L'atlraction mutuelle des molécules des liquides

Cherchons maintenant à prouver l'attraction moléculaire dans les liquides.

Voici une expérience de M. Dupré^de Rennes), qui ne peut laisser aucun doute.

Une tige de cuivre a une de ses extrémités recour-

Fijï. .1. — Expérience do M.DujU'é.

bée, et introduite dans un petit trou, au bout d'une lame de cuivre (fig. 4). La tige étant appuyée sur la lame, on verse sur l'une et l'autre de Teau de savon; puis on écarte la tige, en la faisant pivoter autour

de la pointe recourbée ; on voit une nappe liquide s'étaler en éventail entre la tige et la lame, On abandonne ensuite la tige à elle-même, et elle revient s'appliquer contre la lame, comme si la nappe liquide était un ressort tendu. Il y a donc dans le liquide une contractililé propre, que l'on a pu mesurer, et qui nous révèle l'attraction mutuelle des molécules du liquide. Le liquide employé dans l'expérience précédente a une très-grande viscosité, qui permet d'exagérer la grandeur des effets, afin qu'on puisse les mesurer facilement. Mais le même phénomène se manifeste quel que soit le liquide. D'après M. Dupré, l'attraction mutuelle de deux portrons d'une même masse d'eau, situées de part et d'autre d'une section plane, est de 7 000 kilogrammes par centimètre carré ; ce qui équivaut à une pression environ 7 000 fois plus grande que celle de Tatmosphère. Ce résultat a été obtenu à laide de calculs mathématiques et ne pourrait être déduit directement de l'observation; mais si les données expérimentales sur lesquelles on s'appuie ont le même degré d'exactitude que les lois de Kepler, les nombres trouvés par iM. Dupré sont aussi acceptables que ceux qui ont été trouvés par les astronomes pour les dimensions el les distances des planètes. Il en est de même des conséquences que le même auteur a déduites de ses formules, concernant le nombre des molécules qui se trouvent dans un volume déterminé. Le savant professeur de Rennes a calculé que, dans un cube d'eav\ ^>j;!àxvV

pour côté 1 millième de millimètre, il y a beaucoup plus de 125 000 millions de molécules ^

m. L'attraction mutuelle des molécules des solides.— Cristallisation.

Lorsque l'eau se refroidit suffisamment, en hiver, des aiguilles de glace apparaissent à sa surface ; elles se rassemblent peu à peu et forment des glaçons, dont la merveilleuse structure nous est révélée par un grand nombre d'expériences*. La plupart des liquides peuvent cristalliser comme Peau par le refroidissement. Parmi les exemples remarquables du passage de Tétat liquide à Pétat solide, je citerai le suivant, que nous devons à M. Gernez, et qui me servira à démontrer que les molécules sont soumises à une attraction mutuelle, analogue à Tattraclion newtonienne.

Faites fondre avec une petite quantité d'eau de l'acétate de soude; puis laissez la liqueur se refroidir, en évitant qu'il reste sur les parois du vase la moindre parcelle de la substance solide. Lorsque la liqueur est revenue à la température ordinaire, versez-en une large goutte sur une plaque de verre. Touchez ensuite le centre de la goutte avec une aiguille portant à son extrémité une parcelle d'acétate de soude solide. Immédiatement la goutte se solidifie autour du point de contact, et vous voyez

* Annaîôs de chimie et de physique^ iv« série, t. YII. "^.La Chaleur (Bibliothèque des merveilles).

L'ATTRACTION MOLECULAIRE 35

des rayons de substance solidifiée s'étendre rapidement dans tous les sens, jusqu'au bord de la goutte. Ces rayons sont formés par de petits cristaux disposés en files régulières, et l'aspect nacré de la. surface solidifiée indique une orientation particulière de ces cristaux.

Analysons ce phénomène. Dès qu une parcelle de cristal a touché le liquide, ses molécules se sont précipitées sur cette parcelle ; un certain nombre de petits cristaux se sont formés autour de ce centre d'attraction. Puis chaque cristal est devenu à son tour un nouveau centre, vers lequel se sont précipitées d'autres molécules, et ainsi de suite; la précipitation s'est opérée de proche en proche.

Il semble que la nature soit ainsi prise sur le fait, au moment où elle accomplit son travail, et que nous ayons déchiré le voile qui dérobait habituellement ce travail à nos regards. Chaque jour de semblables travaux se font autour de nous, suivant la même loi, avec la même perfection ; mais le plus souvent nous ne pouvons admirer que l'œuvre achevée, et la loi qui a présidé à Tédification de cette œuvre nous échappe. Quelquefois seulement, et souvent par un effet du hasard, les circonstances qui accompagnent les opérations de la nature se simplifient et il nous est donné d'en contempler les beautés. L'observateur attentif reçoit alors une excitation salutaire qui fortifie dans son âme le goût de la recherche ; non content d'avoir entrevu une vérité nouvelle, il multiplie les eicçèY*\ewç,^^^ ^\

soumet à mille épreuves les raisonnements que lui a suggérés sa découverte, jusqu'à ce que la loi soupçonnée soit nettement et définitivement formulée.

