GÉNÉRAUX DONT ELLE S'OCCUPE

11 est difGcile, au début d*un ouvrage, de résumer en quelques mots le but de la science dont on doit s'occuper. Une pareille synthèse trouvei*ait mieux sa place au dernier chapitre qu'au premier. Aussi n'est-ce pas une définition que je chercherai à donner ici, mais une idée aussi nette et aussi complète que possible des sujets dont j'aurai à entretenir le lecteur.

Les corps matériels dont l'existence se révèle à notre entendement par le secours des sens, ne paraissent avoir qu'une seule qualité immuable : leur mo^se ^ Les autres propriétés, couleur, odeur, dureté, pesanteur spécifique, état fluide ou état solide, etc., peuvent varier suivant les conditions momentanées dans lesquelles le corps se trouve placé.

Il suffit de faire croître ou décroître la température d'un fragment d'argent, d'or ou de tout autre métal pour en augmenter ou en diminuer le volume ; la masse ne changeant pas, il en résulte que la densité, ou la

1. On appelle masse le l'apport de la force ou du poidi à r<iccôlér.ilion.

cniNIE Gi^NKKÂLE. 1. — 1

2 CUIMIE GÉNÉRALE.

masse sous Tunité de volume, est altérée ; et comme conséquence, nous voyons apparaître des modifications dans la dureté, la ténacité, la ductilité, la malléabilité, la conductibilité pour la chaleur et l'électricité.

Un bâton de résine frotté légèrement avec une peau de chat ou mi drap de laine n'est plus dans le même état qu'avant le frottement; il attire les corps légers, sur lesquels il n'exerçait aucune influence.

Une tige de fer doux placée dans la direction de l'axe magnétique te^ restre s'aimante et attire la limaille de fer à ses deux extrémités.

De semblables modifications n'altèrent souvent qu'une partie des propriétés du corps qui les subit et n'exercent qu'une influence restreinte.

La résine électrisée est tout aussi cassante, tout aussi fusible que h résine non électrisée ; le fer doux aimanté reste aussi ductile, aussi mil* léable et aussi dense.

Dans d'autres cas, l'altération est beaucoup plus profonde et plus accentuée. Ainsi, l'introduction de quantités croissantes de chaleur dans «d corps solide détermine d'abord une dilatation et une élévation de température sensible au toucher et au thermomètre ; puis, pour un grand nombre de substances, il arrive un moment où l'addition de nouvellei doses de chaleur cesse brusquement de se traduire par les efTets pré* cédents, dilatation et élévation de température, et pi*ovoque un autre genre de modifications. Le coq)s passe de l'état solide initial à l'étal liquide.

Du soufre auquel on fournit progressivement de la chaleur, par le rayonnement d'un foyer voisin, s'échauffe jusqu'à 114^ centigrades et M dilate suivant une loi déterminée. A partir de ce moment, la chaleni nouvelle qu'il reçoit n'apparaît plus sous forme sensible au thermomètre, mais elle effectue la transformation du soufre solide en soufre liquide on fondu. Lorsque la fusion est complète, le thermomètre plongé dam la masse recommence à s'élever et à révéler la chaleur empruntée tfl foyer. A 444* on observe un nouveau point d'arrêt ; en même temps k soufre liquide passe à l'état de soufre gazeux.

Si, au lieu d'un solide, nous prenons comme point de départ un gasoa une vapeur, et si, au lieu d'échauffer le corps, nous le refroidissons en lui soustrayant de la chaleur, nous pourrons observer des phénomènes analogues, mais dans un ordre inverse. Le gaz ou la vapeur se refroidit et se contracte ; à une certaine température, variable avec l'espèce* le corps cesse de se refroidir, bien que l'on continue à lui prendre de iJ chaleur, mais en même temps il se liquéfie. En se liquéfiant, le gaz re»* titue donc à l'état sensible la chaleur qui avait servi à le former, •)

OBJET ET BUT DE LA CUmiE. S

c'est elle qui compense les pertes et maintient constante la température pendant tout le temps de la liquéfaction. Lorsque la condensation est totale, le liquide se refroidit à son tour et se contracte, puis il finit par atteindre une température qui reste quelque temps invariable, le liquide se transformant en solide.

