CHAPITRE IL

De la coliésion.

L'attraction des molécules des corps ne s'exerce qu'à dos distances infiniment petites, non perceptibles par conséquent à nos sens, et décroissant avec une extrême rapidité. Ce n'est plus très-probablement en raison inverse du carré de la distance , mais bien d'une puissance inconnue de cette distance qu'elle agit. Il faut y rapporter : 1° les ef-

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fets de l'action mutuelle des molécules similaires , ou de la force d'agrégation appelée cohésion ; 2" les phénomènes capillaires produits au contact des solides et des liquides ; 3" les actions entre les molécules hétérogènes comprenant les phénomènes chimiques. Les forces qui produisent ces phénomènes, avec l'électricité, la chaleur, la lumière et la pesanteur, complètent le système de forces qui régit la nature inorganique et intervient dans la nature organique. Nous allons exposer successivement les effets généraux de l'attraction agissant à de petites distances, après avoir dit quelques mots cependant de l'inertie de la matièro, dont on a fait une force, quoiqu'elle ne représente en réalité qu'un état passif. Tout corps persévère dans l'état de repos ou de mouvement ; ce défaut d'aptitude à apporter par lui-même aucun changement dans son état actuel, est appelé inertie. Or, lorsqu'un corps en mouvement est sollicité par une force, ce mouvement est accéléré, ralenti, ou la direction de ce corps est changée, suivant l'intensité et la direction de cette force. Si celle-ci est entièrement opposée à la ligne parcourue par le corps, les effets produits peuvent être comparés à ceux d'une résistance. De môme, quand un corps est en repos, il oppose une résistance à l'action d'une force qui tend à lui faire perdre cet état 5 cette résistance , ce défaut d'aptitude qu'a le corps pour entrer en mouvement par lui-même, peut donc être assimilé à une force agissant en sens inverse. C'est sous ce point de vue que l'on envisage l'inertie de la matière comme une force , qui intervient dans l'action de celles dont il va être question. C'est pour ce motif que nous en faisons mention.

Pour avoir une idée de la cohésion, on n'a qu'à presser l'un sur l'autre avec frottement deux disques de verre parfaitement polis ; si l'on veut ensuite les séparer, on éprouve une résistance plus ou moins grande , qui augmente tellement avec le temps , que l'on a vu des glaces adhérer avec une si grande force, qu'on les aurait brisées plutôt que de les séparer. On doit rapporter également à la même cause la formation de certains grès composés de petits grains de quartz adhérents les uns aux autres sans l'intermédiaire d'un ciment; ainsi que la production de ces masses compactes qui se forment à la longue dans des poudres homogènes, comme M. Chevreul en a vu un exemple dans du soufre très-divisé. Ces effets, qui n'ont lieu toutefois qu'au contact immédiat, sont produits quchpie minces que soient les corps. C'est donc un phénomène de surface , c'est-à-dire provenant seulement de l'action des molécules composant ces surfaces, et agissant par conséquent à de petites distances. Pour concevoir comment la cohésiou

208 TBAITÉ DE PHYSIQUE.

augmente avec le temps, soit dans l'adhésion des disques, soit dans la production des grès, il faut admettre que son action prolongée sollicite les molécules à de petites oscillations en vertu desquelles les parties saillantes de chaque surface se placent dans les Interstices de l'autre, et d'où résulte un rapprochement plus intime. Pour estimer avec précision le degré de résistance qu'opposent avec le temps les corps à leur séparation , il faut diriger la force qui tend à produire celle-ci dans le sens où elle agit , c'est-à-dire dans le sens perpendiculaire aux surfaces de contact. Parmi les effets nombreux de la cohésion , nous citerons la forme sphérique que prennent de très -petites masses liquides projetées sur un plan n'exerçant sur elles aucune action , et cette propriété que possèdent tous les corps de cristalliser , c'est-à-dire de prendre une forme régulière en passant plus ou moins lentement de l'état liquide ou gazeux à l'état solide, quand aucune cause perturbatrice ne vient y mettre obstacle. Dans ce cas , le cristal est formé de molécules similaires qui n'ont pu se réunir qu'autant qu'elles ont eu toute liberté d'effectuer les mouvements oscillatoires nécessaires, pour qu'elles présentent les unes aux autres les faces convenables.

