ROTATION DU PLAN DE POLARISATION PAR LE MAGNÉTISME

Le phénomène de Faraday. — Appareil de Ruhmkorff. — Gomment il peut fournir des mesures précises. — La rotation est de même sens que les courants d'Ampère. — Elle croit proportionnellement au nombre des trajets. — La rotation proportionnelle à l'action magnétique. — Mesure de cette action. — Gomment on la rend constante. — La rotation proportionnelle à la composante de Faction magnétique. — Substances routoires négatives. — Gomment la détermination de l'azimut où l'effet est nul , si précise en lumière, Test très-peu en chaleur. — Méthode des observations rectangulaires. —Comment on la dirige pour mesurer les faibles différences que présentent , pour certaines radiations, les rotations calorifiques et lumineuses. — Cause de ces différences. — Rotation du plan de polarisation de la chaleur solaire par le magnétisme.

§ 551. — Phénomène de Faraday. — Appareil de Ruhmkorff.

Jusqu'en i845 les essais entrepris pour faire réagir l'un sur l'autre le magnétisme et la lumière avaient échoué. Faraday, le premier, dans une expérience mémorable , a réussi à mettre aux prises ces deux agents. Elle consiste à faire passer près des pôles d'un aimant, daus une direction qui ne soit pas normale à la ligne qui les joint, un rayon polarisé. Si, dans ces parages (car l'action n'est pas immédiate et elle réclame cet auxiliaire) il se trouve une substance diaphane , le plan de polarisation tourne, dans un sens qui paraît indépendant de la substance et d'une quantité qui varie au contraire singulièrement avec elle. Le corps le plus énergique est jusqu'à présent un. certain borosilicate de plomb très-dense et très-réfringent que ce grand pbysicien avait découvert antérieurement.

Sans nous arrêter aux appareils plus ou moins avantageux à l'aide desquels a été d'abord faite puis répétée l'expérience de Faraday, nous décrirons de suite celui auquel ont abouti des améliorations successives. Il comprend (fig. 264) un puissant électro-aimant formé de deux cylindres de fer doux percés suivant leurs axes d'un* canal

étroit qui livre passage à la lumière, et rendus magnétiquement solidaires par trois plaques de fer. Les deux premières QQf, RR' en forme d'équcrre tiennent par leurs branches verticales aux bases extérieures des cylindres et par leurs branches horizontales à la troisième plaque SS' qui est droite. Cette dernière jonction n'est pas immuable, mais confiée à des écrous que Ton peut desserrer de manière à pouvoir établir, entre les pôles P, F, telle distance qu'il plaira. On peut visser contre les bases intérieures des cylindres deux armatures également percées, dont la forme a une influence considérable sur l'énergie et sur la distribution des forces magnétiques dans les régions polaires. C'est entre elles que, porté par un support spécial, se place le corps diaphane. On voit donc que dans cet appareil le rayon chemine suivant la direction la plus avantageuse,' à savoir la ligne des pôles, et que les pôles de l'aimant, amenés par les courbures des plaques, l'un vis-à-vis l'autre, concourent tous deux au phénomène. Comme le renversement des pôles change le sens de la rotation (§ 552), on voit encore qu'on pourra s'affranchir du zéro et faire porter la mesure sur le double de la rotation. Aussi l'appareil comprend-]} un commutateur qui dans les expériences de précision doit renverser le courant sans en interrompre la circulation si l'on veut éviter dans la pile des variations qui porteraient atteinte a l'égalité des deux rotations successives et contraires. Enfin l'appareil est complété par Un polarisaleur p (c'est un ni col appliqué à l'extrémité antérieure de l'électro-aimant), et par un polariscope. Ce dernier consiste dans un prisme biréfringent achromatisé dont on ne garde que l'image incolore et qui est installé avec une petite lunette, et à une distance convenable de l'aimant, au centre d'un limbe donnant la minute.

On saura que, même avec des piles énergiques, les rotations dépassent difficilement 10 à i5 degrés : il en résulte, et la condamnation de l'emploi du verre rouge, et la possibilité d'employer avec avantage le trait solaire. Eu effet) II. ?3

les rotations des diverses couleurs se trouvant ici distancées à peu près comme dans le quartz, la rotation du rouge est la moindre et serait trop faible ; voilà pour le premier point. Quant au second, le faible éparpillement que subissent, pour des rotations aussi restreintes, les plans de polarisation des diverses couleurs rend très-obscur le minimum fourni par la lumière blanche. Le seul moyen d'y discerner la teinte sensible et de profiter de la précision qu'elle donne au pointé consiste à prendre une lumière très- vive. Quoiqu'une dissolution de sulfate de cuivre dans le carbonate d'ammoniaque ait le double avantage d'être monochromatique (elle donne un indigo très-voisin de la raie G) et de donner des rotations presque doubles de celles de la teinte de passage, cette dernière a cependant paru à M. Verdet fournir des mesures plus précises.

§652. — Loi qui donne le sens de la rotation. — Amplification par les réflexions multiples.