Nous venons d'assister à la cristallisation d'un corps et nous savons que les molécules se sont précipitées les unes sur les autres, comme les corps terrestres se précipitent sur le sol, lorsqu'ils obéissent à la pesanteur. Si cette analogie est exacte, nous pouvons en poursuivre les conséquences, et chercher si elles se vérifient.

Or un corps qui tombe sur le sol, et qui ne rebondit pas s'échauffe toujours. Par exemple, une balle de plomb qui tomberait d'une hauteur de 1 275 mètres serait porlée, en choquant le sol et perdant brusquement sa vitesse, à la température de Teau bouillante. Voilà un fait d'expérience sur lequel nous reviendrons plus tard. Eh bien I lorsque les molécules d'acétate de soude se rassemblent en cristaux, ne doivent-elles pas aussi perdre de la vitesse, et créer de la chaleur.

Ce résultat du raisonnement est très-exact. Prenons la liqueur qui a servi à notre expérience, et touchons-la avec une parcelle d'acétate de soude solide ; les cristaux vont se former comme précédemment ; le liquide se transformera rapidement en une masse blanche et compacte, et nous reconnaîtrons au simple toucher que cette masse s'est échauffée d'elle-même. Avec un thermomètre, nous observerions une élévation de température

de 30® environ. Noire prévision était donc juste. Tous les fails observés conduisent à admettre une attraction moléculaire analogue à l'atlraction universelle. Elle existe dans tous les corps, gazeux, liquides, solides, et elle concourt avec d'autres forces, telles que la chaleur, à grouper les molécules suivant des lois déterminées. Mais si le génie de Newton a su trouver une expression mathématique de l'attraction universelle, il n'en est pas de même de l'attraction moléculaire, et la loi du mouvement des molécules n'est pas encore établie définitivement. Tout porte à penser que les données expérimentales seront un jour utilisées par quelque nouveau génie, qui fondera une mécanique moléculaii e, de même que Newton a fondé une mécanique céleste. Jusque-là la science doit multiplier les observations précises, comparer entre eux les faits connus, et bannir tout ce qui serait conjectural et hypothétique relativement à la cause intime de l'attraction.

IV. Exemples divers d'attraction moléculaire. — Absorption des gaz

par les solides.

Les phénomènes qui s'opèrent entre les molécules semblables d'un corps ne sont pas les seuls qui dépendent de la force qui nous occupe. On étudie encore en physique l'adhérence de deux corps différents, soit solides, soit liquides, adhérence qui

se manifeste lorsqu'il n'y a pas d'air interposé entre les deux corps.

Le contact d'un liquide et d'un solide donne lieu à cette sorte d'effet. L'eau attire le verre qu'elle mouille, et celle action a tous les caractères de l'al- Iraclion moléculaire. C'est en vertu de l'action réciproque des molécules de l'eau et de leur action

sur celles du verre, que ce liquide s'élève dans un tube capillaire, et que sa surface pren^ une forme concave (fig. 5). Ce sont les lois de ce phénomène qui expliquent l'ascension de l'eau dans un morceau de sucre et dans les corps poreux.

Les gaz présentent des exemples frappants de

L'ATTRACTION »OLËCULAIEtB 3U

l'attraction mutuelle des molécules de substances différentes. Us adhèrent très-facilement à la surface des solides, et s'y déposent en couche mince, dans laquelle la pression est supérieure à la pression atmosphérique. Ces effets sont souvent intenses avec les corps poreux, et des circonstances particulières les accompagnent.

Dans une éprouvetle qui contient du gaz ammo-

niac sur la cuve à mercure (fig. 6), vous introduisez un fragment de charbon, préalablement rougi au feu, afin que l'air soit chassé do ses pores. Immédiatement, le gaz est absorbé ; le volume de gaz ainsi condensé dans les pores du charbon est 90 fois celui de ce dernier. Si l'on essayait de réduire le gaz à un aussi petit volume, en le comprimant par les moyens ordinaires, on le liquéfierait. H faut conclure de là que le charbon opère cette liquéfaction, et, à l'appui de cette conjecture, on a i-emar-

que que les gaz les plus facilement liquéfiables sont aussi les plus absorbables.

L'absorption des gaz par les solides est un fait plus général qu'on pourrait le croire, et, chaque jour, de nouveaux exemples sont découverts. Les métaux les plus compactes en apparence présentent eux-mêmes cette propriété.