D'après la définition que nous avons donnée de la cohésion , cette forcedoit être nulle ou à peu prèsdauslcs gaz, sensible dans lesliquides, et acquérir son maximum quand les molécules prennent l'état solide et que le corps possède la plus basse température. C'est pour ce motif qu'en chauffant les corps, on diminue la cohésion jusqu'au point de la liquéfaction. Peu d'expériences ont été faites dans le but de connailre la loi que suit la diminution de la cohésion avec la température. Nous parlerons, au chapitre des phénomènes capillaires, des expériences qui ont été faites à ce sujet, d'une part, par M. Gay-Lussac, de l'autre, par nous et M. Ed. Becquerel. Nous reviendrons également sur la cohésion , en parlant de l'affinité, dans les actions de laquelle elle intervient.

La cohésion est loin d'être la même dans tous les corps ; elle varie non-seulement en raison de leur nature, mais encore avec l'arrangement de leurs molécules. C'est aux modifications qu'elle éprouve qu'il faut rapporter non-seulement dans tous les corps , mais encore dans le même corps, ces propriétés ou plutôt ces qualités désignées sous la dénomination de dureté, fragilité^ ductilité, élasticité , qui varient suivant l'arrangement des molécules et la température, et que l'on a un si grand intérêt à connaître pour les besoins des arts. Énumérons les différents effets de la cohésion.

COHESION. 209

De la cristallisation.

La cohésion nous conduit naturellement à l'étude de la force en vertu de laquelle les molécules similaires se groupent régulièrement pour former des cristaux , ou du moins des circonstances principales qui modifient son action , car la nature de la force nous est tout à fait inconnue. Une substance tenue en dissolution dans un liquide cristallise, toutes les fois que ce liquide s'évapore lentement, qu'aucune cause ne met obstacle à l'action de la force d'agrégation , ou bien lorsque les molécules de cette substance , en se déposant lentement , peuvent se placer les unes à côté des autres, suivant les faces convenables; mais, dans tous les cas, la forme du cristal qui en résulte est susceptible de varier, comme la nature nous en offre un grand nombre d'exemples. M. Beudant, qui a fait une série nombreuse d'expériences pour déterminer les causes de ces variations , eu reconnaît trois fondamentales, dont chacune peut agir isolément, ou avec les deux autres, ce qui donne naissance à cette multitude de formes qu'une même substance peut affecter. Voici ces causes :

l" Les mélanges mécaniques de matières étrangères qu'un sel peut entraîner en cristallisant; 2° la nature du liquide au milieu duquel se forment les cristaux, laquelle peut varier par la présence des matières solides, liquides et gazeuses tenues en solution et non susceptibles de se combiner avec la substance qui cristallise; 3" la combinaison en proportions variables dételle ou telle substance avec celle qui cristallise. Citons quelques exemples de l'influence de ces trois causes.

Influence des mélanges mécaniques. En général, on observe dans la nature que les cristaux mélangés mécaniquement de matières eu particules plus ou moins fines ont toujours une forme plus simple que ceux formés d'une substance pure. Les cristaux d'axinite, de feldspath en sont une preuve. La même chose arrive quand on fait cristalliser un sel au milieu d'un dépôt de matières incohérentes, en particules très-fines, et dont les cristaux en entraînent toujours une portion qui s'y trouve à l'état de dissémination.

Influence de la nature du liquide. Cette influence se fait sentir, soit par un changement de forme , soit par la production de facettes additionnelles. Le chlorure de sodium, par exemple, cristallise presque toujours en cubes dans l'eau pure, en cubes tronqués sur les angles dans une solution d'acide borique. L'alun prend la forme octaédrique en cristallisant dans l'acide nitrique ; celle de l'icosaèdre dans II. i4

l'acide chlorhydrique; en ajoutant dans ce dernier cas de l'alumine, on fait naître des faces du cube plus ou moins étendues. Dans l'eau pure, ce sel donne l'octaèdre complet. On fait varier la cristallisation de plusieurs sels , en versant quelques gouttes de leur acide dans leur solution , etc.

Des effets analogues ont dû être produits dans la nature lors de la formation des substances minérales qui ont rarement cristallisé seules. On observe effectivement qu'un même composé affecte en général la même forme quand îl est accompagné des mêmes substances , et qu'il présente des formes diverses quand il se trouve entouré de substances différentes. Ainsi, l'arragonite des mines de fer est en cristaux pyramidaux très-aigus; elle est, au contraire, en cristaux prismatiques dans les argiles gypseuses des dépôts salifères. Nous pourrions citer bien d'autres exemples semblables , mais ceux-ci suffisent pour montrer l'influence des matières mélangées sur la cristallisation.