Il résulte de ces observations que tout corps gazeux qui se liquéfie et que tout corps liquide qui se solidifie, représentent des sources de chaleur sensible. Inversement, un corps solide qui fond et un corps liquide qui bout, sont des causes de disparition de chaleur.

Ces phénomènes de fusion et de vaporisation, de condensation et de solidification, phénomènes que l'on a désignés sous le nom de changements d^état physique j sont si intimement liés à la disparition ou à l'apparition de doses constantes de chaleur, que tout le monde s*accorde depuis longtemps à les considérer comme des effets de la chaleur sur les corps matériels.

Les changements d^étai physique sont caractérisés par ce fait, qu'ils se produisent spontanément et sans effort dès que, par addition ou par soustraction de chaleur, on tend à dépasser certaines limites de température, certams degrés fixes pour un même corps et variables d'une substance à Tautre. On appelle ces limites constantes points de fusion, d*ébullition; leur valeur exprimée en degrés du thermomètre constitue une propriété caractéristique de chaque corps.

ChaagemeiiUi allotropiques d'état*

L'intervention de la chaleur détermine encore d'autres changements, profonds et intéressants. Ils se distinguent des précédents parce qu'ils sont moins généralement réalisables, parce qu'on ne les observe qu'exceptionnellement, avec certaines substances déterminées, enfin et surtout parce qu'une fois produits, dans des conditions spéciales, le retour à l'étal primitif ne s'effectue plus fatalement, par le seul fait d'une augmentation ou d'un abaissement de température, au-dessus ou au-dessous de la limite où le changement s'est effectué.

Un exemple nous permettra de mieux faire saisir ce que nous venons de dire. Le phosphore, extrait de l'urine par Brandt et Kunckel, préparé depuis industriellement au moyen de la cendre d'os, est un corps jaune, mou, fusible à 45^, soluble dans le sulfure de carbone, qui l'abandonne, en s'évaporant, sous forme de cristaux appartenant au système régulier ou cubique. Ce corps est de plus fort vénéneux et très-inflammable. Lorsqu'on le chauffe entre 200^ et 250^, à l'abri de l'air, il se convertit peu à peu et en grande partie en une substance rouge, solide, infusible audessous de 250^, insoluble dans le sulfure de carbone» non facilement

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inflammable et inoflensiye. L'altération des propriétés de tout genre est si complète, que, si Ton ne tenait compte de Forigine, on croirait avoir entre les mains deux corps distincts et sans lien réel. En laissant refroidir le phosphore rouge ainsi formé, à la température ordinaire, bien audessous des limites entre lesquelles il s'est produit, nous ne le voyons plus repassera Tétat initial. La modification, le changement d*état, offre donc dans ce cas un caractère spécial de stabilité qui manque aux changements d'état physique. Cette diflerence entre les deux phénomènes n'est cependant pas aussi absolue qu'on pourrait le croire. Ainsi, il arrive souvent qu'un liquide se laisse refroidir au-dessous de son point normal de solidification sans prendre l'état solide ; l'eau, le soufre fondu, le phosphore fondu, nous offrent des exemples de cette anomalie, connue sous le nom de sur fusion.

Les conditions qui font naître les changements de propriétés ou d'étal du genre de ceux que nous avons constatés pour le phosphore, change ments que Berzelius appelle modifications allotropiques, sont moin: régulières et moins générales que celles qui président aux changement d'état physique. Elles varient avec la nature du corps susceptible des* modifier. Les agents provocateurs sont la chaleur, la lumière, l'eflluv ou l'étincelle électrique, la présence de certains corps étrangers.

En d'autres termes, les conditions déterminantes d'une modificatio allotropique, ainsi que celles du retour à l'état initial, sont plus capri cieuses et ont des lois moins bien connues que celles des changement d'état physique. Mais, malgré ces divergences plus apparentes qu profondes, les deux ordres de phénomènes peuvent être rapprochés < rattachés scientifiquement de la manière la plus intime. En effet : l^dai l'un et l'autre cas, le poids de la substance qui se modifie ne varie pas 2^ dans l'un et l'autre cas, la transformation est accompagnée d'une pr duction ou d'une destruction de chaleur mesurable et constante poi l'unité de poids de chaque substance. Dans les modifications allotr piques, la production et la destruction de chaleur ne sont pas toujou aussi faciles à constater et à mesurer que loi-s des changements d'él physique. La difficulté dérive des conditions complexes dans lesqucll l'allotropie se développe; mais il est néanmoins toujours possible démontrer ce dégagement ou cette absorption de chaleur par voie in< recte, lorsque la méthode directe fait défaut.