Un fragment de platine est chauffé au rouge; on le laisse refroidir au milieu de gaz hydrogène, puis on le place dans un tube de porcelaine fortement chauffé, et on fait le vide; le platine dégage alors de rhydrogène. Le volume de gaz dégagé est le même, lorsque le fragment* métallique a la forme d'un fil très-allongé ou une autre forme quelconque. Donc le gaz n'est pas retenu simplement à la surface ; il pénètre dans l'intérieur du platine. M. Graham, qui s'est livré en Angleterre à ce genre de recherches, a vu le platine chauffé au rouge absorber 15 fois §on volume d'hydrogène à la température de l'expérience. Si l'on suppose que les pores du métal occupent un espace total qui soit la millième partie du volume apparent, l'absorption ferait passer l'hydrogène du volume qu'il occupait sous la pression d'une atmosphère à un volume 15000 fois moindre, et, par conséquent, si l'hydrogène absorbé était gazeux, sa pression serait d'environ 15000 atmosphères. Quelle que soit rincer! itude du nombre que nous avons pris pour mesurer l'espace occupé par les pores, il est certain qu'il n'est pas exagéré, et que l'hydrogène ne pour-

rait rester gazeux dans ces pores sans y posséder une force élastique énorme. Bien que l'on n'ait pas encore réussi à liquéfier l'hydrogène, tout porte à croire que cette liquéfaction est opérée par le platine dans les expériences qui précèdent, à une pression inférieure à celle que nous \enons d'évaluer, et que le phénomène de l'absorption de l'hydrogène par le platine est le même que celui de l'absorption du gaz ammoniac par le charbon.

M. Graham a observé de la même manière l'absorption de l'hydrogène par le cuivre, l'or, l'argent, le fer, le palladium. Ce dernier métal a un pouvoir absorbant beaucoup plus considérable que celui des autres métaux : on Ta vu absorber 600 fois son volume d'hydrogène, après avoir été chauffé seulement vers 100*". D'autres gaz ont été soumis aux mêmes opérations, et les résultats ont été semblables : le fer, par exemple, absorbe très-facilement l'oxyde de carbone, fait très-important pour la théorie de la fabrication de l'acier, qui, comme on le sait, est du fer combiné avec une petite quantité de carbone.

Parmi les curieux phénomènes qui sont dus à l'attraction des gaz par les solides, je citerai encore une expérience faite par M. Waidele, en Autriche. Une plaque d'argent poli, telle que celles qu'on emploie pour le daguerréotype, est immergée pendant quelque temps dans le gaz hydrogène. On promène i ensuite sur sa surface un morceau d'épongé de platline, préalablement chauffé, pour qu'il n'y ait pas

d'hydrogène dans ses pores. Enfin, on insuffle l'haleine, et on voit apparaître la ligne suivie par l'éponge avec un teinte bleue, tandis que le reste de la plaque présente une teinte brune. On peut ainsi faire apparaître un dessin invisible par TinsuiBation de l'haleine.

On voit aisément, d'après ce qui précède, quelle est l'explication de celte expérience. La plaque était recouverte d'un vernis de gaz hydrogène ; l'éponge de platine, absorbant vivement ce gaz, a enlevé le vernis aux points touchés, et la vapeur d'eau de l'haleine s'est déposée plus abondamment sur ces points que sur les autres. Les images de Moser, bien connues en physique, sont dues à des actions du même genre.

Nous avons dit que la chute d'un corps sur le sol, la précipitation des molécules pendant la cristallisation, produisaient de la chaleur ; nous devons nous demander si la précipitation des molécules d'une substance sur celle d'une substance différente ne produit pas aussi de la chaleur. La vérification de cette prévision confirmera l'opinion que nous avons émise, concernant la cause de l'adhérence. Les gaz se prêtent très -bien à cette vérification.

Lorsqu'on dirige un jet d'hydrogène sur un morceau d'épongé de platine, celui ci se trouve rapidement chaulfé au rouge, de sorte qu'il enflamme le jet de gaz, comme le ferait une allumette en ignition. On a construit depuis longtemps, d'après a* principe, le briquet à hydrogène (fig. 7), Quand on

L'ATTRACrlON HOLÉCULAIRE 43

ouvre le robinet, le gaz contenu dans la cloche centrale s'élance sur le platine et prend feu ; le jeu du robinet fait en même temps mouvoir, au moyen d'un mécanisme convenable, une petite lampe dont la mèche va s'allumer dans la flammedugaz. L*eau acidulée s'élève dans la cloche, baigne le zinc qui

Briquet i hidrogène.

s'y trouve suspendu et dégage du gaz. Quand on ferme le robinet, la lampe revient à sa première position : la pression du gaz fait baisser le niveau de l'eau ; le zinc se trouve bientôt au-dessus du niveau, et le dégagement d'hydrogène s'arrête. L'appareil est prêl pour une nouvelle opération.

L'attraction entre les molécules de substances différentes s'observe encore dans les phénomènes

44 LES FORCSE PHYSIQUES

de dissolution. Un grand nombre de substances solides, telles que le sucre, le sel, disparaissent quand on les plonge dans l'eau ; on dit qu'elles se dissolvent. Leurs molécules sont séparées les unes des autres, malgré leur attraction mutuelle, comme si celles de l'eau exerçaient sur elles une attraction prépondérante.