Influence des matières qui se combinent. Les modifications dues à cette influence sont du même ordre que celles produites par la cause précédente. Ainsi le sulfate de fer, mélangé de sulfate de cuivre, prend toujours la forme simple d'un prisme oblique rhomboïdal. Le sulfate de nickel produit le même effet, celui de zinc un effet différent, etc., etc. Les mélanges chimiques modifient également les formes : par exemple, l'alun parfaitement pur cristallise dans l'eau pure en octaèdre plus ou moins modifié; vienton à le faire cristalliser dans une solution simple d'alumine assez concentrée pour qu'il en entraine une partie, il prend la forme cubique. Lors donc qu'on place un cristal, tel qu'un octaèdre d'alun, dans une solution qui donne ordinairement la forme cubique , le premier continuera à s'accroître, mais prendra la forme cubo-octaèdre pour arriver au cube. Des effets semblables ont dû se produire et se produisent probablement encore dans la nature, surtout quand on voit sur le même groupe des formes différentes superposées , ce qui tend à prouver qu'elles n'appartiennent pas aux mêmes époques.

Les observations qu'on a faites sur la production de gros et de petits cristaux, nous indiquent qu'en général les premiers sont formés quand la solution est plus volumineuse et que la concentration a été mieux conduite ; que les seconds s'obtiennent ordinairement dans de petits vases, ou lorsque la solution est plus étendue. On peut cependant obtenir un ou plusieurs gros cristaux avec une solution peu volumineuse , en enduisant les parois intérieures du vase d'une couche

de matière grasse , à l'exception de l'endroit où l'on veut obtenir un cristal. On peut encore placer la solution dans un vase cylindrique étroit , ayant dans le bas une petite cavité où s'opère la cristallisation. Au moyen de cette disposition, la solution est toujours saturée dans la partie inférieure quand il ne se produit plus de cristaux sur les parois , puisque , lorsque la solution est épuisée dans le bas , elle est remplacée immédiatement par celle des couches supérieures.

11 n'a été question jusqu'ici que des causes qui président à la production des cristaux réguliers, et nullement de celles dont l'action donne naissance à des formes plus ou moins oblitérées qui ne permettent pas toujours de reconnaître les formes régulières d'où elles dérivent. Cette partie de la cristallographie est encore peu avancée. Voici néanmoins ce que nous savons à cet égard : pour obtenir des cristaux réguliers , il faut que la solution soit dans un état de concentration suffisante et que rien ne trouble la cristallisation; si l'évaporation est interrompue ou que la solution prenne de l'eau à l'atmosphère, alors les arêtes des cristaux s'arrondissent et leur surface devient rugueuse.

Avec une solution trop concentrée, on a souvent des groupes irréguliers de cristaux , et quand ils se forment dans une solution très-concentrée au milieu d'une matière terreuse, ils se présentent assez fréquemment avec des faces creuses, les arêtes seules étant nettement formées. Les cristaux naturels à faces creuses paraissent se former dans des circonstances semblables , comme nous en avons la preuve dans les cristaux de quartz qui se rencontrent au milieu de matières terreuses incohérentes.

Les cristaux aciculaires se produisent à certains degrés de température; ainsi on peut, avec la même substance, obtenir à volonté des aiguilles ou des cristaux parfaitement réguliers : plusieurs sels, tels que le sulfate simple d'alumine , ne peuvent être obtenus que sous forme d'aiguilles.

On obtient des dendrites quand les dissolutions salines sont peu

concentrées et que l'évaporation est peu rapide , et, dans ce cas , les

j molécules salines se déposent les unes à côté des autres sur les parois

des vases, et y forment des végétations plus ou moins Irrégulières,

I ayant de la ressemblance avec les arborescences.

M. Beudant a fait des expériences curieuses qui mettent sur la voie du mode de formation de certaines mâclcs : en faisant cristalliser du Sulfate de soude , du sulfate double de potasse et de magnésie , du tftrtrate de potasse et de soude, etc., au milieu d'un précipité de cya-

'212 TKAITÉ DE PHYSIQUE.

mire de fer, il a reconnu que la partie de cette dernière substance, qui est entraînée dans l'intérieur du cristal par l'action cristallisante , présente une pyramide quadrangulaire à base carrée ou à base rhombe, plus ou moins allongée , suivant le sel , et dont les arêtes forment souvent des prolongements suivant les diagonales du solide, en dessinant sur sa base une croix plus ou moins nette. Quelquefois aussi la matière bleue se dépose en couches plus ou moins espacées , parallèles aux faces prismatiques du cristal.

