FORCES MOLÉCULAIRES

les gaz et les corps solides, on peut la prouver par divers phénomènes. Par

exemple, on voit ces petites bulles''de gaz, qui s'échappent des eaux gazeuses,

rester accolées aux parois des vases, tant qu'elles sont assez petites. Les surfaces

des corps polis sont recouvertes d'une couche d'air adhérente, comme on peut le

reconnaître en enfonçant dans l'eau des feuilles minces d'or, qui remontent à la

surface, à cause de l'air adhérent, qui apparaît sous forme d'une couche blanche

et brillante.

Lorsque les corps solides offrent une grande surface, eu égard à leur volume

apparent, la quantité de gaz condensé peut être très considérable. C'est ce qui

a lieu pour les corps très poreux , comme le

charbon de bois, les poudres très fines. Si l'on

étouffe un chaînon ardent dans le mercure, et

qu'on l'introduise sous une cloche de verre

remplie de gaz et dont l'ouverture s'enfonce

dans le même liquide (fig. 110), le charbon

vient flotter dans l'intérieur, et l'on voit le

mercure monter, à mesure que le gaz est

absorbé par le charbon dont il va remplir les

pores. Tous les gaz ne sont pas absorbés en

même proportion : d'après Saussure , le

charbon absorbe environ 90 fois son volume

apparent de gaz ammoniac ou d'acide chlorhy- Fig. ^ i o.

drique, 65 fois son volume d'acide sulfureux ;

tandis qu*il n'absorbe que 4 à 5 fois son volume d*air. Plus les pores sont fins,

plus est considérable la quantité d'un même gaz absorbée par un même volume

de charbon.

Enfin, la cohésion s'exerce aussi entre les gaz et les liquides, comme nous le verrons en parlant du mélange des gaz avec les liquides. i&o. De la forée répaisive. — La force attractive paraît appartenir en

propre aux molécules des corps. Il n'en est pas de même de la force répulsive.

Celle-ci dépend de la cause de la chaleur, comme il appert des faits qui suivent.

D'abord la chaleur dilate les corps, c'est-à-dire éloigne leurs molécules les unes

des autres, et elle peut faire passer ces corps à l'état gazeux, dans lequel la

force répulsive tend toujours à écarter les molécules.

Les poudres fines, quand elles sont brûlantes, coulent comme de l'eau; par exemple la cendre du foyer, de la silice en poudre dans une capsule placée sur 'e feu ; ce qui provient de ce que les parcelles sont assez éloignées les unes des autres pour ne plus s'accrocher par les angles ou les aspérités qu'elles présentent. Deux plaques de verre fortement pressées s'écartent sensiblement quand on les échauffe, comme l'a constaté M. Powel.

Si l'on projette un peu d'eau, ou de tout autre liquide, dans une capsule très chaude, le liquide ne mouille plus les parois, dont il est repoussé, et prend une forme globulaire. Cette répulsion est telle que, si la capsule est percée, ou

même remplacée par un petit panier en GI de platine, Teau ne s'échappe pas par les ouvertures, ce qui ne manque pas d*avoir lieu dés qu on laisse la température s'abaisser suffisamment. Ce phénomène curieux sera étudié plus tard avec détail. Enfin, nous ajouterons que tous les effets de la cohésion diminuent d'intensité quand on élève la température. On voit donc que la chaleur a pour effet d'augmenter la force répulsive qui agit entre les molécules. On a conclade là que cette force répulsive était due à la cause même de la chaleur, hypothèse généralement admise.

fSf. Comparaison des deax forces dans les trois états. — Lesforces moléculaires n'ont d'effet qu'à une distance insensible ; cela résulte de tout ce qui précède. La seule expérience où il soit question d'une distance appréciable est due à Musschenbroeck : ayant tendu entre les plans de Magdebourg des fils simples de cocon de ver à soie, il trouva que l'adhérence était à peine modifiée.

L'intensité des forces moléculaires diminue donc très rapidement quand b distance augmente. Les lois de cette diminution sont inconnues. On voit cependant que, dans l'état solide, la force répulsive décroit plus rapidement que la force attractive. En effet, quand on rapproche les molécules en comprimant, le corps, la force répulsive l'emporte, comme le prouve l'effort que font ces molécules pour s'écarter ; si, au contraire, on étire ce corps, la force attractive domine.

Pour comparer plus facilement les deux forces moléculaires, représentons, comme l'a fait M. Poncelet, les distances de deux molécules par des abcisses comptées sur la ligne ox à partir du point 0 (/î^. 111), et les intensités des forces moléculaires à ces différentes distances, par les ordonnées. Nous construirons ainsi deux courbes ama\ rmr\ dont la forme indiquera la loi de variation de chacune des forces. Cette forme n'est pas connue ; cependant, comme T intensité des forces diminue très rapidement quand la distance augmente, on voit que les courbes doivent se rapprocher très vite de la droite ox. De plus, comme on ne peut supposer que cette intensité s'anéantit brusque ment, mais qu'on doit admettre plutôt qu'elle décroît d'une manière continue, et devient presque nulle pour une très petite distance, nous voyons que ces courbes sont asymptotes à la droite ox ; ce qui exige qu'elles tournent leur convexité du côté de cette ligne, au moins à partir d'une certaine distance à la ligne Oy.