Deux liquides différents peuvent aussi se mêler intimement, lorsqu'ils sont juxtaposés, et on appelle diffusion ce phénomène. Tout le monde a vu une couche de vin rouge surnager au-dessus d'une couche d'eau . Le mélange s'opère lentement, les molécules d'eau s'élevant peu à peu à travers le vin, tandis que celles du vin descendent, et, au bout d'un certain temps, Feau est rougie dans toute son étendue ; les deux liqueurs sont parfaitement mêlées. La pesanteur n'est pas la cause de cette diffusion, car elle tend à placer, au contraire, celui des deux liquides qui est le moins dense, le vin, au-dessus de Tautre ; elle s'oppose donc à la diffusion, au lieu de la favoriser.

On peut répéter une expérience analogue à la précédente en se servant d'eau tenant en dissolution des corps solides, tels que les sels, le sucre, ou encore d'acides sulfurique, chlorhydrique, etc. Comme ces liquides sont plus denses que l'eau pure, on les met au fond du vase et on verse l'eau pure à leur surface avec précaution. Au bout d'un temps plus ou moins long, on trouve que le mélange est complet; c'est par ce temps qu'on appré-

cie le pouvoir diffusif des diverses substances.

M. Graham a reconnu que les substances crislallisables se diffusent le mieux, et que les substances gélatineuses se diffusent très-peu. Ces dernières sont aussi perméables que Teau pure aux substances diffusibles, mais elles sont imperméables, aux autres substances. Ainsi placez au fond d'un vase un mélangeî de gomme et de sucre dissous dans Peau; recouvrez-le d'une couche de gelée quelconque, et immergez le tout dans l'eau pure : au bout de quelque temps vous trouverez que le sucre, très-diffusible, s'est disséminé dans toute la masse; il a donc traversé la couche de gelée; la gomme, au contraire, non diffusible, est restée au fond du vase; elle na pas traversé la gelée.

Tous ces phénomènes ont pour cause une action particulière, qui s'exerce entre les molécules des liquides mis en présence et qui est attractive. Cette action est intense avec les corps diffusifs, et faible avec les autres; mais elle est due à une même force.

On peut obtenir avec les liquides et les gaz les mêmes effets qu'avec les solides et les liquides. Un liquide peut dissoudre certains gaz ; par exemple, l'eau de Seltz est une dissolution de gaz acide car- 4)onique dans l'eau ; l'eau ordinaire tient en dissolution les gaz de l'atmosphère, et c'est la présence de ces gaz qui permet aux animaux aquatiques de respirer.

4t) LES KORCES PHYSIQUES

La diffusion peut aussi s'opérer entre deux gni. On superpose deux ballons de verre, munis de robinets (fig. 8), Le ballon supérieur contient de l'hydrogène; l'autre, de l'acide carbonique; lorsque les robinets sont ouverts, les gaz se mêlent peu à peu,

bien que l'hydrogène soit beaucoup plus léger que l'acide carbonique. L'attraction mutuelle des molécules gazeuses est donc démontrée.

Il s'est fait, depuis quelques années, de grands progrès en pliysique au sujet du genre d'actions qui

L'ATTRACTION SOLÉCULAIItE 47

nous occupe, et ils ont été suivis d'applications industrielles importantes. Il est probable qu'ils contribueront à l'établissemenl de la mécanique moléculaire, parce qu'ils nous fournissent quelques données numériques dont la précision est sans doute suffisante. Essayons de donner un aperçu de ces progrès.

Vers 1826, Uulrochet a fait en France la découverte de l'endosmose; voici son expérience fondamentale. Un flacon, ayant pour fond une membrane de vessie, est fermé par un bouchon que traverse un tube de verre (fig.

9). n contient une solution saline dont le niveau s'élève dans le tube. On plonge ce .

flacon dans l'eau pure. Au bout de quelque temps , :

la diffusion s'est effectuée entre les deux liquides, comme si l'eau pure avail été simplement versée avec précaution au-dessus de la solution saline; mais, en outre, le mélange est achevé beaucoup plus tôt, et le niveau du liquide s'est élevé dans le tube, indiquant qu'il y a eu deux mouvements d'inégales vitesses, l'un amenant l'eau pure dans le flacon.

l'autre portant le sel dans l'eau extérieure ; c'est le mouvement de l'eau qui était le plus rapide. La membrane ne laissait passer ni l'un ni l'autre des liquides par filtralion, quand il ne la touchait que d'un seul côté.

Nous retrouvons ici l'action mutuelle de deui substances, cause de la diffusion; nous avons de plus une action particulière de la membrane, c'est-à-dire une action des molécules du solide sur celles des liquides, laquelle n'a pas la même intensité dans les deux sens et favorise la difTusion.

