TRAITE J)E PHYSIQUE

Gepoiulaivl , si les variations de température dans des limites assez étendues ne changeaient pas assez la densité des corps pour apporter des différences notables dans la valeur du volume spécifique , il s'ensuivrait que les détei*miiuitions obtenues différeraient peu de celles que l'on aurait h la limite , c'est-à-dire à la température où les molécules des corps cessent de se rapprocher d'une manière appréciable à nos instruments. L'une de ces déterminations faite à une température convenable pourrait donc être prise pour la valeur approchée du volunu^ spécifique. Voyons pour cela les changements qui s'opèrent dans la densité des corps; dans les métaux , par exemple, quand on fait varier leur température. Le plomb , à la température de lo° environ, a une densité égale à 1 1 ,3523 ; sa dilatation cubique de 0 à 100*^ étant (Je l^ sa densité à 30° sera donc égale à 11,333, c'est-à-dire qu'elle différera de la précédente de yiwô. Ainsi k volume spécifique du plomb qui, dans le premier cas, était de 1 1 4,03, sera, dans le second, de 1 14,22. Le cuivre a pour densité à la même température, 8,7880; sa dilatation de 0 à 100" est de -^f^j ; par conséquent , à 30" , sa densité sera égale à 8,778 , laquelle différera de la précédente de yoo- Dans le premier cas, le volume spécifique est de 45,02; dans le second, de 45,09.

Nous voyons que dans les raétaisx la différence entre les volumes spécifiques à des températures de 10 à 30'^ n'est pas assez grande pour empêcher qu'on ne prenne , comme valeur approchée du volume spécifique, une de celles que l'on a obtenues. Dans les substances mauvaises conductrices de la chaleur, l'erreur que l'on commet est encore moins grande , en prenant pour volume spécifique la valeur obtenue à la température ordinaire. En effet, prenons pour exemple le spath d'Islande; quand on fait varier sa température de

0 à 100°, on trouve que la densité varie dans la proportion de

1 00196 à 1 , d'où l'on conclut que le volume spécifique passe de 232,36 à 232,80, différence qui porte sur les dixièmes. On voit donc qu'en prenant la densité à de basses températures, on peut obLenir, pour le volume spécifique , une valeur peu éloignée de celle qu'on aurait à la limite. Ainsi donc , bien que l'on n'ait pas des valeurs rigoureusement exactes , néanmoins on peut apercevoir les lois précédemment indiquées dans les résultats de M. Kopp, lois qui régissent la constitution des combinaisons par les volumes.

La constitution des combinaisons solides ou liquides d'après les volumes , envisagée sous le point de vue de M. Kopp, nous servira à circonscrire dans ses justes limites la théorie de l'isomorphisme

CO.NSTITUTION MOLÉCULAIRE. 259

dont lions parlerons bientôt ; mais en attendant , nous ferons remarquer que les suppositions d'où il part pour calculer la densité des combinaisons cliimiques , solides ou liquides , conduisent à des résultats tellement identiques avec ceux de l'obserx ation , qu'on ne saurait se dispenser de les prendre en considération. Au surplus, nous y reviendrons en exposant l'isomorpliisme.

Des théories cristallo-atomiques.

La combinaison ayant lieu en proportions définies par atomes , et non par fractions d'atome , il s'agit de montrer comment on conçoit que ces atomes , en leur supposant une forme sphérique , puissent donner naissance, par leur groupement, à des molécules dont l'arrangement régulier produit des formes géométi-iques appelées cristaux. On peut imaginer bien des théories pour expliquer de semblables groupements , mais on ne doit attacher de l'importance qu'à celles qui s'appuient sur les résultats de l'analyse chimique , et les propriétés physiques des corps résultant de ces groupements.

M. Ampère a suivi le premier cette marche dans sa théorie cristallo-atomique , qui a l'avantai^e , tout en expliquant les formes cristallines des corps , de faire connaitre , en raison des conditions auxquelles sont assujetties ces formes , si luie combinaison est possible ou non. Cette théorie est encore basée sur ce principe , que les molécules des corps étant tenues, par l'action des forces attractives et répulsives , à des distances infiniment grandes relativement à leurs dimensions , leur forme ne peut avoir aucune influence sur les propriétés de ces corps; celles-ci ne devant , par conséquent , dépendre que du nombre et du groupement des molécules.