Il existe encore des structures accidentelles, dues à des causes que nous devons indiquer. La structure saccbaroïde a lieu avec une solution très-concentrée, qui, en se prenant en masse, forme un agglomérat de très-petits cristaux. La structure fibreuse est le résultat de l'accumulation dans le sens longitudinal, de molécules formant des dendrites, ou bien lorsque la solution s'échappe par des fissures de matières poreuses. Dans la nature, on trouve des effets du même genre produits dans des circonstances analogues ; c'est ainsi que les substances fibreuses remplissent ordinairement des fissures dans les roches. Nous nous bornons à indiquer les causes générales, ne pouvant entrer dans tous les détails des circonstances très- variées qui en modifient les effets. Il ne reste plus maintenant , pour compléter ce que nous avons à dire sur les causes qui concourent à la production des cristaux et aux modifications qui en résultent quelquefois, qu'a parler de celles qui influent sur le changement de système cristallin.

Eu traitant de la structure cristalline des corps ( t. I, p. 281), on a "VU qu'une substance pouvait cristalliser dans deux systèmes différents, et que deux substances de nature différente pouvaient prendre des formes identiques. M. Beudant, qui a tâché de remonter aux causes de variation du système cristallin, a trouvé quelques résultats qui ne sont pas sans intérêt pour la physique moléculaire. Suivant lui, ces causes paraissent dépendre de la nature du dissolvant. Voici comment il s'exprime à cet égard, après avoir rappelé que l'eau peut dissoudre souvent à saturation deux sels différents; cela posé, voici ce qui arrive ordinairement : « Si le sel que l'on fait dissoudre dans un liquide déjà saturé « par un autre sel est plus cristallisable que celui-ci , il arrive qu'il se « dépose bientôt eu cristaux , qui, au lieu d'affecter la forme qui leur « est particulière, prennent celle de l'autre sel.» Le nitrate de chaux et, celui de potasse en solution saturée sont dans ce cas , car le nitrate del potasse cristallise dans le système rhomboédrique , qui est celui! du nitrate de chaux , au lieu du système prismatique rectangulaire' droit, qui lui est propre. Le sulfate de fer cristallise eu octaèdre ré-

COHESION. 213

gulier, dans une solution renfermant à la fols beaucoup d'alun et de sulfate de magnésie. En suivant cette marche et en opérant à des températures élevées ou basses , M. Beudant est parvenu à faire cristalliser une même substance dans trois systèmes différents. De là, il a été conduit à cette conjecture, que la cristallisation est indépendante des substances cristallisables , et n'est que le résultat des forces plastiques de la solution.

La chaleur seulepeut aussi produire un changement dans le système cristallin. Il suffit, en effet, d'élever la température de certains cristaux pour obtenir ce changement; nous en avons un exemple dans l'arragonite, qui tombe en poussière en la chauffant suffisamment, et qui se change très-probablement alors en carbonate de chaux ordinaire.

Les cristaux octaédriques de soufre obtenus par la voie humide , en laissant évaporer du carbure de soufre tenant du soufre en solution, appartieonent au système prismatique rectangulaire droit; tandis que ceux formés par la voie sèche, en faisant fondre du soufre et le soumettant à un refroidissement lent, dérivent de prismes obliques à base rhomboïdale incompatibles avec les premiers. Ces cristaux , abandonnés à eux-mêmes à la température ordinaire, deviennent opaques, friables , et se convertissent en petits octaèdres disposés bout à bout. On pourrait citer un grand nombre de faits du même genre: ainsi, l'iodure rouge de mercure, chauffé de 150 à 200", perd sa couleur rouge pour prendre la couleur jaune citron, changement qui annonceun nouvel arrangement moléculaire. L'acide arsénieux fondu donne une masse vitreuse, transparente et d'une couleur tirant sur le jaune; abandonnée à elle-même à la température ordinaire, elle se convertit peu à peu en une substance opaque d'un blanc laiteux. Nous citerons encore comme exemples de dimorphisme les changements de couleur qu'éprouvent certains corps quand ils sont chauffés ; ainsi l'acide titanique, chauffé au rouge , passe du blanc au jaune verdâtre ; l'oxyde de mercure, du rouge au violet, etc.

Tous ces faits, et bien d'autres que nous pourrions rapporter, prouvent que deux corps, identiques dans leurs propriétés chimiques, peuvent se présenter à nous avec des propriétés physiques différentes sous le rapport de la forme cristalline, de la densité, de la dureté, de la couleur et des propriétés optiques ; tel est le caractère du dimorphisme.