La rotation est de même sens que le courant qui, suivant Ampère, s'établirait sous l'action de l'électro-aimant dans un fer doux mis à la place de la substance. Elle a donc lieu dans un sens absolu qui ne dépend ni de la face par laquelle entre la lumière, ni de la position de l'observateur qui regarde à l'autre bout, mais seulement du sens de ces courants. Il en résulte que si l'on ramène, par une réflexion sur un miroir, le rayon à travers la substance, la rotation doublera, et que si on l'y promène un plus grand nombre de fois, la rotation sera proportionnelle au nombre des trajets. Les travaux de M. Jamin ont rendu familier aux physiciens le dispositif qui produira ce ballottement. 11 suffira d'étamer les deux faces du corps, en y réservant, aux bouts opposés, deux places libres , /, /' (fîg* a65) , pour l'admission et la sortie du faisceau. Le nombre des réflexions dépendra de l'obliquité qu'on donnera à ces faces sur le trait solaire. Seulement, comme les deux trajets de la lumière ne seront plus dans le prolongement l'un de l'autre, il faudra, et la

POLARISATION ROTATOl HE. —SYNTHÈSE. 35$

rainure exigée pour le glissement (les <£crous le permet, déplacer un peu transversalement le deuxième cylindre.

L'accroissement d'épaisseur du corps est un moyen assez imparfait d'amplifier les rotations. En effet l'insertion d'un corps plus épais force à éloigner les pôles et à renoncer partiellement aux accroissements d'énergie qui résultent de leur réaction mutuelle. De plus, les distances qui existent entre les diverses parties d'un corps plus épais et au moins l'un des pôles sont moins avantageuses qu'avec un corps mince. Il faut donc voir dans le ballottement du rayon l'artifice amplificateur par excellence. Avec lui, la rotation grandit sans que les conditions dans lesquelles est parcouru le chemin plus long se détériorent. Il y a plus, si le corps est doué d'un pouvoir rotateur ordinaire, comme les effets d'allée et de retour se détruisent pour ce genre de rotations (§ 623), on les éliminera radicalement si le nombre des* trajets est pair. Le seul inconvénient que peut offrir ce moyen consiste, quand on opère sur les liquides, dans l'affaiblissement du rayon transmis. Avec les solides, trop souvent accessibles a des effets de trempe, on garde en outre celui qui résulte des longs trajets. C'est peut-être là le motif qui a fait jttsqu ici délaisser cet aTtifice si simple; ainsi M. Verdet , dans d'importants travaux, s'est contenté de rotations médiocres et a seulement mis tous ses soins à les mesurer avec précision .

§ 553. — Loi de M. Verdet. — Champ magnétique d'intensité constante. — Méthode de M. Verdet.

Ici, comme en polarisation rotatoirc ordinaire, la rotation observée est la somme des rotations dues aux diverses tranebcs du corps. Mais il y a cette différence que ces rotations élémentaires ne sont plus nécessairement égales. La rotation d'une tràncbe dépend et de sa distance aux pôles et de leur énergie magnétique. Or la distribution du magnétisme, si compliquée et si peu connue, rendrait la recberebe de ces deux lois partielles singulièrement épii>cuse>, si on avait à la tenter. M. Verdet a remarqué qu'il

35G CIIAP1TRK XX

était possible de se tirer d'affaire par une seule élu Je, à savoir celle du rapport qui existe entre la rotation de la tranche et l'action magnétique résultante exercée au lieu qu'elle occupe. Car si l'on trouvait la relation de proportionnalité, les lois élémentaires qui régissent l'action magnétique exercée par un centre magnétique sur un point placé à une certaine distance de ce centre, lois parfaitement connues on le sait, deviendraient applicables à la rotation. 11 fallait donc pouvoir mesurer cette action résultante en un point délerminédu champ magnétique.

Les pôles de l'él ectro- aimant sont si puissants cl les distances mises en jeu si petites, que la méthode ordinaire fondée sur la mesure des oscillations d'une petite aiguille ne peut plus inspirer de confiance. M. Verdet a fait appel à l'induction , comme il suit :

Qu'on imagine une petite bobine susceptible de tourner autour d'un de ses diamètres que nous supposerons perpendiculaire à la direction de Faction magnétique. Unissons les extrémités du fil de la bobine à celles d'un galvanomètre, de manière à nous donner un circuit fermé. En tournant la bobine d'un certain angle, de 90 degrés par exemple, on obtient un courant induit. Eh bien, ce courant total, somme des courants partiels dus aux diverses portions du mouvement total, est proportionnel à Faction magnétique. Maintenant, si le mouvement de la bobine s'effectue trèsrapidement et si le galvanomètre satisfait à certaines conditions, on trouve que Tare d'impulsion est proportionnel à ce courant induit, et, par conséquent, à l'action magnétique.

Nous pouvons donc mesurer l'action magnétique par la déviation initiale de l'aiguille galvanométrique. Mais si nous ne rendons pas cette action constante pour les diverses tranches du corps, nous n'aurons abouti qu'à une méthode fastidieuse, car il faudra faire, en quelque sorte, autant de mesures qu'il y aura de tranches, en transportant tour à tour cette bobine, qui devra être très-petite, dans les régions

P0LAIUS.IT10N UOTATOI11Ë--S1NTI1Î&B. 357

quelles occupent. Veut-on employer une bobine un peu grande et se tirer d'alfaire par une seule mesure, il faut, et celte précaution complète la méthode suivie par M. Verdet, il faut, dis-jc, se procurer ce que Faraday appelle un champ magnétique d'égale intensité.