Depuis la découverte de Dutrochet, de nombreuses expériences ont été faites sur diverses membranes et sur divers liquides, et M. Dubrunfaut a doté l'industrie des sucres d'un remarquable procédé d'épuration qu'on appelle V osmose . La mélasse de betterave est un mélange de sucre cristallisable et de plusieurs sels organiques et minéraux dissous ; lorsqu'elle est placée dans le flacon de l'appareil de Dutrochet, et que ce flacon est immergé dans l'eau pure, les sels passent dans celte eau, à travers la membrane, beaucoup plus rapidement que le sucre, tandis que l'eau pénètre dans le flacon, et, au bout de quelque temps, la solution de sucre est débarrassée de ces sels et peut donner du sucre pur par cristallisation. De grands appareils industriels ont été construits d'après ce principe, dans lesquels la membrane de vessie est remplacée par du papier modifié par l'acide sulfurique, qu'on appelle papier parcherm.

Une autre application de l'endosmose est la séfwi-

ration des substances qui sont mélangées dans une solution, opération que M. Graham a appelée dialyse J^e mélange étant mis dans le flacon de l'appareil de Dutrochet,* les substances qui ont le plus grand pouvoir diffusif traversent la membrane plus rapidement que les autres, et se concentrent dans l'eau extérieure. Par exemple, il est très-facile de séparer l'acide arsénieux d'un mélange quelconque à l'aide de cette méthode.

Il est essentiel de remarquer que l'action de la membrane avec le phénomène de l'endosmose ne suit pas les lois des actions capillaires, au moins celles qui sont connues aujourd'hui. L'endosmose est insignifiante quand on remplace la membrane par des tampons de plâtre, de charbon, d'argile non cuite.

Des phénomènes analogues à* l'endosmose ont été observés avec les gaz. Dès 1777, le célèbre chimiste anglais Priestley observait le passage des gaz à travers les parois des vases de terre non vernissés. Plus tard on fit des expériences sur le passage de l'hydrogène à travers les enveloppes des petits ballons de caoutchouc. C'est M. Graham qui a trouvé la plupart des lois que nous possédons sur ce sujet, et bien que ces lois ne s'appliquent pas à l'endosmose des liquides, l'analogie entre ces deux sortes d'endosmose est assez grande pour qu'on les attribue à la même cause. M. Graham a même opéré la dialyse des gaz, en se servant d'une cloison de graphite comprimé, semblable à celui qui sert à la fabrication des crayons.

Si nous nous rappelons le pouvoir absorbant des métaux chauffés pour les gaz, nous coiujevrons aisément la variété des expériences auxquelles peut donner lieu l'endosmose àes gaz. Voici par exemple une élégante expérience de M. H. Sainte- Claire Deville.

On dispose deux tubes concentriques, de manière que de l'hydrogène puisse être dégagé dans le tube intérieur, qui est en terre poreuse, et de l'acide carbonique dans l'intervalle des deux lubes (fig. 10). L'hydrogène passant d* abord seul dans le tube central, on l'enflamme à la sortie, puis on ouvre un robinet qui amène rapidement le gaz carbonique ; immédiatement la flamme se raccourcit, indiquant que l'acide carbonique a traversé la paroi de terre poreuse, et est venu se mêler à Tliydrogène. En môme temps le jet d'acide carbonique qui sort de l'espace annulaire peut être enflammé, ce qui prouve qu'il est mêlé d'une grande quantité d'hydrogène. Au bout de quelque temps la première flamme s'éteint, la proportion de gaz carbonique mêlée à l'hydrogène étant trop considérable. Il y avait donc deux courants contraires à travers les pores du tube, l'un amenant l'acide carbonique à l'intérieur, l'autre, plus rapide, entraînant l'hydrogène dans l'espace annulaire. Ce sont justement là les effets de l'endosmose.

La diffusion des gaz rend sensible la porosité des corps auxquels on refuse habituellement cette propriété. Ainsi en prenant dans l'appareil précédent

L'ATTRACTION MOLÉCULAlItl': 51

un tube central en acier et un tube extérieur en porcelaine, et portant ces tubes à une haute température, MM. H. Sainte-Claire Deville et Troost ont réalisé avec l'hydrogène et Tazote une expérience analogue à la précédente. L'acier fortement chauffé se comporte donc comme un corps poreux.

La force de diffusion à travers les corps poreux peut être considérable, et cela est prouvé par une remarquable expérience de M. Cailletet. On passe au laminoir un canon de fusil, et on obtient ainsi un tube plat dont on ferme hermétiquement les extrémités : ce tube est ensuite placé dans une forge à réchauffer. Les gaz du foyer pénètrent alors dans l'intérieur du tube, s'y accumulent et acquièrent une pression capable d'écarter les parois, et de faire reprendre au tube la forme cylindrique. Cette observation explique les soufflures des grosses pièces de fer qui produisent un jet de gaz combustible quand on les perce.

YI. L'affinité chimique. Les atomes et les molécules.

Dans les phénomènes moléculaires que nous avons considérés jusqu'à présent, les molécules changent seulement de position, et conservent leur caractères essentiels, distinctifs pour chaque substance. Ces phénomènes se produisent suivant les mêmes lois, bien qu'avec des intensités différentes, quelles que soient les substances mises eiv e\^fe-

riencc. Ils constituent des propriétés générales des corps, et leur étude appartient à la physique proprement dile.

