HYPOTHÈSE DES ATOMES

Elle donne une explication satisfaisante des faits relatifs aux proportions définies et aux proportions multiples.

Esprit élevé, Dalton ne s'arrêta pas aux faits, mais chercha à en rendre compte par une conception ihéorique. Keprenanl l'idée de Leucippe et le mol d'Épicure, il supposa que la matière pondérable était formée de particules indivisibles qu'il nomma atomes. A celte notion ancienne et v;igue il donna un sens précis, en admettant, d'une part, que les atomes de chaque espèce de matière, de chaque corps simple, possèdent un poids invariable, et, de l'autre, que la combinaison entre diverses espèces de matière résulte de la juxtaposition de leurs atomes. Telle est l'hypothèse alomistique que nous avons indiquée, en substance, en traitant des phénomènes chimiques à un point de vue général (p. 8). Elle a permis de donner une interprètalion aussi simple que rationnelle des lois de composition des corps, el elle a établi entre ces lois un lien théorique solide. En effet, si la combinaison entre les corps lésulte de la juxtaposition de leurs atomes, ceux-ci étant considérés comme indivisibles et comme possédant un poids invariable pour chaque espèce de matière, il est clair que les combinaisons ne peuvent s'effectuer qu'en progorlions définies, car ces proportions définies représentent les rapports invariables entre les poids des atomes qui se juxlapoj sent. Si, d'un autre côté, un corps peut se combiner avec un autre [ en plusieurs proportions, de telles combinaisons ne peuvent s'ef- 'Idctuer que par la juxtaposition de 1, de 2, de 5, de 4, etc., atomes de l'un des corps à un ou plusieurs atomes de l'autre. 11 en résulte évidemment que, le poids de ce dernier corps étant constant, les ! poids de l'autre, dans les diverses combinaisons, doivent être mul- I tiples l'un de l'autre.

I Une hypothèse qui donne une explication si précise et si simple Ides faits relatifs aux proportions déiinies et aux proportions mul- I tiples est, à coup sûr, digne d'attention. Elle acquiert une portée ! plus grande encore et s'élève au rang d'une théorie lorsqu'à ces faits [elle parvient à en rattacher d'autres, complètement différents des premiers, mais non moins importants.

les gaz se combinent suivant des rapports volumétriques simples. — Relation qui existe entre les densités des gaz et leurs poids atomiques et moléculaires. — Volumes égaux des gaz ou des vapeuis renferment le même nombre de molécules. — Les poids relatifs des molécules sont donnés par les doubles densités rapportées à l'hydrogène.

Parmi ces nouveaux faits il convient de signaler d'abord ceux qui ont été découverts par Gay-Lussac, de 1805 à 1808. Ils sont relatifs aux volumes des gaz qui se combinent.

Expérience. Nous avons introduit dans ce tube {fig. G), renverse sur la cuve à mercure, 10 centim. cubes d'hydrogène et 5 centim

cubes d'oxygène. Le mélange gazeux occupe la partie supérieure du tube, qui est ur eiidiomètre. Son extrémil( supérieure livre passage i une petite tige de fer, arron die en boule à chacun d( ses bouts, et dont la parti( moyenne est mastiquée lier métiquement dans l'épaisseur du verre. Une^utre tig( de fer traverse horizontalement la paroi du tube, à uik petite dislance de l'extrémili supérieure, de telle sorte qu»

le bout intérieur de cetfi seconde tige vienne se place en face, à une petite dislano du bout inférieur de la tig supérieure et verticale. Un petite chaînette de fer s'al tache au bout extérieur d la lige horizontale et vient plonger dans le mercure de la cuve Les choses étant ainsi disposées, je ferme l'extrémité inférieinde l'eudiométre à l'aide d'une vis en fer, puis j'approche di l)Outon supérieur le plateau charijé d'un électrophore ou le bouloi

'une bouteille de Leyde. A l'instant une étincelle éclate dans eudiomètre, entre les bouts intérieurs des deux tiges de fer, et on voit une vive lueur traverser tout l'espace occupé par le méjnge. La combinaison des deux gaz s'est effectuée avec producion de chaleur lumineuse. De l'eau s'est formée et s'est conlensôe en gouttelettes qu'il est impossible d'apercevoir. Si nous uvrons l'eudiomètre, en enlevant la vis qui le ferme sous le nercure, nous verrons le métal se précipiter jusqu'au sommet l remplir tout l'espace primitivement occupé par l'hydrogène et lar l'oxygène. Ceux-ci se sont donc combinés exactement dans le apport de 10 volumes du premier à 5 volumes du second, ou plus implement de 2 volumes à 1 volume.