On y arrive on donnant aux cylindres de fer doux qui arment les pèles, de grandes dimensions. Avec deux cylindres de 5o millimètres de hauteur sur i4<> de diamètre (c'est le diamètre des bobines), tant que la distance des faces terminales n'est ni trop petite ni trop grande, qu'elle ne tombe pas au-dessous de 5o millimètres et n'excède pas 90 millimètres, une substance rota loi re, une bobine d'essai placées dans l'espace intermédiaire y déterminent Tune la même rotation, l'autre la même impulsion de l'aiguille, quelle que soit leur position, pourvu qu'elles ne soient pas extrêmement voisines de Tune ou de l'autre armature.

Les expériences auront donc le caractère suivant. S'étant donné par le choix de la distance qui sépare les armatures, et par l'emploi d'une pile plus ou moins énergique, un champ magnétique doué d'une certaine intensité : i° on amène la bobine au centre du champ, on la tourne de yo degrés, d'abord dans un sens, puis dans l'autre, et l!on prend la moyenne des deux déviations généralement peu différentes fournies par le galvanomètre; 2° on abaisse la bobine de manière à lui substituer, sur le trajet du faisceau, la substance, qui , dans ce but, repose au-dessus d'elle sur le même support, et Ton détermine les deux azimuts, qui donnent la teinte sensible, et avec le courant direct et avec le courant inverse; leur différence est le double de la rotation: 3° on soulève la bobine de manière à pouvoir répéter les deux mesures de 1 intensité et à s'assurer qu'elle n'a pas > arié pendant la durée de l'expérience (*). Si l'on répète ces

( " ) Les deux précautions suivantes amenaient un rapide amortissement du mouvement oscillatoire, et abrégeaient singulièrement la durée des expériences; :° à l'intérieur du cadre eu laiton du galvanomètre se trouvait uo autre endre en cuivre rouge épais de 1 centimètre ; i° on avait creusé le barreau de manière à diminuer beaucoup son moment d'inertie sans altérer sensiblement son moment magnétique.

déterminations sur la même substance en variant par l'un des deux moyens précités l'intensité du champ, on trouve (les expériences ont été faites avec les trois corps suivants, le verre pesant, le flint ordinaire et le sulfure de carbone) que le quotient de la déviation par la rotation est constant. Ainsi la rotation est proportionnelle à V action magnétique, et la loi élémentaire du phénomène peut se formuler comme il suit : Le pouvoir rotatoire développé par V action d'un centre magnétique , dans une tranche infiniment mince d 'une substance monoréfringente > varie en raison directe de la quantité de magnétisme accumulé en ce centre, et en raison inverse du carré de la distance.

§ 554. — I*oi île la dégradation de la rotation avec l'obliquité

du trajet.

La rotation est maxima quand le trait solaire et le trajet dans la substance ont la direction des forces magnétiques, elle devient nulle quand ces directions sont à angle droit. M. Verdet s'est proposé de trouver comment elle variait entre ces deux cas extrêmes.

Après avoir essayé sans succès de laisser la substance entre les surfaces polaires, il lui fallut revenir au dispositif adopté d'abord par Faraday, dans lequel on dispose la substance et Ton fait passer le rayon, un peu à côté ou un peu au- dessus des extrémités polaires de l' électro-aimant, dont les deux cylindres redeviennent verticaux. Il s'agissait alors d'obtenir un champ magnétique d'égale intensité, qui ne fût plus comme le précédent restreint à l'espace compris entre les armatures, mais qui les débordât assez pour s'étendre jusqu'au corps transparent. Deux certaines arma* tures rectangulaires convenablement espacées ont amené ce résultat, ainsi que l'ont attesté et les mesures de rotation et l'emploi de la bobine. Les autres modifications apportées au précédent appareil ont été les suivantes.

Devenu indépendant du polarisateur, F électro-aimant pouvait tourner autour d'un axe vertical, entraînant avec lui deux limbes concentriques à cet axe. L'un d'eux, c'était l'extérieur, était divisé; l'autre portait les verniers et pou-

vait en outre, quand on le désirait, tourner daus son propre plan* C'était sur lui que, butée contre un talon, reposait la substance. On prenait pour point de départ la position où le trait solaire coïncidait avec l'axe de figure de l'aimant, on mesurait la rotation; puis on tournait ce dernier d'un angle quelconque. L'angle ainsi introduit entre l'axe de figure et le trait solaire était égal au nombre de divisions qui passaient le long d'un repère fixe. On ramenait alors la substance sur la direction du trait solaire en mouvant son limbe en sens contraire du précédent mouvement et d'une quantité qui lui était égale, et l'on procédait encore à la mesure de la rotation. Il est résulté de ces mesures que la rotation du plan de palettisation était proportionnelle au cosinus de V angle compris entre la direction du rayon de lumière et celle de faction magnétique y ou> en d'autres termes , à la composante de T action magnétique parallèle à la direction du faisceau lumineux. On s'était d'ailleurs assuré, à l'aide d'une lumière simple, que le phénomène consistait toujours en une rotation .

