NATURE DES CORPS SIMPLES OU ÉLÉMENTS

Le nombre des corps simples primitivement connus s’est considérablement multiplié, grâce aux progrès de la science moderne et grâce au spectroscope, qui nous a révélé l’existence de nombre de métaux restés jusqu’alors inconnus, et qu’on a réussi â isoler grâce au perfectionnement des moyens d’analyse. Ces éléments sont dits corps simples, parce que nous ne savons pas jusqu’ici, comment les dédoubler et montrer qu’ils sont composés ; mais il n’est pas impossible qu’ils soient réellement de composition complexe, comme par exemple la soude et la potasse, que l’on regardait comme des corps simples, jusqu’à ce que Sir Humprey Davy vint les dédoubler en oxygène et en métal.

Quelques faits récemment observés, semblent prouver que ces prétendus corps simples sont en réalité des corps composés.

C’est par un examen des caractères spectroscopiques des éléments à différents degrés de température, que Lockyer a pu réunir des données suffisantes pour permettre et justifier l’énoncé de son hypo-

thèse, à savoir : que tous les éléments connus sont en réalité des corps composés, ou plus précisément ne sont que des modes différents d’agrégation d’une matière unique. Suivant cette hypothèse, la matière dont l’univers est composé aurait été, à un certain moment, également répandue dans les espaces ; elle était unique et uniforme dans sa nature. Les atomes s’agrégèrent alors par groupes de deux ou trois, ou plus, puis ceux-ci se groupèrent entre eux et finirent par former des agrégats d’une composition de plus en plus complexe. Ces agrégats ne seraient autre chose que nos corps simples.

La plupart de ces molécules complexes sont parfaitement stables aux températures ordinaires, aussi leur composition reste-t-elle constante dans les conditions réalisées à la surface de la terre. Mais qu’on vienne à les soumettre aux températures élevées du laboratoire en les portant successivement de la température de la lampe de Bunsen, à celle de l’arc électrique, de celle de l’arc électrique à celle de l’étincelle, puis à des températures encore plus élevées, comme celle du soleil, alors leur image spectrale révélera leur décomposition en molécules plus simples. Que les éléments soient soumis à l’action du froid et h la compression, les molécules qui les composent se rapprochent et nous les voyons former des substances solides. En leur imprimant des vibrations, la chaleur tend à éloigner leurs molécules les unes des autres, et à produire l’état liquide. L’augmentation de la chaleur augmente les espaces inter-moléculaires et produit l’état gazeux. Avec une température modérée ou une pression suffisante, les molécules des corps simples restent complexes ; par l’exagération de la chaleur, ou sous l’inlluenced’une pression très réduite, leur composition se simplifie(l).

L’excès de la chaleur ou l’intervention de l’électricité paraissent susceptibles de déterminer d’une façon encore plus parfaite la désagrégation des atomes constituant les corps simples, au point de les résoudre en des combinaisons plus simples de la matière élémentaire univoque qui la constitue, suivant l’hypothèse de Lockyer. On sait que cette désagrégation des éléments composants existe pour certains corps composés. On a donné à ce phénomène le nom de dissociation.

Exemple : qu’on expose de la craie à l’action d’une forte chaleur, on

(1) Suivant une autre hypothèse déjà ancienne, les corps sont supposés composés de molécules d’une complexité uniforme et la différence entre l’état solide, l’état liquide ou l’état gazeux dépendrait uniquement de la liberté des molécules. Mais suivant la nouvelle théorie la différence de complexité des molécules elles-mêmes suffirait à expliquer les passages de la matière d’un état à un autre.

observera son dédoublement en acide Co2 et en chaux. Caco3=Cao+Co2.

Quand la substance est solide, les molécules composantes sont supposées volumineuses et adhérentes entre elles. Quand la substance est à l’état de gaz ou de vapeur, ces molécules sont supposées plus petites et beaucoup moins serrées les unes contre les autres.

Que la substance soit solide, liquide ou gazeuse, quand ces molécules composantes sont mises en vibration par la chaleur, cette substance donne naissance à un spectre continu. Quand la substance est gazeuse ou à l’état de vapeur, et que les molécules entrent en vibrations, sous l’influence de températures plus élevées ou d’une basse pression, le spectre qu’elle fournit est discontinu et formé de bandes ou de lignes.

Entre ces deux spectres extrêmes, en général il y a trois espèces intermédiaires : 1° un spectre continu apparaissant dans le rouge; 2° un spectre continu dans le bleu ; 3° un spectre cannelé. Avant ces trois spectres vient le spectre continu, après vient le spectre discontinu par bandes ou par lignes.