Les corps subissent dans certaines circonstances des modifications d'un autre genre, qui sont caractéristiques pour chaque substance, et qu'on étudie en chimie. On appelle substances composées celles qui peuvent être séparées en éléments, doués de propriétés distinctes, et constituées par la réunion de ces mêmes éléments. Ainsi Teau est une substance composée d'hydrogène et d'oxygène, substances que nous ne connaissons qu'à Pétat de gaz, mais qu'il est impossible de confondre l'une avec l'autre. 9 grammes d'eau peuvent se séparer en 8 grammes d'oxygène et 1 gramme d'hydrogène, et vice versa on peut réunir les mêmes poids de ces gaz et transformer le mélange en eau, dont le poids est 9 grammes. Un caractère essentiel d'une substance composée, c'est la constance des proportions pondérales de ses éléments.

Il résulte de notre manière de concevoir la molécule de l'eau, que nous devons la regarder comme l'assemblage de molécules d'oxygèneet d'hydrogène, dans des proportions fixes et déterminées. Nous connaissons ces propositions par un genre d'expérience qu'on appelle l'analyse chimique, et quelle que soit la configuration de la molécule de l'eau, nous pouvons affirmer, comme une vérité d'observation, que les molécules de l'oxygène formant la molécule de l'eau ont un poids total qui

L'ATJRACTIOÎS' MOLÉCULAIRE 55

est 8 fois celui des molécules de 1 hydrogène.

On appelle substances simples celles qui ne peuvent être séparées en éléments distincts : ainsi rhydrogène et Toxygène sont des substances simples, dans l'état actuel de la science. Cette restriction est importante, car il peut arriver que la découverte d'un procédé nouveau de séparation change cette opinion, et il y a plusieurs exemples de substances qui ont été pendant longtemps réputées simples, et qui sont composées, comme on l'a reconnu plus tard.

La divisibilité de la molécule en molécules élémentaires conduit à distinguer les molécules physiques et les molécules chimiques. Les premières sont semblables entre elles dans la même substance; les secondes sont dissemblables dans les substances composées : mais il n'y a pas de raison pour qu*on n'admette pas la divisibilité de la molécule physique dans les substances simples; seulement les molécules chimiques qui la composent sont semblables. Les molécules physiques sont comme des éléments de premier ordre, et les molécules chimiques comme des éléments de deuxième ordre. Il convient d'employer deux mots différents pour désigner ces deux ordres d'éléments. Nous appellerons simphement molécules les premiers, et atomes les seconds.

Par. exemple, une molécule d'eau sera un assemblage déterminé d'atomes d'hydrogène et d'atomes d'oxygène ; la molécule d'hydrogène sera un assem-

m LES FORCES PHYSIQUES

blage d'atomes d'hydrogène. Dans l'état actuel de la science, nous ne connaissons que les proportions pondérales de l'hydrogène et de l'oxygène qui composent la molécule d'eau. Nous ignorons le nombre des atomes, de même que celui des molécules qui se trouvent dans une portion donnée de l'étendue; nous pouvons seulement conjecturer que leur nombre est considérable. Quant à la figure des atomes, celte question n'est aulre que le problème de l'essence môme de la matière, et il ne peut être résolu à l'aide des sciences d'observation seules; les données de ce problème doivent être complétées par celles que fournit la philosophie. Au contraire, les molécules, étant des assemblages d'atomes, sont figurables, et leur figure résulte de la disposition des atomes, considérés comme de simples points mathémaliques. Il est impossible de connaître leur forme exacte ; nous ne pouvons que faire des hypothèses, lesquelles seront admissibles si toutes leurs conséquences sont conformes aux lois observées, par exemple aux lois de la cristallisation. 11 est en effet évident que la forme géométrique d'un cristal a une relation mathématique avec la forme de la molécule, puisque le cristal est un assemblage de molécules juxtaposées dans un ordre régulier.

La cause de l'union des atomes différents, pour former les substances composées, est appelée affinité par les chimistes ; mais elle a tous lea caractères de l'attraction moléculaire.

Les combinaisons chimiques sont accompagnées

de chafeur et souvent de lumière. Nous nous en servons pour le chauffage et l'éclairage. La combustion du charbon n'est que le résultat de l'attraction réciproque des atomes du carbone et de ceux de l'oxygène atmosphérique. Celle de l'huile, de la bougie, du gaz de la houille, est le résultat de l'attraction atomique de ce même oxygène, et du carbone ou de l'hydrogène contenus dans les molécules de ces substances. Ces dernières combustions sont plus complexes que la première, puisque les molécules de l'huile, de la bougie, du gaz de la houille, sont d'abord séparées les unes des autres, puis décomposées en leurs éléments simples, tandis que la combustion du charbon n'est précédée que par la séparation des molécules du carbone.