La rotation du plan de polarisation est proportionnelle à l'épaisseur de la substance quand elle réside dans un champ magnétique d'intensité constante: il s'ensuit qu'on doit attribuer cette rotation à une inégalité de vitesse contractée au sein de la substance par les deux circulaires du rectiligne employé. Soient f, v* ces vitesses, les formules du chapitre XVII seront applicables , et l'on aura-, entre ces vitesses ou leur différence â X V et la rotation a, la relation.

qu'on peut employer à déterminer à et qui permet de substituer aux rotations dans les précédents théorèmes, les différences de vitesse survenues.

Deux mots encore sur cette rotation trouvée par Faradays et si bien étudiée par M. Verdet. Certaines substances dissoutes dans l'eau diminuent son pouvoir rota toi re. Si , dans certains cas, il faut n'y voir qu'un résultat du pouvoir rela-

36o CHAPITRE XX

tivement faible de la substance dissoute, qu'un eflet de mélange de corps qui exercent des rotations inégales et de même sens, il parait que dans d'autres il faut accorder à la substance un pouvoir rota toi re inverse ou négatif. Ainsi , d'après M. Verdct, 8 grammes de percblorure de fer cristallisé dissous dans 32 d'éther donnent une solution qui dévie le plan de polarisation en sens inverse de Féther seul, c'està-dire en sens contraire des courants d'Ampère. Depuis que ces lignes sont écrites, le remarquable travail de M. Verdet a paru in extenso. J'y vois qu'en substituant l'esprit de bois à Féther, ce qui procure les avantages suivants : pouvoir positif insignifiant dans le menstrue; plus grande solubilité du sel et meilleure transparence de la dissolution ; on obtient une action négative presque double de celle qu'exerce positivement le verre pesant, et par conséquent la plus énergique que Ton connaisse.

§ 555. — La rotation du plan de polarisation de la chaleur établie et mesurée par la méthode des observations rectangulaires.

Le fait de la rotation se constate aisément surtout avec la chaleur solaire. Disposez sur la route du trait solaire deux niçois et au delà du dernier la pile d'un appareil de Melloni. Nous savons que si Ton croise les niçois, l'aiguille du galvanomètre revient au zéro, l'obscurité calorifique se produisant en même temps que l'obscurité lumineuse. Interposons alors entre les niçois un quartz normal, un tube d'essence, de sirop,..., etc., et soudain l'aiguille se remet en mouvement ; mais sa déviation disparaît encore si, par un mouvement convenable de l'alidade du polariscope, on revient à l'extinction de la lumière. Ainsi le plan de polarisation du flux calorifique a tourné, et sa rotation ne paraît pas différer de celle de la lumière.

Cependant cette dernière identité ne semblera pas suffisamment justifiée si l'on remarque qu'aux alentours de la position qui éteint, le faisceau calorifique renaissant s'adresse non plus, à l'œil, organe éminemment sensible à la moindre illumination de l'obscurité, mais à un appareil relativement grossier, chez lequel la loi de

POLARISATION ROTATOIHE. - SINTIlfeSE. 36 1

Malus n'introduit, même pour des écarts déjà grands de l'analyseur, que d'insignifiantes déviations de l'aiguille.

MM. de la Provostaye et Desains, qui, les premiers, ont tâché d'obtenir avec précision les rotations a des flux calorifiques polarisés, n'ont atteint ce but qu'en remplaçant l'observation directe des positions de l'alidade qui donnent, soit l'effet minimum, soit l'effet maximum, par l'une des méthodes indirectes que voici :

S'il n'est pas facile de trouver la position de l'analyseur qui donne la déviation maxima A, la grandeur de celle-ci s'obtient sans difficulté soit directement, soit encore, et cela confirme la loi de Malus, en faisant la somme des deux déviations D, D' (*) obtenues pour deux positions rectangulaires, quelconques d'ailleurs, a et — (go — a) de l'analyseur. Or il n'est pas moins facile de déduire de ces deux observations l'azimut a de la vibration (fi g. 266), c'est-à-dire la rotation subie ; car elles donnent

cosJ(a — a) = AD, cos2(o/> — a ■+• <*) = sin3(fl — a) = XD', et , par conséquent ,

cosa(r/ — a) D

cos» + sin»=C°S(fl-a>=D!3

équation où tout est connu, excepté a.

Pour éviter les déviations trop faibles, on choisira a de manière que a — a ne soit trop voisin ni de zéro ni de 90 degrés. Quand a s'éloigne peu de 45, on peut faire a = 90, et choisir pour azimuts rectangulaires les azimuts zéro et 90 degrés; a dépend alors de r équation

sur a =:

D-hD'

De nombreuses expériences faites par cette méthode, sur des rayons parfaitement définis empruntés à un spectre très-pur, ont donné pour les rotations subies , des nombres croissants proportionnellement à* l'épaisseur, décroissants du violet au rouge, et même généralement identiques avec ceux des rayons lumineux congénères. Cependant, quand on arrive à l'extrémité rouge du spectre, les rotations calorifiques deviennent légèrement inférieures

( * ) Il faut voir dans D, D',A les degrés proportionnels et non le* degrés de l'expérience.

aux routions des rayons lumineux. La possibilité de suivre à la fois les deux phénomènes ne laisse. aucun doute sur le désaccord; car quand le polariscope éteint la lumière, l'aiguille conserve une faible déviation, et quand on tourne l'alidade de manière à n'avoir phis de déviation, l'image lumineuse redevient visible.