Voici comment a raisonnné M. Ampère : Les molécules sont formées de particules élémentaires, et comme tout espace a au moins trois dimensions , il est nécessaire que chacune d'elles soit formée au moins de (juatre particules, attendu que pour circonscrire un espace, il faut au moins quatre plans passant chacun par les centres de gravité de trois de ces particules. Dans les cas où les molécules renferment un plus grand nombre de particules ou d'atomes, les plans qui limitent leur volume passent chacun par les centres de gravité de trois atomes, et laissent d'un même côté tous les autres atomes, sans quoi il y aurait des angles rentrants dans les cristaux. On peut ainsi former des polyèdres qui représentent les molécules des corps. Passons aux applications.

Dans les gaz simples ou composés , les molécules sont tenues par

•2V,0 TUUTK BK IMIYSJQLK.

la Ibi'co expansive de la chaleur à des distances i)eaucoiip plus grandes que celles ou l'affinité et la cohésion exercent leur action. Ces distances ne doivent donc dépendre que de la température et de la pression ; d'où il suit qu'à des températures et à des pressions égales, les molécules de tous les gaz sont placées à même distance, et que leur \olume doit être proportionnel à celui des gaz; mais comme il arrive que des gaz ne fournissent dans les combinaisons qu'un demi-volume, et que l'on ne saurait admettre la divisibilité des particules ou atomes, M. Ampère suppose, avec raison , que les molécules des gaz simples, tels que l'oxygène, l'hydrogène, l'azote, sont composées (l'un nombre pair suffisant d'atomes pour que toutes les comhinaisjns connues satisfassent à ces conditions. La supposition la plus simple esc d'admettre que les molécules de ces gaz sont composées de quatre atomes; par conséquent, la molécule de gaz nitreux serait formée de deux particules d'oxygène et deux atomes d'azote ; celle de gaz oxyde d'azote, de quatre atomes d'azote et deux d'oxygène; celle de la vapeur d'eau, de quatre d'hydrogène et deux d'oxygène ; celle du gaz ammoniacal, de six d'hydrogène et deux d'azote. Pour la molécule de chlore , on ne pourrait expliquer ses combinaisons qu'en admettant qu'elle soit composée de huit atomes, ainsi de suite. Pour grouper quatre, six, douze atomes, etc., de manière à former le tétraèdre, l'octaèdre, le paralléliplpède et le prisme, le dodécaèdre rhomboïdal, on raisonne de la manière suivante :

Prenons deux atomes réunis par une ligne et deux autres atomes disposés de la même manière dans le même plan , de manière que les deux lignes se coupent en deux parties égales et à angle droit. Si on écarte ces deux lignes en les tenant toujours dans le même plan dans une position parallèle, on aura un tétraèdre régulier quand les deux lignes, étant égales, auront été écartées l'une de l'autre à une disîancequisoità la longueur : : 1 : v/2. Si l'on conçoit maintenant trois atomes joints par des lignes formant un triangle quelconque, et (ju'on place dans le même plan un autre triangle égal au premier dont la situation soit telle que les deux triangles aient leur centre de gravité au même point et leurs côtés égaux respectivement parallèles à leur position primitive, on obtient les six sommets d'un octaèdre, qui ne sera régulier que dans le cas où les triangles seront équilatéraux, et qu'on les aura écartés perpendiculairement à leur plan d'une quantité qui soit à leurs côtés