Si maintenant nous entourions le tube eudiométrique d'un manhon de verre et que nous remplissions celui-ci d'huile chauffée à 20°, la chaleur communiquée à l'eudiomètre suffirait pour réduire :n vapeur leau condensée sous forme liquide, et nous pourrions onstater, toutes corrections faites, que la vapeur occupe exactenent un volume égal à 10 centimètres cubes, c'est-à-dire un voume égal à celui de l'hydrogène employé.

Des faits ainsi établis nous tirons cette conséquence que 2 vol.

hydrogène se combinent exactement avec 1 vol. d'oxygène, en brmant 2 vol. de vapeur d'eau.

Ainsi on constate un r.ipport simple, non-seulement entre les 'olumes des gaz hydrogène et oxygène qui se combinent, mais de )lus entre le volume de la vapeur d'eau formée et la somme des relûmes des g;iz composants. 5 volumes de ces derniers se réduisent ixactement à 2 par l'elfet de la combinaison.

Des faits analogues ont été découverts pour d'autres gaz, comme e prouvent les exemples suivants :

2 Tol. d'azote + 1 vol. oxygène = 2 vol. gaz proloxyde d'azote. 2 Tol. de chlore -+- 1 vol. oxygène = 2 vol. gaz hypochloreux

Dans d'autres cas, la combinaison de deux gaz détermine une :ontraclion plus forte et le volume initial est réduit de moitié. Ainsi

1 Yol. d'azote + 3 vol. hydrogêne = 2 vol. gaz ammoninc.

Enfin, lorsque deux gaz s'unissent à volumes égaux, leur combinaison s'effectue en général sans contraction ; en d'autres termes.

le volume du gaz qui résulte de la combinaison est égal à la somme des volumes des gaz composants. Ainsi :

t vol. d'azote + 1 vol oxygène = 2 vol. bioxyde d'azote. 1 vol. de chlore -+- 1 vol. hydrogêne = 2 vol. gaz chlorhydrique.

De l'ensemble de ces faits on peut donc tirer ces conclusion! générales :

i. Qu'il existe un rapport simple entre les volumes des gaz qui se combinent ;

2. Qu'il existe un rapport simple entre la somme des volume; des gaz composants et le volume du gaz qui résulte de la combinaison.

Ces lois ont été signalées par Gay-Lussac, qui y a attaché sor nom. Leur porlée est immense; elles ont ajouté un développemeni important à la lliéorie atomique. Le voici :

Si les proportions définies, en poîds, suivant lesquelles les corpi se combinent, représentent, d'après Dalton, les poids relatifs d( leurs atomes, il est naturel de penser que les proportions définie: et simples en volumes, suivant lesquelles les gaz se combineni d'après Gay-Lussac, représentent les uo/wmes qu'occupent les atomes Sous le même volume les gaz renfermeraient donc le même nombn d'atomes. Ampère l'a fait remarquer, s'appuyant sur cette considé ration importante que les gaz se dilatent ou se compriment à pei de chose près de la même manière lorsqu'on les soumet aux mêmei variations de température et de pression. Dans de certaines limites celte proposition est encore vraie aujourd'liui ; elle s'applique, ei effi't, à un grand nombre de gaz simples. Mais si les volumes égam de ces gaz (mesurés, bien entendu, dans des conditions identiques d( température et de pression) renferment le même nombre d'atomes il est clair que les poids de ces volumes égaux doivent représenter les poids des atomes. En d'autres termes, les poids atomique; des gaz simples dont il s'agit doivent être proportionnels aux densités.

Les densités des gaz et des vapeurs représentent les poids d« ces gaz ou de ces vapeurs, comparés à celui d'un égal volume d'air Pour les déterminer, on pèse un certain volume d'un gaz donnt et on divise ce poids par celui d'un égal volume d'air pris dans le; mêmes conditions de température et de pression. L'air est donc l'unité à lafjuelle on rapporte généralement les densités des cor])s

gazeux. Rapportons ces densités à celle de l'hydrogène {*), que lous prendrons pour unité, et nous trouverons que, dans ce cas, es mêmes nombres expriment, à peu de chose près, les densités ît les poids atomiques, l'unité à laquelle on rapporte les densités, ;'est-à-dire l'Iiydrogène, étant la même que l'unité à laquelle on rapporte les poids atomiques. Les chiffres inscrits au tableau suirant démontrent qu'il en est ainsi.

NOMS

DKS CORPS SIMPLES.

Hydrogène

Oxygène

Azote

Soufre (densité prise à 1000*)

Chlore

Brome , . . . .

Iode

DENSITE!)

DE: CiZ OC DES

VAPEORS

OEXSITÉS nAPPORTÉES

POIDS

rapportées * l'air.

l'htorogène.