§ 556. - Méthode différentielle.

Pour mesurer exactement cette différence, il convient de s'appuyer en quelque sorte sur le phénomène lumineux pris comme repère, et de modifier comme il suit le procédé : Ayant inséré le milieu rotateur et restitué à la fois la lumière et la chaleur, tournez le pplarisateur de manière à rétablir l'obscurité, et soit a l'angle obtenu, ce sera la rotation subie par la lumière ; mettez alors tour à tour l'analyseur à -h 45 et à — 45 de cet azimut. Si la chaleur a subi la même rotation que la lumière, les deux effets seront égaux; mais si sa rotation a été moindre de l'angle .r, le* deux déviations galvanométriques seront inégales et proportionnelles Tune à eos* (45 •+■*), l'autre à cos' (45 — x) ; on aura donc

côs'(45-f-x) = A-D, cos2(45 — jr) = sin,(45-+- jt) = XD',

et, par conséquent,

cosï(45 4-*) = jr:pïj7-

Ayant x, la rotation de la chaleur sera a — x.

Dès que x n'est pas nul, le galvanomètre doit donner, quand l'analyseur est dans l'azimut at une certaine déviation D, ; mais elle serait beaucoup plus faible que la variation D' — D. On va en juger : les physiciens précités ont trouvé dans une de leurs expériences x = 5° ; on a donc

/D, = sinï5 = o,oi i, k (D' — D) = cosa (45 — x ) — cos'(45 + x)

= - I cos(go — 7.x) — cos(go -f- 2.r) ]

= sin 2 x = sin i o = o, 1 74 .

Ainsi D' — D est près de 16 fois plus grand que D,. Les avantages inhérents à la méthode indirecte des observations rectangulaires, qu'on la réalise d'une manière absolue ou d'une manière différentielle, sont donc considérables.

POLARISATION ROTATOIKE -SYNTHÈSE. 363

La différence des deux rotations s'interprète comme il suit : Le faisceau calorifique ayant une certaine largeur, à la limite rouge il comprendra et des rayons accompagnés de leurs congénères lumineux, et des rayons empruntés à la partie obscure du spectre; ces derniers étant très- énergiques, la rotation observée est pour ainsi dire la leur; pour la lumière, au contraire, on a seulement celle de la partie visible qui est plus grande d'après la loi de Biot.

§ 557.-»- Condition du maximum de sensibilité en chaleur.

La méthode générale prend encore un nouvel aspect quand on peut intervertir la rotation, ainsi que cela a lieu pour le phénomène de Faraday. Si nous donnons au polariscope l'orientation qui éteint, les trois effets galvanométriques obtenus, avant l'aimantation, après l'aimantation directe et après le renversement des pôles* seront o, sin'a, sin* a; l'amène-t-on au contraire dans un azimut a différent de 90 degrés, ris seront cos' a, cos* (a — a), cos*(a-+-tf), et la différence des deux effets qui répondent aux aimantations inverses sera sin 2 a X sin 2 a. Quel que soit a, cette expression est maxima pour a = 45> et elle vaut alors, comme au paragraphe précédent, sin 2 a. Ainsi, tatidis qu'en optique on doit faire a = go et partir d'une lumière nulle parce que l'œil juge mal l'accroissement d'une lumière qui ne part pas de zéro, en chaleur il faut partir de l'effet moyen et faire a = /\5. C'est en recourant à la chaleur solaire si énergique, et en plaçant ainsi, à $5 degrés l'une de l'autre, les sections principales du polarisateur et du polariscope (c'étaient des prismes biréfringents achromatisés dont on ne gardait qu'une image) que MM. de la Provostaye et Desains ont pu, les premiers, mettre, entre le galvanomètre et les puissants électro -aimants que réclament ces expériences, des distances surabondantes, sans cependant cesser d'obtenir des déviations mesurables, et qu'ils ont ainsi mis à l'abri de toute contestation l'extension du phénomène de Faraday aux radiations calorifiques»

Malgré le grand nombre de pages qui ont été jusqu'ici consacrées à la polarisation rotatoire , nos lecteurs n'auraient qu'une idée bien imparfaite des ressources que ce phénomène met à la disposition de la chimie organique et des relations merveilleuses qu'il a avec la cristallographie, si nous nous taisions sur les travaux considérables accomplis dans ces deux directions par MM. Biot et Pasteur. Les chapitres XXI et XXII seront consacrés à ces deux études.