Ces variétés de spectres appartiennent cependant à des molécules élémentaires, supposées intactes et non dédoublées, mais seulement plus ou moins séparées les unes des autres.

Les corps composés tout comme les corps simples donnent des spectres définis. Le spectre d’un simple métal en vapeur, consiste en lignes dont le nombre et la largeur augmentent avec la pression de cette vapeur, ou autrement dit, avec la quantité de cette vapeur contenue dans un espace donné.

Le spectre d’un corps composé consiste principalement en bandes et en espaces cannelés, qui augmentent parallèlement.

Plus le nombre de molécules contenues dans un millimètre cube est grand, ou encore, plus les vibrations imprimées par la chaleur sont violentes, et plus le spectre est complexe et continu.

Au contraire, plus rares sont ces molécules dans un espace donné, plus simple est le spectre qui ne se compose alors, que de quelques lignes seulement.

Quand une substance composée est exposée à une chaleur telle que les parties constituantes sont dissociées, les bandes spectroscopiques qui caractérisent le corps composé, deviennent plus minces et les lignes du métal augmentent en nombre, ce dont on peut s’assurer en considérantle diagramme ci-joint, où les bandes présentées par la combustion du chlorure de calcium, dans une lampe de Bunsen, disparaissent

pour netre remplacées que par quelques lignes dans le spectre fourni par l’arc électrique, employé comme foyer de combustion. Si l’on soumet un corps simple à un foyer de chaleur ou d’électricité de plus en plus intense, il donne des preuves de dissociation analogues, les bandes disparaissant et les raies devenant plus étroites. Outre ces

changements, de nouvelles lignes apparaissent à chaque forte élévation de la température.

Cette attitude des corps simples visà-vis de l’exploration spectroscopi- 1 que, tend à prouver qu’ils ne sont eux

Fig. 1. Spectre du chlorure de calcium. . , ,

lo A l’aide de la lampe de Bunsen. On aussi, CJU6 des COFps Composes, lïlcUS voit les espaces canelés et les bandes , , i i j i

propres aux deux corps constituants. des COFps composes Stables dailS les

2° A l’aide de l’arc électrique, ne lais- rnna;t;nno rnmm,]np, pt riissnriahles sant voir maintenant aue les raies nro- COUUIllons communes, et QISSOCiaüies

sant voir maintenant que les raies propres au corps s'

(D’après Roscoe.)

près au corps simple : le calcium, seulement à des hautes températures.

La comparaison de l’image spectrale des corps simples, observés dans nos laboratoires, avec cette même image dans le spectre solaire, fournit de nouvelles preuves en faveur de l’hypothèse de Lockyer.

La comparaison établie entre les deux hypothèses régnantes , nous montre que, puisque suivant l’ancienne hypothèse chaque corps simple représente une espèce invariable, son image spectrale doit toujours être semblable à elle-même, qu’elle soit recueillie à travers nos foyers de lumière artificielle du laboratoire, ou qu’elle le soit à travers le soleil comme foyer. Elle doit toujours être semblable à elle-même dans l’image spectrale des taches solaires ou dans celle des proéminences, elle doit toujours enfin, être identique à toutes les périodes de l’activité solaire.

Au contraire, suivant la nouvelle hypothèse de Lockyer, le spectre des métaux doit varier selon qu’on l’observe dans la lumière du laboratoire, ou dans la lumière du soleil; elle doit varier aussi, selon que le spectre solaire est fourni par une tache ou par une proéminence, parce que le rayon émané de la tache est moins chaud que celui émané de la proéminence; il doit varier enfin, avec les differentes périodes de l’activité solaire, car le soleil étant le plus chaud au moment du maximum des lâches, il doit y avoir dissociation plus parfaite des éléments à cette période.

En fait on constate : 1° que l’image spectrale d’un même corps simple, brûlant dans un foyer de lumière artificielle et celle recueillie

à travers le soleil, diffèrent l’une de l’autre (fig. 2); 2° que les spectres d’un corps simple pris dans un rayon émis par une tache ou par une proéminence solaire, diffèrent également entr’eux; enfin, que le spectre d’un corps simple dans le soleil, varie avec le maximum de la période des taches solaires.

SUN Soleil.

A RC Arc

J FEE BLE SPARK Etincelle électrique faible.

FLAME Flamme.

Fio. 2. Schéma du spectre du lithium observé dans diverses conditions de température (d’après Lockyer, Roy. Soc. Proc.., 12 décembre 1878).