ATOMICOBS.

li.o

iM

On voit par ce tableau que si l'on rapporte la densité des gaz à celle de l'hydrogène prise pour unité, si d'autre part on compare les poids de leurs atomes à celui de l'hydrogène pris pour unité, les mêmes chiffres, à peu de chose près, expriment et les densités et les poids atomiques. Ajoutons que pour tous les corps simples pris à l'état de gaz ou de vapeur, on constate, sinon l'égalité, au moins un rapport simple entre les densités rapportées à l'hydrogène et le poids atomique. Ces relations remarquables ont été découvertes par Gay-Lussac.

Mais poursuivons.

Volumes égaux des gaz simples énumérés plus haut renferment un égal nombre d'atomes. Deux volumes d'hydrogène renferment donc deux fois plus d'atomes qu'un volume d'oxygène, et lorsque ces deux gaz se combinent dans le rapport de 2 volumes du premier à 1 volume du second, il faut nécessairement admettre que

(*) Pour cela il suffit de multiplier les densités des gaz rapportées à l'air par 7-Tw,7T^ = 14,41 qui est le rapport de la densité de l'air à celle de l'hydrogène.

chaque atome d'oxygène trouve à se combiner et se combine en effet avec 2 atomes d'hydrogène. Nous dirons donc que l'eau est formée de 2 atomes d'hydrogène et de 1 atome d'oxygène. Ces trois atomes, ainsi unis, constituent la plus petite quantité d"eau qui puisse exister à l'état libre. C'est ce qu'on nomme une molécule d'eau.

Mais quel est le volume qu'occupe cette molécule ? L'expérience nous l'apprend. Nous avons vu, en effet, que 2 volumes d'hydrogène, en se combinant avec 1 volume d'oxygène, donnent 2 volumes de vapeur d'eau. Une molécule d'eau occupe donc, à l'état de vapeur, 2 volumes, si 1 atome d'hydrogène occupe 1 volume, et si I atome d'oxygène occupe 1 volume. On le voit, les volumes représentent les alomes : et les poids relatifs de volumes égaux, c'està-dire les densités, représentent les poids des atomes.

Considérons maintenant un autre gaz composé, le gaz ammoniac, formé dhydrogéne et d'azote. Une expérience très-simple va nous apprendre en quelle proportion les atomes de ces corps y sont unis et quel est le volume qu'occupe la combinaison, si on le compare aux volumes des gaz composants.

Expérience. J'introduis 100 volumes de gaz ammoniac dans ce tube [fig. 7) renversé sur une petite cuve à mercure et dont les parois sont

Fis. 7.

traversées, à la partie supérieure, par deux fds de platine qui s'arrêtent dans l'intérieur du tube à une petite distance l'un de l'autre. J'attache à ces doux fils de platine les extrémités des deux fils conducteurs d'une bobine de lîuhmkorlf, je fais passer le courant et je vois une série d'étincelles électriques éclater dans le tube entre les

■miles (les fils de plaline, au milieu du gaz ammoniac Celui-ci lamédialemeiU décomposé et le niveau du mercure s'abaisse dans e tube. Lorsque l'expérience sera terminée, je pourrai constater que le volume du gaz aura doublé. Au lieu de 100 volumes, j'ai maintenant 200 volumes, les gaz étant mesurés dans les mêmes conditions de température et de pression. Je pourrai contater de plus (*) que ces 500 volumes de gaz résultant de la décomposition de 100 volumes d'ammoniaque, sont formés de 150 volumes d'hydrogène et de 50 volumes d'azote. Ces 150 volumes d'hydrogène et ces 50 volumes d'azote sont condensés, par l'effet de leur combinaison, en 100 volumes de gaz ammoniac. En d'autres termes, 5 volumes d'hydrogène et 1 volume d'azote sont combinés ensemble dans 2 volumes d'ammoniaque. Et comme les volumes représentent les atomes, nous pourrons dire que 5 atomes d'hydrogène sont unis à 1 atome d'azote dans l'ammoniaque. Mais la quantité d'ammoniaque qui renferme 1 atome d'azote et 5 atomes d'hydrogène est la plus petite quantilé d'ammoniaque qui puisse exister. C'est une molécule d'ammoniaque, et celte molécule occupe 2 volumes, si 1 atome d'azote ou 1 atome d'hydrogène occupent 1 volume.

Voici donc un autre gaz composé, le gaz ammoniac, dont la molécule occupe 2 volumes, comme celle de l'eau. Il en est ainsi pour tous les gaz. Tous les atomes qui se sont unis entre eux pour constituer la molécule d'un gaz ou d'une vapeur, y sont condensés de telle sorte que la molécule occupe le même volume que la molécule de vapeur d'eau, que la molécule d'ammoniaque.