Les réactions chimiques offrent des exemples de la transmission du travail. En se représentant les atomes comme des masses soumises à des forces analogues à la force newtonienne, qui agissent, les unes comme puissances, les autres comme résistances, on conçoit que des travaux moteurs et des travaux résistants s'accomplissent dans les corps. Lorsque les premiers sont supérieurs aux derniers, les atomes acquièrent une vitesse, en vertu de laquelle ils se précipitent les uns sur les autres, et quand ils perdent leurs vitesses, ils créent de la chaleur, comme fait un corps qui vient choquer la terre.

Pour que celte conception, actuellement conjecturale, donne lieu à une véritable théorie, il î^vsi

5g LES FORCES PHYSIQUES

que les lois de l'altraction atomique et moléculaire soient formulées mathématiquement , et qu'on puisse calculer l'action mutuelle de deux atomes, ou de deux molécules, connaissant leurs masses et leurs distances, comme on sait le faire pour les corps célestes.

Parmi les découvertes récentes, une des plus importantes est celle de la dmociation,(iue nous de-

Kif. 11. — .Appareil pour la dis^clalion de l'eau.

vons à M. II. Sainte-Claire Deville. On connaissait depuis longtemps plusieurs exemples de substances subissant une décomposition chimique partielle i diverses températures. M. Grovc avait observé un dégagement d'iiydrogène etd'oxygénc, en plongeant dans l'eau une masse de platine incandescente- Cette expérience est très-facile à faire de la manière suivante : un til de platine est tendu au milieu dt l'eau, à l'aide de deux tiges de cuivre (fig. U ). On

L'ATTRACTION MOLECULAIRE 59

attache à ces tiges les conducteurs d'une pile voltaïque, de manière que le fil de platine soit chauffé par le courant électrique. On voit alors de petites bulles de gaz se former sur le fil et s'en détacher successivement ; en les recueillant, on constate qu'elles sont formées par un mélange de gaz oxygène et hydrogène. En éclairant le fil avec une forte lumière et disposant de l'autre côté une lentille et un écran blanc, on obtient sur cet écran l'image très-agrandie du fil et des bulles, ce qui donne une belle expérience par projection.

M. Devillea fait une étude attentive de ce genre de décomposition, et il a reconnu qu'elle offre la plus grande analogie avec Tévaporation des liquides.

On sait qu'un liquide placé dans un espace clos produit des vapeurs, qui résultent de la séparation des molécules superficielles du liquide ; ces vapeurs se répandent peu à peu dans tout l'espace, et acquièrent une tension ou force élastique, qui est déterminée par la température de l'expérience. Alors les molécules liquides cessent de se séparer ; révaporation s'arrête : il est évident que c'est la vapeur formée qui fait obstacle. Plus la température est élevée, plus la quantité de liquide vaporisé est considérable, et enfin, à une température assez élevée, tout le liquide se réduit en vapeur ; la pression est alors beaucoup plus grande qu'auparavant.

Il y a dans cette opération deux actions contraire^-.

Tune, qui réside dans le liquide, tend à séparer les molécules; l'autre, qui réside dans la vapeur, s'oppose à cette séparation.

Outre ces actions physiques, il y aurait des actions chimiques suivant la même loi, lorsque le liquide est une substance composée. Aune température quelconque, il y aurait dans l'eau, par exemple, une tendance à la séparation des atomes d'hydrogène et d'oxygène, et une décomposition' superficielle ; puis les gaz mis en liberté, acquérant une certaine tension ou force élastique, s'opposeraient à ce que la décomposition continuât, et un certain état d'équilibre s'établirait. Plus la température est élevée, plus la quantité d'eau décomposée serait considérable , et enfin à une température asso élevée, toute l'eau serait décomposée. La tension des gaz mis en liberté croîtrait rapidement avec la température.

A côté d'un phénomène quelconque de vaporisation, il y aurait ainsi, d'après M.Deville,un phénonomène analogue de dissociation. A l'ébuUition if l'eau sous la pression ordinaire, qui se fait à 100*, correspondrait la dissociation totale du même liquide sous la même pression, laquelle se ferait à 2 500'' environ. A la condensation partielle de la vapeur d'eau par le refroidissement, correspondrait la réunion partielle des atomes d'oxygène et d'hydrogène dans un mélange de ces gaz qu'on refroidit.

On conçoit l'importance de la nouvelle voie ou-

L'ATTRACTION MOLÉCULAIRE Cl

fi 1

lii,;

Il !..

ar ridée de la dissociation dans le domaine lécanique moléculaire, et déjà elle a conduit ès-belles expériences. Je citerai une de celles Deville, qui est pleine d'originalité et féconde eignements.

ibe de laiton est disposé dans Taxe d'un tube celaine fortement chauffé (fig. 12); un couipide d'eau froide traverse le tube de laiton, êche sa température de s'élever au-dessus , malgré l'énorme température du tube de line. Un courant lent de gaz oxyde de car- 'averse l'espace annulaire compris entre les ubes et se rend ensuite dans une solution de î. Au bout de quelques heures, on laisse re- Tappareil, on le démonte, et voici ce qu*on î. La partie inférieure du tube de laiton est te de noir de fumée ; la solution de potasse it de l'acide carbonique.