Citons deux exemples à l'appui de ce que nous venons de dire.

Le soufre fondu et chauffé vers 400®, puis versé sous forme de fil minces dans l'eau froide, ne régénère pas le soufre dur et cassant, fon ordinaire de ce corps. On obtient par cette trempe une substance mol transparente, élastique et jaune-rougeàtre. Si l'on enveloppe la boi d un thermomètre avec ce soufre mou, en la plaçant dans une éti

où la température atteint 95*, on Toit, au bout de peu de temps, la colonne du thermomètre s*éleYer et atteindre près de 114*, point de fusion du soufre. L'expérience marchant bien, on trouvera même une partie du corps à l'état de fusion. Ceci démontre que le soufre mou» qui dans ces conditions, c'est-à-dire à 95"*, passe brusquement à l'état de soufre jaune ordinaire, a abandonné, par le fait de son changement d'état allotropique, assez de chaleur pour élever la température de 95*, qui est celle de l'étuve, à 114*, et même pour liquéfier une partie de la substance. En effet, ce dernier phénomène ne peut s'effectuer que grâce à la destruction d'une partie de la chaleur dégagée pendant la transformation allotropique.

L'exemple suivant nous fournit une preuve indirecte, mais qui n'en est pas moins concluante, car elle s'appuie sur l'un des principes les plus certains des sciences physiques. Ce principe, le voici : Un corps passant d'un état initial à un état final, la chaleur dégagée ou absorbée est la même, que cette transformation ait lieu en une fois ou par transitions successives, avec production de termes de passage intermédiaires. Dans ce dernier cas, c'est la somme algébrique des quantités de chaleur dégagées ou absorbées, lors des changements intermédiaires et :uocessifs, qui est égale à la chaleur dégagée ou absorbée, le changemem s'opérant sans arrêt ou terme de passage ^

Prenons 1 gramme de phosphore ordinaire et brûlons-le dans l'air ou l'oxygène ; il se convertit en un corps blanc, ressemblant à de la neige, très-solublc dans l'eau et donnant une solution de saveur aigre; en même temps il se développe une grande quantité de chaleur, que nous pouvons mesurer et exprimer en calories ou unités de chaleur.

Répétons la même expérience avec 1 gramme de phosphore rouge ; nous obtiendrons le même corps blanc, soluble, et sa production sera également accompagnée d'un dégagement de chaleur. La mesure calorimétrique donne dans ce cas un nombre notablement moins élevé que dans le premier.

Nous pouvons en conclure avec certitude: l*que le passage du phosphore ordinaire à l'état de phosphore rouge est accompagné d'un dégagement de chaleur ; 2^ que la chaleur dégagée lors de la transformation allotropique de 1 gramme de phosphore est égale à la dilTérence des deux nombres trouvés plus haut.

Cette conclusion reçoit du reste une confirmation directe. Si l'on chaufle rapidement à 280* du phosphore ordinaire, on le voit se convertir en très-peu d'instants en phosphore rouge et la température s'élève brusquement à 570*.

1. Li chaleur dé^gée est prise sfec le si^e +; la cbsleur absorbde est aficctée du ftigne — •

CmMIE GÉNÉRALE.

€oliiblBalM>iis et décomposHIOBS éhlfliMpi

En dcliors des changements d*état physique et des modifications allotropiques, rexpcrience nous révèle un troisième genre d'altérations bru»ques et profondes dans les propriétés des corps matériels. Voyons d'abord ce qui distingue ce nouvel ordre de phénomènes des précédents ; nous dirons ensuite ce qui l'en rapproche.

Un corps solide qui fond, un corps liquide qui bout, changent d'état* mais ne donnent qu'une seule substance^ liquide ou gazeuse, douée de propriétés nouvelles. De même un corps qui subit une transfonnatîoD allotropique ne fournit qu'?me seule substance^ distincte par certains caractères de la matière génératrice.