364 CIIAPITIIK VU

La rotation subordonnée chez lo quartz à l'agrégation cristalline. — Chez (a térébenthine et chez d'autres corps, issus comme elle du règne végétal , elle est moléculaire. — Plus facilement observable avec l'état liquide, celle dernière rotation s'accommode cependant des deux autres états. —Pouvoir spécifique. — Son expression chez les corps homogènes ;— chez les mélanges de corps actifs et inactifs ; — chez les mélanges de corps actifs. — Condition pour annuler le pouvoir de ces derniers mélanges. — Relations qui existent entre les phénomènes rota toi ros et les divers cas que peut offrir une dissolution d'un corps actif. — Courbes des [a] et des n. — Courbes des [a] et des <r. — Comment, en procédant comparativement, on trouve que c'est en général le cas (<£)qui se réalise. — Dans les combinaisons d'un corps actif avec uu inactif, lo pouvoir peut être conservé, amoindri, exalté, détruit, interverti. — Dispersions anomales; — elles se modifient chez certains corps avec la dissolution et la température; — chez d'autres avec le temps. — Lois des combinaison^ achromatiques. — Cas où l'achromatisme n'est qu'approché. — Antagonisme dans les dissolutions ternaires.

S 558. — Les deux classes de substances actives. — Comment chez Tune d'elles les rotations s'accommodent des trois états.

Le quartz et l'essence de térébenthine doivent être considérés comme les types de deux classes de substances qui réalisent deux cas bien distincts de la polarisation rota toi re. En effet, tandis que chez l'essence l'état liquide exclut toute intervention du mode d'agrégation des molécules et oblige à attribuer à ces molécules elles-mêmes l'activité rota toi rc, chez le quartz elle est un pur résultat de leur mode de juxtaposition, car on n'en retrouve aucune trace, ni chez les variétés amorphes de la silice, ni chez les aiguilles actives quand on vient à détruire l'édifice de leur cristallisation, soit eu les fondant, soit en les engageant dans diverses combinaisons. A ceux qui pourraient craindre qu'à la température élevée où s'accomplit la fusion du quartz, cl sous

l'influence des réactions énergiques qu il faut mettre en jeu pour le dissoudre, l'organisation de la molécule ne fût altérée, on peut opposer aujourd'hui l'exemple du chlorate de soude dont les cristaux actifs, solubles dans l'eau, et se prêtant ainsi, car il s'agit d'un sel neutre, à un mode de dé-* sagrégation éminemment inoffensif, n'en fournissent cependant pas moins des dissolutions inactives.

Si, cbez le quartz et ses analogues, l'apparition de la propriété rotatoire exige, non-seulement l'état solide, mais encore habituellement la réalisation de certaines des formes du système cristallin auquel appartient la substance, chez l'essence et les nombreuses substances douées comme elle de Y activité rotatoire moléculaire l'état liquide est de beaucoup le plus favorable. Mais il faut bien se garder de croire que le phénomène y soit incompatible avec les deux autres états. Entrons à cet égard dans quelques développements.

L'état solide a contre lui de pouvoir receler soit des traces d'organisation cristalline, soit, par suite d'inégales compressions , des effets de trempe capables, comme l'état cristallin, d'amener la biréfringence. Dans l'un et l'autre cas, il en résulte, concurremment avec les couleurs caractéristiques de la propriété rotatoire, d'autres couleurs issues de la polarisation chromatique ordinaire. Or la double ré~ fraction circulaire qui engendre les premières, si faible déjà chez le quartz, l'est tellement chez la presque totalité des autres substances, qu'elle se trouve inévitablement masquée par l'autre double réfraction dès que l'amorphisme n'est pas absolu. C'est ainsi que le camphre, si actif en dissolution, n'a jamais pu montrer d'une manière sûre, à l'état solide, les propriétés rotatoire*. Et comme la fusion et la dissolution sont des moyens héroïques pour produire l'indifférence et la désorientât ion des particules d'un solide, on conçoit qu'on y ait eu d'abord exclusivement recours, et que ce n'ait été que plus tard qu'on se soit attaché et qu'on ait réussi à produire, chez quelques corps moléculai rement actifs, l'état solide parfaitement amorphe.

366 CBAPITBB XXI.

Dissolves du sucre dans une très-petite quantité d'eau, clarifiez et ajoutez un peu d'acide acétique. Rapprochez cette solution de manière à lui donner la consistance d'un sirop très-dense que vous verserez dans des cadres métalliques sur un marbre froid. Vous obtiendrez ainsi des plaques diaphanes et amorphes qui feront tourner, comme le sucre dissous et sensiblement avec la même énergie, le plan de polarisation (§ 360).

Soumettez dans une caisse de verre une térébenthine à r action d'un mélange réfrigérant, vous parviendrez à la solidifier. M. Biot, à qui on doit également cette expérience, a pu, malgré des effets de trempe, s'assurer qu'elle était restée active et que les rotations avaient lieu dans le même sens.

On peut , h l'aide de lavages à l'alcool , débarrasser la dextririe de l'acide employé dans sa préparation et l'obtenir* sous la forme d'une poudre impalpable qui , par une dessiccation ménagée, se prend en plaques. Quand elles sont transparentes , on y retrouve en entier le pouvoir énergique de cette substance.