CONSTITUTION MOLÉCULAIKK. 2{Sl

En suivant la même marche, M. Ampère a montré qu'un parallélipipède est formé de la réunion de deux tétraèdres : si ceux-ci sont réguliers, le parallélipipède devient un cube; qu'un prisme hexaèdre peut provenir de la réunion de deux octaèdres, et qu'en combinant ensemble deux tétraèdres et un octaèdre, on obtient un dodécaèdre; que l'octaèdre réuni d'une certaine manière avec le tétraèdre donne un hexadécaèdre formé de quatre faces triangulaires équiiatérales et douze isocèles ; que deux octaèdres réunis en prisme hexaèdre peuvent se joindre à deux tétraèdres formant un cube, et donner un polyèdre à vingt sommets composé de trente faces, savoir : six parallélogrammes rectangles et vingt-quatre triangles isocèles. Ainsi, en continuant ce mode de combinaison de divers solides, M. Ampère est parvenu à obtenir des polyèdres de cinquante-quatre, de soixantesix, de quatre-vingts faces, et même au delà, qui représentent les divers arrangements des atomes de tous les corps dont le nombre est déterminé par l'expérience. Par cette détermination , on a effectivement la figure polyédrique qui correspond à la molécule; mais estce bien là la figure de la molécule? Quelle preuve en donne M. Ampère? aucune. Il n'a pas cherché si le système cristallin d'une combinaison s'accordait avec le principe de la molécule constitutive déterminé par ses vues théoriques. jNéanmoins, en suivant les déductions de cette théorie, on trouve qu'en comparant les combinaisons de l'hydrogène et de l'oxygène avec différents corps, à l'exception du chlore et du soufre, dont les combinaisons avec l'hydrogène jouent le rôle d'acide, on trouve qu'une même quantité d'un corps susceptible de s'unir à l'hydrogène s'y combine de manière qu'en général il y a dans chaque partie du composé quatre atomes d'hydrogène de plus qu'il n'y a d'atomes d'oxygène dans la combinaison correspondante du même corps avec ce dernier gaz ; comme moyen de vérification de la théorie, on peut, la composition des corps étant connue, déterminer les rapports des quantités d'acide, de base, et même d'eau de cristallisation qui doivent se trouver dans les sels acides, neutres, sursaturés d'unemêmc espèce, ou quand on connaît les formes représentatives des molécules de l'acide et de la base. Si Ton considère, par exemple, la forme des particules de l'acide siilfurique, forme déternu'née par le nombre d'atomes qui entrent dans sa composition conformément aux vues précédentes, on trouve, d'après l'expérience, que la plupart des sulfates sursaturés doivent contenir trois fois plus de base que les sulfates neutres, et que la quantité d'acide sulfurique est , dans les sull'ates acides, le double de celle

262 TRAITÉ DE PHYSfQUE.

des sulfates neutres, tandis que l'acide sulfureux, d'après la forme représentative de ses molécules , peut former, avec lammoniaque, un sel acide où il entre en plus i^rande quantité que dans le sulfate neutre. On voit par là que les considérations géométriques de M. Ampère, basées sur la composition atomique des corps, ont des moyens de vérification auxquels peuvent s'exercer ceux qu'intéresse ce genre de recherches. Les vues que nous venons d'exposer sont certamement très-ingénieuses et de nature à être prises en considération, puisqu'elles reposent sur la composition des corps en proportions atomiques; mais elles ont néanmoins l'inconvénient d'admettre dans la science, pour forme des molécules, des polyèdres très-compliqués, dont il est difficile, sans un examen assez approfondi , de saisir la construction.

D'un autre côté, M. Ampère s'est attaché plutôt à satisfaire à la composition atomique qu'à vérifier si ses formes moléculaires étaient d'accord avec celles des molécules des corps que l'on peut obtenir cristallisés. C'est pour parer à ces deux inconvénients que M. Gandin, tout en évitant, comme M. Ampère, les demi-atomes, et en satisfaisant à la loi de symétrie et à la composition atomique, a cherché à représenter les formes des molécules par des polyèdres moins compliqués que ceux dont il a été question précédemment , et en s'attachant à démontrer que, dans les cas de vérification possibles, ces formes s'accordaient avec celles de la nature. Ces modifications à la théorie de Ampère méritent d'être prises en considération.

Voici les principes qui ont servi de base à M. Gaudin pour le groupement des particules :

1° Les atomes ne viennent jamais au contact.

2° Leur distance varie suivant les oscillations qu'ils exécutent sans cesse.

3** Dans les combinaisons, il y a pêle-mêle général des atomes.

Néanmoins , les atomes doués d'un fort pouvoir électro-chimique occupent dans la molécule constitutive les positions principales; ainsi, le potassium, etc., le plomb, etc., et jamais l'hydrogène, l'azote, etc., forment le noyau de la molécule.

4° Lorsque plusieurs atomes identiques se groupent dans un même plan autour d'un autre atome, c'est toujours au nombre de 2, 3, 4, 6, ou 12; les nombres 5, 7, 9, etc., sont exclus. Les plus usités sont 4, 6 et 8. Dans le cas où l'atome principal est celui d'un métal et les autres atomes ceux d'oxygène , on a , en les joignant par des lignes droites, des polyèdres de 4, 6 et 8 côtés.