De la dureté.

Les molécules d'un corps solide sont dans une position où elles of-

frent le plus de résistance à un changement d'état. Cette résistance constitue la dureté , qui varie d'un corps à l'autre. Si , ayant perdu momentanément leur position d'équilibre par une cause quelconque, elles y reviennent en effectucuit une série d'oscillations isochrones, et que le corps n'ait point perdu par conséquent sensiblement sa forme primitive, on dit qu'il est élastique. Cet effet ne peut être produit qu'autant que les molécules ne sont pas sorties de leur sphère d'activité; car, si elles vont au delà, elles prennent alors de nouveaux états d'équilibre stable, et le corps conserve la forme qu'on lui a donnée. Tel est le caractère d'un corps ductile. Un corps solide peut donc être élastique ou mou ; entre ces deux états , il en existe une infinité d'autres dont les arts ont tiré de grands avantages. La dureté, qui est une conséquence de l'adhérence entre les molécules, s'oppose plus ou moins à la manifestation de ces diverses propriétés contre lesquelles lutte sans cesse la force expansive de la chaleur qui s'oppose à la force attractive des molécules. L'influence de la figure des molécules intervient dans la cohésion ; on en a la preuve dans les phénomènes de la congélation et de la cristallisation. Les détails dans lesquels nous sommes entrés dans l'introduction historique relativement à la cristallisation, ne doivent laisser aucun doute à cet égard.

On juge des différents degrés de dureté d'un corps avec la lime et le marteau , mais de préférence avec la lime ; car la résistance qu'opposent les corps au frottement n'annonce pas toujours la faculté de résister à la percussion. Nous sommes conduits ainsi à faire une distinction entre les corps durs. Prenons le verre et le bois : le premier est plus dur que le second , et cependant il cède plus facilement que lui à la percussion. Le diamant nous offre un exemple d'un autre genre ; il est regardé comme le corps le plus dur de la nature , puisqu'il raye toutes les substances connues, et cependant il se divise sous l'effort du marteau. La fragilité est la faculté que possèdent certains corps , comme le verre, de se briser avec plus ou moins de facilité par la percussion. Les corps privés de cette faculté sont , comme nous l'avons déjà dit , élastiques, mous, etc.

La ductilité est la faculté que possèdent un grand nombre de corps de changer de forme sous l'action de forces plus ou moins considérables. Tantôt elle se manifeste par le plus léger effort , comme dans l'argile, la cire , etc.; quelquefois il faut employer des forces énergiques, la percussion , le laminoir et la filière , comme plusieurs métaux nous en offrent des exemples.

Métaux rangés suivant la facilité avec laquelle ils peuvent être

travaillés au marteau, passés au laminoir ou tirés à la filière.

Métaux travaillés au marteau . Plomb , étaiu , or , zinc , argent, cuivre, platine, fer.

Métaux passés au laminoir. Or, argent, cuivre, étain, plomb, zinc, platine, fer.

Métaux tirés à la filière. Platine, argent, fer, cuivre, or, zinc, étain, plomb.

La température, écartant les molécules, augmente nécessairement la ductilité. Quelques métaux, cependant, font exception : le cuivre se forge plus difficilement à chaud qu'à froid; le plomb et l'étain, qui sont si ductiles à froid, se brisent à une température peu éloignée de leur terme de fusion.

De l'élasticité.

Cette propriété que nous avons déjà déllnie est exposée avec de tels développements dans tous les ouvrages spéciaux que nous ne rapporterons que les faits généraux qui peuvent être de quelque utilité à la physique appliquée. On distingue trois espèces d'élasticité : l'élasticité de compression , la seule dont jouissent les gaz et peut-être les liquides, et que possèdent également les solides; l'élasticité de tension, et l'élasticité de torsion, propres aux solides seulement. L'élasticité de compression est démontrée par ce fait, que les gaz, après avoir été comprimés , reprennent exactement le volume primitif à température égale et à même pression. Celle du liquide a été mise en évidence au moyen d'un appareil imaginé par M. OErsted , et dont on trouve la description et l'usage dans tous les traités de physique. Nous donnerons seulement ici le tableau de la compressibilité des liquides , que l'on peut avoir quelquefois besoin de consulter. On a mis en regard les résultats de M. OErsted et ceux obtenus par MM. Sturm et Colladon, qui ont mis le plus d'exactitude possible dans leur détermination.

Tableau de la compressibilité des liquides.

NOMS DES SUBSTANCES