L'acide tartrique est, en polarisation rotaloire, un corps à part dont il était intéressant, pour plusieurs motifs, d'obtenir le pouvoir rotateur hors de l'état de dissolution ou de combinaison. Â l'aide de quelques précautions signalées par Laurent et utilisées par M. Biot, on peut le fondre, sans perte d'eau, en grandes masses qui se solidifient sans cesser d'être transparentes et amorphes, et se prêtent ainsi à l'étude des changements que subit son pouvoir depuis les températures élevées où il est liquide jusqu'à celles qui avoisinent zéro. Eh bien, dans sa période de solidité, non-seulement il se montre actif, mais encore, conformément à ce qu'on avait conclu de la loi qui régit le pouvoir spécifique de ses dissolutions plus ou moins étendues (§ 564), on voit, à partir de 20 degrés, s'annuler* puis s'intervertir suevessivement, les rotations des divers rayons, de sorte qu'à 3 degrés l'acide cstnlevenu un lévogyre qni. sous l'épaisseur

de 70 millimètres, dévie de 3°,3 le rouge et d'environ 5 degrés la teinte sensible.

On peut associer par voie de fusion et sans le concours de l'eau les acides tartrique et borique. Versé dans des. caisses chaudes , ce liquide, dont les proportions peuvent être extrêmement variables, s'y prend en masses parfaitement limpides et beaucoup plus résistantes à l'envahissement de Ta cristallisation que celles fournies par l'acide tartrique seul. De telles masses sont actives, elles offrent même cette exagération de pouvoir qui s'était déjà rencontrée dans les solutions mixtes de ces deux acides (§ 564), Or s'il faut voir dans leur union, produite avec ou sans le concours de l'eau, une véritable combinaison, on peut dire avec M. Biot qu'ici nous rencontrons, non plus, comme dans chacun des cas précédents , un seul exemple , mais bien une infinité d'exemples de la conservation du pouvoir moléculaire dans l'état solide.

Tout essentielle qu'elle soit à l'égard des corps de la première classe, la cristallisation peut cependant aussi y devenir un obstacle à la reconnaissance des rotations. 11 suffirait pour cela qu'au lieu d' apparaître, ou dans des substances qui, comme le chlorate de soude, appartiennent au système cubique, et pour lesquelles par conséquent la cris- . tallisation n'entraîne pas la double réfraction , ou dans la direction unique qui chez les uniaxes s'en trouve exceptionnellement exonérée, l'activité rotatoire se produisit chez des cristaux des trois derniers systèmes, et, partant, en lutte inévitable avec leur double réfraction. Le fait est que jusqu'ici, quoiqu'on ait d'excellentes raisons de croire h l'existence de cette propriété chez le formiate de strontianet on n'a pu l'y mettre en évidence, soit qu'on n'ait pas encore rencontré la direction où elle est le moins troublée par la double réfraction, soit plutôt que, même dans cette di" rection la plus avantageuse, la cause perturbatrice ait trop d'énergie. Autant la liste des corps doués du pouvoir mole-' culaire est étendue, autant celle des corps doués du pou-

voir par agrégation l'est peu-, il n'est pas impossible que ce contraste numérique ne provienne, au moins partiellement, de ce qu'il a été jusqu'ici impossible de constater la rotation chez les cristaux des trois derniers systèmes.

L'état gazeux laissant aux particules, mieux encore que l'état liquide, mobilité et indifférence, doit être compatible avec l'exercice du pouvoir rota toi re. Les difficultés matérielles d'une telle vérification ont été surmontées en 1818 par M. Biot dans une mémorable expérience. Qu'on se ligure un tube long de 3o mètres, entouré d'un second tube formant manchon et fermé à ses deux bouts par des plaques de verre*, une chaudière contenant de l'essence de térébenthinc et envoyant sa vapeur, d'abord au manchon protecteur, puis au tube central. Qu'on imagine encore, entre la chaudière et les tubes, un réfrigérant qui reçoit pour les condenser et les renvoyer à la chaudière, et les vapeurs après leur circulation, et, grâce à une inclinaison convenable des tubes, les portions qui pendant ce double trajet ont été ramenées à l'état liquide. Dans ces conditions, et quoiqu'une explosion n'ait pas permis de procéder à la partie quantitative de l'expérience, par la mesure de la température et du ressort de la vapeur, M. Biot a cependant pu constater que la vapeur avait conservé, et dans le même sens, un pouvoir rotatoire. Il est à désirer que quelque physicien reprenne cette expérience en y employant des liquides bien définis et n'offrant pas, comme les essences du commerce, des mélanges de corps actifs isomères (§ 066).

§ $59.— Le pouvoir moléculaire ou spécifique.— Son expression chez les corps homogènes.

Dans les conditions étroites où Le quartz fait tourner le plan de polarisation, on ne peut guère introduire dans son pouvoir d'autre modification que celle due à un changement de température. Il en est autrement à l'égard des substances de la deuxième classe. Sont-elles liquides, outre que la dilatation calorifique y est beaucoup plus développée que chez le quartz, ou peut les mêler à d'autres liquides

LA POLARISATION ROTATOlRfi ET LA CHIMIE. 369

actifs ou inactifs. Sont-elles solubles, on peut varier le menstrue auquel on les confie, étendre plus ou moins leurs dissolutions et faire ainsi varier, dans des limites très-étendues, la distance qui sépare les molécules actives. Solubles ou non , on peut enfin , sans qu'elles cessent nécessairement de se montrer actives, les engager dans diverses combinaisons. Que devient alors le pouvoir rotaloire? est-il altéré ou simplement dilué? la molécule , eh s 'associant ainsi à d'autres, actives comme elle ou inactives , garde-t-elle ou perdelle son organisation primitive? Pour le reconnaître, il faut ramener à des conditions constantes la mesure des rotations. On y arrive, avec M. Biot, en déduisant des expériences la rotation que produirait sur un rayon déterminé, son rayon rouge par exemple, une colonne du corps actif de longueur constante, 100 millimètres par exemple, et d'une densité idéale égale à l'unité. Ce chiffre fondamental , connu sous le nom de pouvoir rotatoire moléculaire ou spécifique et désigné par le signe [a] , se déduit de la rotation observée a ou de la rotation tabulaire a (§ 467) et des données numériques introduites dans les expériences, par les formules que voici.