Mais on observe aussi souvent que deux ou plusieurs corps mis en présence se modifient mutuellement, en agissant les uns sur les autres, dételle façon qu'il en résuite un corps unique, nouveau, dont les caraetères sont distincts de ceux des principes initiaux. Ou bien encore, un corps unique placé dans des conditions déterminées se modifie; mais, au lieu d'engendrer un seul corps à propriétés distinctes, il en produit deux ou plusieurs.

Ainsi la multiplicité des principes initiaux ou finals donne aux phénomènes nouveaux que nous envisageons un cachet spécial. Mais, cette différence essentielle étant mise de côté, les autres caractères généraux sont ceux signalés à propos des changements d'état physique et des transformations allotropiques. Le poids du nouveau produit est égal à la somme des poids des corps générateurs qui se modifient mutuellement ; ou bien, la somme des poids des corps dérivés est égale au poids de la substance primitive. La transformation ou le changement d'état s'effectue dans des circonstances et des conditions variables avec la nature des substances envisagées ; elle est stable entre certaines limites, comme les transformations allotropiques.

La transformation est accompagnée, dans la presque totalité des cas, d'un dégagement ou d'une absorption de chaleur déterminable et constante pour les phénomènes de même espèce.

Les changements d'état précédents ont reçu les noms de combinaisons et de décompositions chimiques.

Il y a combinaison chimique toutes les fois que deux ou plusieurs corps différents mis en présence se modifient mutuellement en se fondant pour ainsi dire les uns dans les autres, pour donner un nouveau et unique corps, dont le poids est égal à la somme des poids des substances initiales qui disparaissent. Celles-ci sont les éléments ou les parties constitutives du nouveau corps ou composé.

Il y a décomposition chimique toutes les fois qu*une substance unique en produit deux ou plusieui's nouvelles, la somme des poids des éléments constitutifs étant égale au poids du corps initial disparu ou du composé détruit. Les combinaisons chimiques sont donc, comme Ta si bien dit M. H. Deville, des changements d'état. Ceux-ci sont relativement stables, d'une nature spéciale, nécessitant l'intervention d'au moins deux substances distinctes.

Par leur multiplicité et leur importance, les phénomènes de cet ordre priment de beaucoup les changements d'état allotropiques ou physiques. L'un des buts principaux de la chimie est de préciser la nature intime et vraie de ces manifestations et d'établir les lois qui président à leur apparition.

Il est aisé de voir, d'après ce qui précède, que la transformation allotropique forme le lien qui relie les combinaisons et les décompositions chimiques aux changements d'état physique.

Quelques exemples suffiront pour fixer les idées et pour bien faire comprendre ce que l'on entend par combinaisons et décompositions chimiques.

Prenons du soufre en poudre et de la limaille de cuivre et triturons ensemble les deux substances de manière à les amalgamer le plus possible. Si le soufre et la limaille de cuivre sont en particules assez divisées, nous formerons une poudre jaune-orangé d'apparence homogène. Mais cette apparence ne résistera pas à un examen un peu attentif. Par un grossissement suffisant nous pourrons apercevoir les fragments du soufre placés à côté de ceux de cuivre. La masse, traitée par le sulfure de carbone, cédera son soufre au dissolvant, tandis que le cuivre restera seul avec tous ses caractères.

Nous n'avons, en effet, préparé ainsi qu'un simple mélange, dans lequel les éléments constituants n'ont subi aucune altération de propriétés, aucun changement d'état quelconque. Si nous chauffons la masse à une température suffisante, nous observerons à un moment donné, et pendant quelques instants, un vif phénomène d'incandescence, c'est-à-dire un dégagement considérable de chaleur et de lumière ; puis, cette chaleur étant propagée dans l'espace par rayonnement, la matière revient à la température ordinaire ; mais nous n'y trouvons plus ni soufre ni cuivre ^ Le poids est resté le même, mais, au lieu de deux corps jaunes, le vase récipient contient un produit noir et cassant que le sulfure de carbone ne sîépare plus en soufre soluble et en cuivre, que le microscope le plus puissant révèle comme formé de parcelles identiques. Ce produit

1. Ceci n'est absolument Trai que si les deux corps ont été mélangés dans des proportions déterminées et inTariables ; dans la plupart des cas, l'un des éléments aura seul entièrement dispam po«> former xm nouveau corps ; Tautre se retrouvera encore, mais en partie seulement, à l'état primi:It

s CDIMIE GÉNÉRALE.

nouveau est le résultat de ce que nous appelons combinaison chimique entre le soufre et le cuivre.