Etat solide. — Considérons maintenant l'état solide, et soit Op la distance de deux molécules en équilibre. Les deux courbes doivent avoir un point commun m sur l'ordonnée pm, puisque les deux forces sont égales dans l'état d'équilibre, et se croiser en ce point, de manière que la courbe des répulsions rmr\ au-dessus de celle des attractions ama' avant le point m, soit au-dessous, après ce point. Si les molécules sont amenées par compression à la distance Of moindre que Op, la répulsion l'emportera sur l'attraction, de la quantité nn', et les molécules tendront à s'éloigner. Si, au contraire, on les écarte jusqu'à la distance Os, l'attraction l'emportera de la quantité cc\ et les molécules tendront

FORCES MOLECULAIRES.

à se rapprocher. 11 y a donc équilibre stable ; ce qui est bien d'accord avec les faits.

Si Ton vient à échauffer le corps, la force répulsive s'accroît, pour chaque distance des molécules, et les ordonnées de la courbe qui représentent les intensités de cette force, sont toutes augmentées. Cette courbe s'éloigne donc de Taxe Oi, vient en rir\, et le point où elle coupe la courbe ama' est transporté en m'. Il en résulte que le volume du corps est augmenté, puisque la disUnce des molécules, pour laquelle les forces se font équilibre, est maintenant op',' plus grande que op.

Nous verrons plus tard que la résistance qu'un corps solide oppose à la «impression et à la traction est d'autant plus petite que la température est plus élevée; il faut donc que les tangentes aux deux courbes au point d'intersection fassent entre elles un angle de plus en plus petit , à mesure que ce point s'éloigne de Oy ; car alors les différences telles que nn\ ce! y seront elles-mêmes de plus en plus petites. Il faut aussi que, pour une même augmentation des ordonnées de la courbe des répuisions , le point de rencontre s'éloigne d'autant plus de 0^, que ces ordonnées sont déjà plus grandes ; aûn de représenter cette loi fournie par l'expérience, comme nous l'exposerons plus tard, que la dilatation d'un corps solide, pour une même augmentation de température, est d'autant plus grande, que la température qui sert de point de départ est plus élevée.

Etal liqaide. — Il résulte des deux remarques qui précèdent que la courbe des répulsions coupant celle des attractions sous un angle de plus en plus aigu, finira par lui devenir tangente en un point M, quand la température sera suffisamment élevée. De sorte que, à la distance OD, les molécules seront en équilibre. Mais, tandis que cet équilibre est stable pour les déplacements qui rapprochent les molécules, il est instable pour ceux qui les écartent , comme on peut le voir à l'inspection de la figure. Cet état d'équilibre est analogue à celui d'un ellipsoïde posé sur un plan par l'extrémité de l'axe moyen (96), et il correspond à l'état liquide. En effet, les liquides sont compressibles, et reviennent à leur premier volume quand on cesse de les comprimer, et nous verrons qu'ils ne peuvent subsister que sous l'influence d'une pression extérieure, sans laquelle ils se réduiraient en vapeur, c'est-à-dire que les molécules s'écarteraient pour prendre l'état gazeux. «

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FIg. 4 41.

Etat gazeux. — Si Ton augmente encore la quantité de chaleur que contient le corps, la courbe des répulsions s*élève en r^r'^, de manière à ne plus rencontrer celle des attractions, et les molécules tendent toujours à s'écarter ; ce qui correspond à Tétat gazeux. On voit que, sous cet état seulement, les deux forces moléculaires ne se font pas équilibre.

iss. Pour rendre compte de la mobilité des molécules dans l'état fluide, on admet ordinairement que, si, dans les solides, elles sont assez rapprochées pour que leur forme ait une influence marquée sur leur état d'équilibre, dans l'état fluide, qui n'est ordinairement atteint qu'après une dilatation qui les éloigne les unes des autres, elles sont à des distances telles, que cette influence n'est plus sensible. L'état d'équilibre ne dépend donc plus de l'orientation des molécules, mais seulement de leurs distances. Cependant, on remarque encore, dans les liquides, une certaine influence de la position relative des molécules, comme le témoigne leur viscosité, qui diminue quand on les dilate par U chaleur, comme il était facile de le prévoir. Nous aurons, au reste, àrevenir sur cette question importante de physique moléculaire, quand nous nous occuperwDS spécialement des phénomènes qui se produisent pendant les changements d'état des corps.