D’après l’ancienne hypothèse, le spectre des proéminences solaires devrait se composer des raies que nous retrouvons communément dans nos expériences de laboratoire, parce que les éléments terrestres et les éléments solaires sont les mêmes; tandis que suivant la nouvelle théorie, ce même spectre des proéminences doit s’éloigner complètement du spectre de la lumière artificielle, les proéminences procédant d’une masse assez brûlante pour empêcher les atomes composants des corps simples, de s’agréger entre eux.

Le fait est que les raies des proéminences à l’exception de celles de l’hydrogène, du magnésium, du calcium et du sodium, sont ou d’origine inconnue, ou de simples lignes étroites apparaissant dans le spectre des éléments connus.

Les observations spectroscopiques nous portent donc à croire que les soi-disant corps élémentaires sont en réalité des corps composés dont les parties constituantes sont maintenues à l’état libre par de hautes températures dans le soleil et les étoiles, mais s’unissent quand cette température décroît.

Les vibrations puissantes imprimées aux molécules par l’étincelle électrique peuvent bien en dissocier quelques-unes dans les expériences de laboratoire, mais comme on n’a jusqu’ici trouvé aucun moyen de rendre la dissociation moléculaire permanente, ces molécules se réunissent de nouveau instantanément pour former le corps primitif, juste comme l’hydrogène et l’oxygène provenant de la dissociation de la vapeur d’eau, se combinent de nouveau instantanément pour reformer l’eau en passant dans un tube fortement chauffé, à moins qu’on les sépare de suite en utilisant la propriété de diffusion rapide de l’hydrogène à travers un tube poreux.

La seule objection qu’on puisse soulever contre l’hypothèse de

KH Bleu. Rouge.

Syrius.

Soleil.

Arc.

Flamme.

Fig. 3. Diagramme du spectre du calcium sous des conditions variées de température. Dans le spectre de Syrius la ligne K est absente tandis qu'elle est très marquée dans le spectre scolaire.

Lockyer gît en somme dans ce fait que jusqu’ici nous n'avons jamais réussi à isoler les substances provenant de la dissociation supposée des corps simples, et cela parce que ces substances à peine dissociées se recombinent aussitôt pour reformer le corps simple primitif. Une preuve cependant que les composants présumés du corps simple calcium peuvent rester séparés d’une manière permanente, nous est fournie par ce fait, que dans le spectre de deux étoiles fort brillantes et probablement très chaudes, Sirius et la Lyre (fig. 3), une seule des raies ultra-violettes du calcium est représentée.

Mais nous possédions encore une autre preuve de la nature complexe des corps dits simples, et cette preuve bien qu’insuffisante par elle seule pour nous faire abandonner résolument nos vieilles idées sur la nature simple des éléments primitifs, vient cependant corroborer fortement les données de la spectroscopie. Nous la trouvons dans les changements moléculaires éprouvés par l’oxygène sous l’influence de l’électricité.

L 'oxygène .est dissocié et les atomes composants se combinent de

nouveau de telle manière qu’ils forment un autre corps simple absolument différent de l’oxygène, l’ozone, lequel se comporte bien plus comme le chlore que comme l’oxygène, quoique ses combinaisons avec les métaux paraissent identiques à celles que forme l’oxygène.

A une haute température ses • a b ,

Fig. 4. Schéma de la formation de l’ozone par âtOITÎ6S SOIlt de nouveau dlSSOCléS

l’électricité. La figure a représente de l’oxy- . cprprnrïihinanl refnrmpnt l’nxvgène avant et la figure b de l'ozone et de l’oxy- et se recommnani I eiOI meill 1 oxy

gène après le passage de l’étincelle électrique èfi primitif. Quand l’ozone

Les molécules d oxygène renferment deux et i ^

les molécules d’ozone trois atomes. (D après forme une combinaison avec une

Lockyer.)

autre substance, la chaleur développée paraît être suffisante pour dissocier les atomes de l’ozone de telle sorte que dans le corps composé nous retrouvons simplement de l’oxygène.

Le soufre fondu se prend par refroidissement en une substance jaune et cassante; chauffé à 200° C., il devient brun et épais; coulé dans l’eau froide, à cette température, il forme une masse rougeâtre, molle et élastique. Le soufre jaune-cassant et le soufre rougeélastique paraissent être des substances entièrement différentes; le soufre mou se transforme, au bout de quelques heures, en soufre cassant, à la température ordinaire. Les vapeurs du soufre mou comme du soufre cassant, se condensent sous forme de soufre ordinaire; mais si on refroidit brusquement ces vapeurs, le soufre obtenu, tout en ressemblant à du soufre ordinaire par ses caractères extérieurs, en diffère cependant par son insolubilité dans le sulfure de carbone. D’après la nouvelle hypothèse, les différentes variétés de soufre seraient en réalité des corps différents, ou plutôt des agrégats différents, à la façon de l’oxygène et de l’ozone. Cette manière de voir s’impose, si l’on songe qu’aux températures peu élevées, lavapeur de soufre a une densité trois fois plus grande qu’elle ne devrait être, c’est-à-dire que la molécule de soufre, à ces températures, contient six atomes au lieu de deux. Ce n’est qu’à une très haute température, que la densité de la vapeur du soufre suit la règle générale.