Voici quelques exemples de liroupement. Un volume de chlore, en se combinant avec un volume d'hydrogène , donne naissance à deux volumes de gaz acide hydrochloriqiie. Il faut donc qu'une particule de chlore, en se combinant avec une particule d'hydrogène, produise deux particules de gaz acide hydrochlorique. Or, cette combinaison ne saurait s'effectuer, d'après M. Gandin, qu'en acbnettant que les particules soient snsceptibles de se diviser en deux. Il faut donc admettre, pour satisfaii-e à la loi de composition, que la particule soit composée d'un nombre pair d'atomes, comme M. Ampère l'a indiqué. M. Gandin a fixé ce nombre à deux pour les particules de chlore et d'hydrogène.

De même, un volume de gaz oxygène, en se combinant avec deux volumes de gaz hydrogène, donne deux volumes de vapeur d'eau. Il faut donc que chaque atome d'oxygène s'approprie deux atomes d'hydrogène. La particule d'eau sera donc composée de trois atomes, ce qui exige que la pai-ticule d'oxygène soit biatomique. C'est par des considérations du même genre que l'on trouve que les particules du carbone et des métaux sont atomiques, celles du phosphore à l'état de vapeur tétratoraiques ; celles du soufre hexatomiques.

Nous ne pousserons pas plus loin les conséquences que l'on peut tirer des vues théoriques de M. Ampère, modifiées par M. Gandin, attendu que nous avons voulu seulement montrer les efforts que l'on avait faits pour arriver à la connaissance de la forme des molécules, en s'appuyant sur la composition atomique, la loi de symétrie et même la forme cristalline de quelques corps et indiquer la marche à suivre dans des recherches de ce genre. Quoique l'on doive se mettre en garde contre les déductions que l'on pourrait tirer de la théorie que nous venons d'exposer, néanmoins, comme elle est basée sur des faits, qu'elle les embrasse presque tous, nous avouo dû lui donner place dans ce traité.

D'après ce que nous venons de voir , on conçoit que l'on puisse grouper les atomes de bien des manières pour en former des molécules intégrantes, et arriver ensuite aux formes cristallines. M. Baudrimont a fait aussi un essai de ce genre ; nous allons rapporter sa manière de voir, fondée également sur les principes de iM. Ampère.

Lorsque les atomes s'arrangent pour former une molécule intégrante, ils se groupent régulièrement. Dès que les molécules intégrantes sont assez écartées les unes des autres, pour se mouvoir librement et se rapprocher lentement, il en résulte des composés cristallisés ; d'où il suit (juc les formes de ces derniers doi-

vent dépendre du nombre et de l'arrangement des atomes; par conséquent la nature des atomes peut changer sans que celle des molécules puisse varier. Prenons pour exemple l'iodure de potassium dont la formule est I ^ K ; ce composé cristallise en cube. Le chlorure de potassium , qui a une formule semblable Cl ' K , cristallise de la même manière. Les carbonates, dont la formule est la même, cristallisent dans le système rhomboédrique ; seulement, les angles du rhomboèdre présentent quelques différences. Voyons maintenant, en suivant toujours la méthode de M. Baudrimont, comment, la composition et la forme cristalline dune combinaison étant connues, les atomes doivent être groupés pour donner naissance à cette forme cristalline. Prenons pour exemple le sulfure de plomb qui cristallise dans le système cubique, et dont la formule est S' PI.; or, deux atomes égaux ne peuvent former un cube , puisqu'il en faut au moins huit , quatre de chaque espèce, disposés sur chacune des faces de la manière sui-

vante : p <^ ; dès lors la molécule se compose de quatre atomes. Si Ion considère le sel marin. Cl ^ Na,il faut prendre un nombre d'atomes suffisant pour former un cube; or, la supposition la plus simple est d'admettre neuf atomes de ce chlorure , savoir, neuf de sodium et dix-huit de chlore. Ces éléments sont alors disposés de la manière suivante pour la première tranche :

Na. Cl. >"a.

Cl. Cl. Cl.

Na. Cl. Na.

La troisième tranche est comme la première. Cette méthode qui parait assez rationnelle, montre que les formules chimiques n'expriment seulement que le rapport du nombre des atomes. Prenons un autre exemple dans la chimie organique. Le camphre, qui cristallise dans le système cubique, a pour formule C'° H"' 0 ; or, comme la somme des atomes est égale à vingt-sej)t , le nombre de ces atomes est précisément celui qui convient pour former le cube. Ces exemples suffisent pour donner une idée de la méthode de M. Baudrimont.

CONSTITUTION MOLECULAIBE. 265