Nous dirons donc, avec le chimiste italien Avogadro, que les gaz, à volumes égaux, renferment le même nombre de molécules, et que chacune de ces molécules occupe 2 volumes, si un atome d'hydrogène occupe un volume. 11 en résulte que le poids de 2 volumes d'un gaz composé représente le poids de sa molécule, le poids de 1 volume d'hydrogène étant 1. Mais le poids de 2 volumes d'un gaz ou d'une vapeur n'est autre chose que sa double densité rapportée à l'hydrogène ; car la den^ité est le poids de 1 volume comparé au poids de 1 volume d'hydrogène. Pour trouver le poids de la molécule (le poids de 2 volumes) d'un gaz ou d'une vapeur, il suffit donc de multiplier par 2 sa densité rapportée à l'hydrogène (poids de 1 volume).

n A l'aide d'un procédé analytique qui sera indiqué plus tard.

Généralement, les densités des gaz et des vapeurs sont rapportées à celles de l'air. Pour trouver les densités par rapport à l'hydrogène, on multiplie les premières par le rapport de la densité de l'hydrogène à celle de l'air = ^7^0^= 14,44. Le produit ainsi obtenu exprime la densité par rapport à l'hydrogène, c'est-à-dire le poids de 1 volume. Pour trouver le poids de 2 volumes, c'est-à-dire le poids moléculaire, il suffit donc de multiplier les densités rapjiortées à l'air par 2 lois le rapport de la densité de l'air à celle de l'hydrogène, c'est-à-dire par le facteur constant

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On le voit, si les poids atomiques de certains gaz simples peuvent être déduits de la comparaison de leurs densités, cette même donnée physique peut aussi servir à la détermination des poids moléculaires des gaz composés.

En résumé, les nombres qui représentent les doubles densités des gaz ou des vapeurs, rapportées à l'hydrogène, expriment aussi les poids moléculaires de ces gaz ou de ces vapeurs, c'est-à-dire le poids de tous les atomes qui composent cette molécule,, celui d'un atome d'hydrogène étant 1.

Reprenons les exemples qui nous sont déjà familiers et déduisons les poids moléculaires de l'eau et de l'ammoniaque de la densité de la vapeur d'eau et de la densité du gaz ammoniac.

La densité de la vapeur d'eau, déterminée par Gay-Lussac, est égale à 0,6255. Pour trouver le poids moléculaire de l'eau, il suffit de multiplier ce chiffre par 28,88. Le produite 18 exprime le poids d'une molécule d'eau, qui est formée, en effet, de

2 atomes d'iiydrogéne . . = 2

1 atome d'oxygène =16

1 molécule d'eau =18

II. Davy a trouvé, pour la densité du gaz ammoniac, le chiffre 0,5901. Celui-ci étant multiplié par 28,88, le produit 17,04 doit représenter le poids d'une molécule d'ammoniaque. En effet, l'ammoniaque est formée de

3 atomes d'hydrogène = 3

1 atome d'azote =14

1 molécule d'ammoniar^uc =17

LOI DES CnALEURS SPÉCIFIQUES. 51

r.n résumé, la docouverle des lois qui règlent les combinaisons en volumes des gaz entre eux, a secondé de la manière la plus eflicnce les progrès de la théorie atomique.

En premier lieu, elle a établi une distinction marquée entre la noiion de l'équivalent et celle de l'atome. Les équivalents représentent les proportions pondérables suivant lesquelles les corps se combinent ; les poids atomiques représentent les poids relatifs des volumes des gaz qui entrent en combinaison. L'équivalent de l'hydrogène, c'est l'unité de poids de l'hydrogène, et à cette unité sont rapportés les poids des autres corps tels qu'ils entrent en combinaison. Le poids atomique de l'hydrogène, c'est le poids de 1 volume d'hydrogène, pris pour unité, et à cette unité sont rapportés les poids atomiques des autres corps.

En second lieu, la découverte de Gay-Lussac a montré le parti qu'on pouvait tirer de la détermination des densités des gaz et des vapeurs, pour la fixation des poids atomiques des corps simples et des poids moléculaires des corps composés.

Mais cette ressource serait insuffisante dans un grand nombre de cas. Elle ne s'applique, en effet, qu'aux corps gazeux ou à ceux qu'on peut réduire en vapeurs, dans des conditions convenables. ( Jr il existe une foule de matières qui ne sont point dans ce cas, et Ion rencontrerait, pour la détermination des poids atomiques de certains éléments, des difficultés sérieuses, si l'on ne pouvait invoquer une loi physique, découverte par deux savants français, Dulong et Petit. Elle a trait aux relations qui existent entre les chaleurs spécifiques et les poids atomiques.