Première formule. Corps ou liquides homogènes. Quand la densité 3 et la longueur /(estimée en millimètres), sous lesquelles a été obtenue la rotation a, deviennent l'une i et l'autre ioo, les molécules actives supposées inaltérées deviennent moins nombreuses dans le rapport de i à Ô et dé ioo à /•, la rotation atténuée visiblement dans les mêmes rapports * sera donc

ioo i

et Y on aura

r i IOOg

ou bien* en introduisant la rotation tabulaire a*

ioo«i

Premier exemple. L essence de térébenthine s'obtient II. 24

en soumettant à la distillation, des sucs visqueux extraits, à l'aide d'incisions, des diverses variétés de pins et connus du nom de térébenthines. La variété qui fournit r essence française est le pin maritime. Si l'on a la précaution de saturer les acides associés à l'essence et d'opérer la distillation dans le vide, et à une température qui alors ne dépassera pas 100 degrés, on obtient un produit constant lévogyre qui, à i5 degrés et dans un tube de 000 millimètres, imprime au rayon rouge une rotation de 56°, 1 . Comme, à cette température , sa densité vaut 0,864 , on en déduit r . 100 a 56,i - „ ,

Deuxième exemple. Quoique cette formule soit surtout destinée aux corps de la seconde classe , on peut l'appliquer à ceux de la première, ne fût-ce que pour voir comment varie , quand on les chauffe , leur pouvoir rotatoire. La rotation tabulaire du quartz est pour le rayon rouge i8°,4 et sa densité 2,653; on en tire

iooji8L4==6.0 lJ 2,653 -°9*-

Troisième exemple. Quand le corps , et c'est le cas presque universel, disperse les plans des divers rayons comme le quartz, l'observation peut se faire sur la teinte sensible, sauf à réduire dans le rapport de 23 à 3o la déviation obtenue. Le chlorate de soude en cristaux, sous l'épaisseur de 2m,n,256, donne à la teinte sensible une rotation de 8°, 2; sa densité est 2,467. Il en résulte

Quatrième exemple. M. Dubrunfaut chauffe au bainmarie un quartz épais de 4mm>538. Pour une élévation de température de 70 degrés , la déviation de la teinte sensible monte de 108 degrés à io9°,5. En le chauffant fortement avec une lampe à alcool, sans cependant le faire rougir, l'accroissement s'est élevé à 1 2 degrés t Un second quartz d'égale

LA POLARISATION ROTATOIRE ET LA CHIMIE. îjt

épaisseur et de gyration contraire éprouve aux mêmes températures les mêmes accroissements. Faute de connaître le coefficient de dilatation du quartz , on ne peut pas calculer le nouveau pouvoir rotatoire. Mais le seul fait de l'accrois- . sèment de a prouve que l'agrégation cristalline a été modifiée et rendue plus énergique.

Cinquième exemple. Un tube d'essence donnant la teinte sensible dans l'azimut — 55°, on élève sa température d'environ 55 degrés. La teinte devient rouge et, pour lui rendre son aspect bleu-violacé, il faut ramener l'alidade du polariscope d'environ a degrés vers le zéro. On a, à la première température,

à la seconde

et, par conséquent,

a ~ / S Soient A le coefficient linéaire du tube et D le coefficient cubique de l'essence , on a approximativement

/' = /(H- 55 a), *' = *(i— 55D), d'où, en négligeant le terme en AD,

/'J'irr/jO— 55(D — A)],

et enfin, si Ton néglige A vis-à-vis de D,

aJ — *

L'expérience a donné

La dilatation de l'essence entre zéro et 100 vaut -7*. en la

*4 supposant uniforme, on a , pour 55 degrés ,

55 ii 100 14 26

37a CHAPITRE XXI.

Il résulterait de cette expérience, faîte avec peu de soi us d'ailleurs, que le pouvoir spécifique n'a pas sensiblement changé et qu'il était légitime d'employer dans la deuxième équation au lieu de [a'] le pouvoir [a] de l'essence froide.

§ 560. — Deuxième formule. Substance active dissoute dans un liquide inerte.

Soient P le poids de la substance, E celui du liquide, ôh

densité de la dissolution. Le volume de l'ensemble sera

— - — - et la densité du corps actif considéré seul ■=* s = ^-

Si donc l'action du menstrue consiste dans une pure dilution, la formule précédente sera applicable et donnera 100a iooa(P-hE)

t"J = 7r= 7pî —

Il pourra paraître plus simple de mesurer le volume total V de la dissolution : si on l*a fait , cette donnée pourra rem* placer les deux données E, <J, car la formule devient