrique, dont les éléments iront se fixer aux atomicités de second ordre ; nous obtiendrons Tiodure d'éthylammonium.

Prenons maintenant de l'ammoniaque, dans laquelle les trois atomicités du premier ordre de l'azote sont satu-

[.A THÉORIE ATOMIQUE. CRITIQUE DE CETTE THÉORIE i53

rées par trois atomes d'hydrogène; combinons-la avec riodure d'éthyle ; Tiode va saturer une des atomicités de second ordre et Féthyle se fixera à l'autre ; nous obtiendrons ainsi un corps dont la composition sera la même que celle du précédent.

Ces deux corps, de même composition, sont formés d'une manière différente ; dans l'un, le groupe éthyle est fixé à une atomicité de premier ordre ; dans l'autre, il est fixé à une atomicité de second ordre ; puis donc que ces deux atomicités d'ordre différent ne peuvent être identiques, les deux composés ne peuvent, non plus, êtreidenques ; les deux réactions que nous avons décrites doivent donner deux iodures d'éthylammonium isomères l'un de l'autre.

Or, Texpérience montre que les produits de ces réafctions sont non pas deux isomères différents, mais un seul et même corps.

Les faits de ce genre — et ils sont nombreux — sont difficilement explicables si l'on veut regarder les atomes isolés comme possédant un nombre déterminé d'atomicités, quelle que soit d'ailleurs la propriété de ces atomes par laquelle on cherche a expliquer ces atomicités.

A ces objections, il est vrai, une réponse a été faite,

qu'il nous faut discuter ; elle consiste à nier que le nombre

,des valences d'un élément puisse varier selon le composé

où cet élément se trouve engagé : et voici comment

plusieurs chimistes formulent cette négation :

Le nombre des valences d'un élément donné est rigoureusement invariabler: l'atome d'azote, par exemple, possède toujours cinq atomicités équivalentes entre

i54 DE LA RÉVOLUTION CHIMIQUE À NOS JOURS

elles; ratomc de carbone en possède toujours quatre.

Chacune de ces atomicités peut être saturée par une atomicité empruntée à un autre atome ; ainsi, dans Tiodure d'ammonium, les cinq atomicités de l'atome d'azote sont saturées par cinq atomicités empruntées à quatre atomes d'hydrogène et à un atome d'iode ; dans le gaz carbonique, les quatre atomicités du carbone sont saturées par leur union avec deux atomes diatomiques d'oxygène ; dans ces conditions, l'azote nous apparaît pentatomique, le carbone tétratomique.

Mais une atomicité, appartenant à un atome donné, peut également être saturée par une autre atomicité appartenant au même atome : ces deux atomicités, se saturant Tune l'autre, deviennent inactives dans les diverses réactions auxquelles l'atome prend part, et celui-ci semble offrir deux atomicités de moins qu'il n'en possède en réalité. Par exemple, dans l'ammoniaque, deux atomicités de l'atome d'azote se saturent l'une l'autre et l'atome ne dispose plus que de trois atomicités auxquelles se fixent trois atomes d'hydrogène ; en sorte que, dans l'ammoniaque, l'azote /)ara/7 triatomique. Dans l'oxyde de carbone, deux atomicités de l'atome de carbone s'unissent l'une à l'autre, et l'oxygène ne peut plus saturer que deux atomicités de l'atome de carbone, qui semble diatomique.

Ainsi le nombre de valences d'un élément, fixe en réalité, est variable en apparence ; mais dans ses variations apparentes, il augmente ou diminue toujours de deux ou d'un multiple de deux, en sorte qu'un élément donné présente un nombre apparent de valences qui est variable selon le composé où cet élément se trouve

LÀ THÉORIE ATOMIQUE. CBITIQUE DE CETTE THÉORIE i55

engagé, mais qui est soit toujours pair, soit toujours impair. L'azote. doit, selon ce système, offrir toujours un nombre impair de valences ; le nombre apparent de valences du carbone doit être toujours pair.

Après un examen superficiel du domaine chimique, cette règle semble confirmée par les faits ; « Pour les éléments, dit Wûrtz (i), les changements dans la capacité de saturation, c'est-à-dire la progression de l'atomicité, ont lieu le plus souvent d'après deux modes différents, tantôt suivant la série des nombres pairs, tantôt suivant la série des nombres impairs... Cette distinction entre les éléments d'atpmicité paire et les éléments d'atomicité impaire n'est pas sans importance, au moins pour quelques-uns... Mais il faut ajouter que cette règle souffre des exceptions. »

Quelques-unes de ces exceptions sont des mieux caractérisées.

Les travaux de Marignac ont mis en évidence l'isomorphisme des fluoxytungstates avec les fluotungstates ; or, les premiers composés dérivent des seconds par substitution d'un seul équivalent d'oxygène à un seul équivalent de fluor ; les valences que saturait cet équivalent de fluor avant la substitution, doivent être saturées, après la substitution, par l'équivalent d'oxygènô ; comment concilier cette proposition incontestable avec l'hypothèse précédente qui attribue au fluor un nombre de valences toujours impair et à l'oxygène un nombre de valences toujours pair ?

(i) Ad. WiJRTz. La Théorie atomique, p. i86.

i56 DE LA nÉVOLVTÏOy CHI}nQlE A \0S JOURS

D'accord avec toutes les analogies chimiques, la loi d'Avogadro et d'Ampère exige que Ton attribue à T oxyde azotique la formule AzO ; un seul équivalent d'azote y est uni à un seul équivalent d'oxygène; forcément, dans ce composé, le nombre apparent de valences est le même pour l'azote et l'oxygène ; or, l'hypothèse précédente exigerait que l'azote ait un nombre impair et l'oxygène un nombre pair de valences.

On pourrait multiplier les exemples de composés qui échappent à la règle en discussion : «Le chlore (t), quadrivalent dans le peroyxde ClO^, est quintivalent dans l'acide chlorique CIO'(OH). Le manganèse, bivalent dans MnCP et dans MnO, sexvalent dans le manganate de potassium MnO^(OK)^, est septivalent dans le permanganate MnO^(OK). Le tungstène, quintivalent dans le pentachlorure WCP, est sexvalent dans l'hexachlorure WCP. L'uranium, bivalent dans le bichlorure UCP, est trivalent dans le chlorure d'uranyle UOCl, quintivalent dans le pentachlorure UCP. Le vanadium, trivalent dans le trichlorure VaCl^, est quadrivalent dans le bichlorure de vanadyle VaOCP et quintivalent dans le trichlorure de vanadyle VaOCP. »

La théorie selon laquelle chaque atome possède des atomicités en nombre invariable, mais capables de se saturer entre elles, est donc en désaccord flagrant avec les faits.

Ainsi, la notation chimique moderne, fondée sur la notion de valence, et si improprement nommée notation atomique, se montre admirable instrument de classifica-

(i) Ad. WiJRTz. La Théorie atomique, p. i88.