Le phosphore nous offre encore un exemple d’un -corps simple se présentant sous deux formes si différentes que l’on pourrait les considérer comme deux corps absolument distincts, s’il ne se trouvait que nous pouvons transformer l’un en l’autre. Ces deux formes de phosphore, le rouge et le blanc, ne diffèrent pas seulement entr’elles par la couleur, mais encore par leur densité, leur chaleur spécifique, leur promptitude à s’enflammer et leur chaleur de combustion.

Le phosphore blanc est un poison violent tandis que le rouge est inoffensif. Ce sont donc sous bien des rapports des corps différents, mais jusqu’ici nous nous sommes contentés de les considérer comme des formes allotropiques d’un même corps simple.

Dans ses combinaisons nous trouvons que le phosphore est quelquefois p enta — et quelquefois Anatomique, que de ses composés avec l’oxygène les uns sont toxiques, les autres ne le sont pas.

Ainsi l’acide orthophosphorique H3Ph(D est inoffensif, tandis que l’acide pyrophosphorique H4Ph207 et le métaphosphorique HPhO3 sont tous deux toxiques.

Cependant l’argument le plus frappant nous est fourni par le carbone. Voilà un seul et même corps simple que non seulement nous voyons sous trois formes si essentiellement disparates comme le dia-

mant, le charbon de bois et le graphite, mais que nous retrouvons encore dans des combinaisons variées, jouant les rôles les plus différents.

Nous expliquons ces faits maintenant en disant que le carbone s’unit avec lui-même dans la formation des divers radicaux et en arrive à former ainsi ce que pratiquement on peut considérer comme de nouveaux corps simples.

Un autre exemple nous est fourni par Y ammoniaque dont les sels sont absolument aussi bien caractérisés que ceux de la soude et de la potasse.

L’amalgame que l’ammoniaque forme avec le mercure indique que nous sommes peut-être en présence d’un véritable métal comme le sodium ou le potassium, mais cela n’est pas bien prouvé. Les trois métaux, sodium, potassium et ammonium (en le supposant métal) présentent une égale promptitude à s’oxyder, de sorte qu’il est difficile de conserver le métal à l’état de pureté bien que l’oxyde soit lui-même stable; toutefois les oxydes du potassium et du sodium sont solides et celui de l’ammonium est gazeux. L’ammonium n’a pas été isolé et son existence est présentée comme hypothétique dans les manuels de chimie. Mais les sels d’ammonium sont passablement tangibles et la seule question que nous ayons à nous poser aujourd’hui est de savoir si le potassium, le sodium et tous les soi-disant corps simples ne sont pas réellement des corps composés au même titre que l’ammonium.

Certaines gens considèrent encore les espèces comme immuables et tiennent pour non prouvée la théorie de Darwin sur l’évolution des espèces.

Les arguments apportés à l’appui de l’évolution des corps simples ayant pour origine une seule et unique forme de matière, sont peutêtre moins puissants que ceux invoqués en faveur de l’évolution des espèces, mais la théorie de Lockyer présente cet avantage qu’elle permet d’expliquer certains phénomènes dont l’interprétation est restée jusqu’ici fort embarrassante.

En étudiant l’action physiologique des médicaments, il peut être au moins utile d’avoir cette hypothèse présente à l’esprit et de nous souvenir que ce que nous avons toujours jusqu’ici eu coutume de considérer comme corps simples, pourrait bien n’être autre chose que des radicaux, avec cette différence que si nous pouvons dédoubler avec une certaine facilité les radicaux organiques, il ne nous est pas possible d’en faire autant, du moins pour la majeure partie, avec les corps simples.

Cela nous montre que comme pharmacologistes il nous faut apporter autant d’attention à la composition moléculaire qu’à la composition empirique des corps, et prendre en considération la forme cristalline et l’agrégation physique dans toutes nos observations concernant les relations existant entre les corps simples ou les corps composés et l’organisme vivant. Il ne suffira pas, par exemple, de parler de l’action du phosphore sur l’organisme, comme si celle-ci était invariable, car elle différera avec la composition moléculaire de la substance selon que l’on considérera le phosphore rouge ou le phosphore blanc, et l’action de telle substance organique peut être absolument différente de celle de son isomère.