Yoici un exemple de décomposition chimique. Dans un vase rempli d*eau additionnée d'acide sulfurique pour la rendre conductrice de Télcctricité, plongeons les deux électrodes en platine d'une pile de Bunsen suffisamment forte. Aussitôt nous voyons se dégager le long des deux pôles de nombreuses bulles de gaz. Ces gaz, nous pouvons les recueillir dans des éprouvettes. Celui qui correspond au pôle négatif s^enflamme au contact de Tair et d'une bougie allumée, mais il éteint par lui-même un corps en combustion ; il est de plu3 fort léger. Le gaz formé le long de Télectrodc positive n'est pas combustible, mais il est éminemment propre à entretenir la combustion, tellement qu'un charbon et une allumette qui ne présentent plus qu'un point rouge et s'éteindraient dans l'air, recommencent à y brûler avec éclat.

Ainsi Peau, liquide à la température ordinaire, qui n'est ni susceptible de brûler, ni apte à faire brûler les corps combustibles, traversée par un courant électrique, donne deux gaz bien distincts parleurs propriétés. Pendant cette opération , le poids de l'eau a diminué d'une quantité exactement égale à la somme des poids des deux gaz formes. L'eau s'est décomposée.

Enfin réunissons ou recueillons dans une seule et même éprouvette les deux gaz précédents et plongeons dans le mélange une allumette enflammée; aussitôt se produit un vif phénomèdb d'incandescence, accompagné d'une explosion. Les gaz mélangés disparaissent de nouveau et à leur place nous trouvons de l'eau. Sous l'influence de la chaleur, la combinaison détruite par l'électricité s'est reformée.

La combinaison chimique est à la décomposition ce que la solidification est à la liquéfaction, ou la condensation d'un gaz à la vaporisation d'un liquide ; elle s'eflcctue le plus souvent avec dégagement de chaleur, tandis que le phénomène opposé, la décomposition, est accompagné d'une destruction de chaleur. Cependant on observe quelques exceptions à cette loi, et l'eflct thermiqtie de certaines combinaisons est dirige dans le sens de la décomposition.

SolotlOB.

La solution d'un corps solide ou gazeux dans un liquide est un phénomène spécial dont nous étudierons plus tard les lois, mais qui semble devoir prendre place entre les changements d'état physique et les combinaisons. Ainsi, quand on met un cristal de sel marin ou de sucre en présence de l'eau, à la température ordinaire, ces corps se liquéfient et se mélangent à l'eau, à laquelle ils conununiquent des propriétés spéciales (saveur saline ou sucrée» densité plus grande). Le phénomèno a

lieu à un degré de chaleur bien éloigné de celui qui détermînernit la fusion simple. C'est donc bien à l'influence mutuelle du corp3 solide et de l'eau qu'il est dû ; cependant celle-ci ne semble pas avoir été modifiée. La solution, abandonnée dans un vase, laisse échapper son eau sous forme de vapeur, et le corps dissous reprend la forme solide et ses caractères antérieurs. La solution d'un corps solide dans un liquide est généralement accompagnée de phénomènes calorifiques. Dans beaucoup de cas, il y a disparition de chaleur, comme pendant la fusion, et cette disparition se traduit par un abaissement de température, puisqu'il n'y a pas de source de chaleur externe fournissant celle qui devient latente ; ou plutôt c'est le liquide lui-même qui constitue la source de chaleur.

On observe cependant quelquefois une élévation de température. Ce résultat s'explique, si l'on admet que le phénomène de dissolution et de liquéfaction est accompagné d'une combinaison du corps avec le liquide. Ce n'est plus le corps initial qui se dissout, mais la combinaison nouvelle. L'effet thermique est la résultante de la chaleur dégagée pendant la combinaison et de celle qui est absorbée pendant la liquéfaction du solide.