. l'explication de ces effets. Concevons les les d'oxyde de carbone qui viennent toucher ►i inférieure, chauffée au rouge blanc, du porcelaine. Elles sont dissociées ; c'est-à-dire nés de carbone et d'oxygène qui les composéparent.

i sortes d'actions chimiques pourraient avoir î carbone et l'oxygène devenus libres pourin refroidissant plus tard se réunir de nout reformer des molécules d'oxyde de cara dissociation serait ainsi temporaire et ne it aucune trace visible. Ou bien, l'oxygène

6i LES FORCES PHYSIQUES

libre, rencontrant l'oxyde de carbone non décomposé dans certaines régions moins chaudes, mais non assez froides , se combinerait avec lui ; les atomes de l'oxygène se précipiteraient sur les molécules d'oxyde de carbone, et les transformeraient en molécules d'acide carbonique ; dans ce cas des atomes de carbone restés libres pourraient se déposer, en constituant des molécules de charbon : ce serait le résultat qui a été observé. Ou bien enfin, ce carbone rencontrant quelque part à une température convenable l'acide carbonique, le décomposerait et produirait la réaction suivante : les atomes du carbone s'unissant à une partie des atomes d'oxygène contenus dans l'acide formeraient des molécules d'oxyde de carbone, et le reste des atomes de l'acide formerait aussi de l'oxyde do carbone; finalement la dissociation aurait été suivie de la reformation de Toxyde de carbone et ne laisserait aucune trace visible.

La première et la troisième des opérations que nous venons de décrire doivent s'accomplir dans l'expérience de M. Deville; mais, grâce à l'ingénieuse disposition de l'appareil, la seconde opération a pu s'accomplir aussi, et voilà comment la dissociation nous est révélée.

Les molécules d'oxyde de carbone situées dans la partie inférieure du tube de porcelaine se sont rapidement élevées après leur décomposition, parce qu'elles ont perdu de la densité ; les atomes de carbone ont alors rencontré la surface inférieure du

• * L'ATTRACTION MOLÉCULAIRE (i5

tube de laiton ; brusquement refroidis, ils se sont précipités les uns sur les autres, et ont formé les molécules de noir de fumée ; de là le dépôt observé sur le tube. Quant à l'oxygène, il à subi en continuant sa roule, entraîné parle courant d'oxyde de carbone, la transformation en acide carbonique. L'artifice consiste à refroidir brusquement les produits de la dissociation pour les empêcher d'entrer dans de nouvelles combinaisons. C'est la difficulté de séparer ces produits qui a empêché jusqu'à présent les chimistes d'observer ces phénomènes, et tout porte à croire que dans la suite on les reconnaîtra dans une foule de circonstances.

Vlll. Analogie de Tatlraction moléculaire et de la gravilalion

universelle.

La relation qui existe entre la dissociation et la vaporisation a pour conséquence évidente une relation entre leurs causes. Au lieu de regarder l'affinité comme une force particulière, ayant des lois spéciales, il est plus simple de chercher à la déduire de l'attraction plus générale qui s'exerce entre deux masses très-petites, très-voisines l'une de l'autre. Tous les phénomènes moléculaires paraissent aujourd'hui dus à une même cause ; cette cause a un caractère analogue à celui de la gravitation; elle a pour effet une attraction

tj

m LES FORCES PHYSIQUES * •

muluelle, qui a toujours la même valeur pour deux masses données, placées à la même dislance l'une de l'autre. On peut donc dire que J'attraction moléculaire est une force d'intensité invariable.

L'affinité ne dépend pas, il est vrai, des masses atomiques seules et de leurs distances ; elle dépend encore de la nature des corps, de sorte qu'un atome d'Hydrogène, par exemple, n'attire pas également une masse donnée d'oxygène ou de chlore. Il y a donc une différence notable entre la loi d'attraction physique et la loi d'attraction | chimique. Mais tout porte à croire que le dernier genre d'attraction moléculaire résulte de rintervention d'une autre force, qui est sans doute l'Électricité ; une telle force jointe à la force newtonienne ne pourrait-elle pas expliquer l'affinité?

Le jour où l'on pourra calculer la valeur de l'attraction moléculaire à l'aide de la masse et de la vitesse des molécules , comme on sait le faire pour les corps célestes, l'œuvre de Nenvton aura été complétée. Il est probable qu'une même formule servira au calcul de l'action mutuelle de deux astres, aussi bien qu'à celui de ractioii mutuelle de deux molécules , et , grâce à une telle synthèse, il sera donné à l'homme de voir l'intérieur des corps, comme il voit aujourd'hui les profondeurs de l'univers. Sans doute cette vue sera bien incomplète; des ombres épaisses cou-

L'ATTRACTION MOLECULAIRE 67

vriront toujours un grand nombre de points du tableau ; mais quelle que soit l'audace des entreprises humaines, avouons humblement qu'il ne nous appartient pas de jouir en ce monde de toutes les splendeurs de la création.