Lors de la dissolution des gaz dans un liquide il doit toujoui*s y avoir dégagement de chaleur, qu'il se produise ou non une combinaison, puisqu'un gaz passe à l'état liquide. La solution du gaz ammoniac dans l'eau nous offre un exemple de cet ordre : sa solubilité est assez grande pour que la chaleur de condensation soit fort sensible, tandis que tout tend à prouver qu'il n'y a pas combinaison entre l'eau et l'ammoniaque.

Éléments*

La possibilité d'effectuer des changements d'état en partant d'un corps donné est toujours limitée, qu'il s'agisse de modifications physiques, allotropiques ou de décompositions chimiques. Un corps solide ne peut modifier son état physique que deux fois : passage de l'état solide à l'état liquide et de l'état liquide à l'état gazeux. H en est ainsi des modifications alloti*opiques, qui sont toujours restreintes à un petit nombre de cas. II en est de même encore si nous envisageons les décompositions chimiques successives.

Un corps A se transforme, en absorbant de la chaleur, en deux ou plusieurs substances distinctes, a, b, c; chacune d'elles à son tour peut se décomposer en nouveaux produits :

cT,

10 CHDIIE GÉNÉRALE.

Ces décompositions se poursuivent ainsi un certain nombre de fois, mais on atteint toujours plus ou moins vite des termes limites» sur lesquels nos moyens d*action sont impuissants pour provoquer de nouvelles décompositions.

Ainsi avec l'eau cette limite est atteinte dès la première expérience : chacun des deux gaz isolés par le courant électrique est inéductible et résiste à toute tentative de dédoublement subséquent. Les termes ultimes auxquels nous aboutissons fatalement dans cette série de décompositions chimiques successives qui porte le nom d'aito/yse, termes que l'expérience nous révèle comme impropres à subir de nouvelles décompositions, ont reçu les noms d'éléments ou de corps simples.

Cette inaptitude ne doit pas être prise dans un sens absolu ; elle n'est que relative aux moyens d'action dont nous disposons pour provoquer les décompositions.

Le système de la chimie repose tout entier sur l'existence d*un ce^ tain nombre de principes matériels ou de corps indécomposables et non transformables les uns dans les autres.

Supposons qu'en décomposant deux corps distincts nous obtenions, par exemple, avec l'un du phosphore ordinaire et du soufre, avec l'autre du phosphore rouge et du soufre. Les deux phosphores résistant à toute décomposition ultérieure et présentant des caractères tranchés, on serait amené, sans la dernière restriction, à admettre l'existence de deux éléments ; mais la possibilité de convertir l'un des phosphoi*es dans l'autre réduit ces deux espèces à une seule.

L'examen analytique le plus minutieux de tous les produits matériels accessibles à nos investigations conduit à un nombre relativement restreint d'éléments ou corps simples.

Pour le moment il est de 64, mais il tend à augmenter dans une certaine mesure, par suite des découvertes nouvelles auxquelles nous assistons de temps en temps, grâce au perfectionnement incessant des méthodes et des moyens de recherche. Chacun de ces éléments constitue une individualité permanente, indestructible et indépendante.

Il nous est loisible, en combinant deux corps simples, de modifier leurs propriétés caractéristiques ; mais le composé renferme les éléments non-seulement en poids, mais encore en puissance. Nous ne pouvons le décomposer qu'en faisant réapparaître les deux corps simples primitifs, et jamais d'autres ; sinon le problème de la transmutation serait résolu en principe. Un élément qui entre dans une combinaison lui imprime un caractère spécial , qui manquera à la combinaison d'un second élément avec un même troisième. L'étain, en «'unissant au

soufre, fournit un corps jaune d*or, cristallisé en feuillets onctueux, doués de Téclat de Tor : c*est Tor mussif ; le plomb donne au contraire un corps gris-noirâtre, dur et cassant, cristallisé en cubes volumineux, la galène. Avec Tor mussif nous pouvons obtenir du soufre et de rétain ; la galène, en se décomposant, ne donne jamais que du soufre et du plomb.

cnAPiTRE n