CHAPITRE III
Principes premiers: :;tomes el molécules.
Malgré le vernis scientifique dont elles sont recouvertes, ces objections no sont pas de nature à effrayer beaucoup un philosophe spiritualiste et chrétien.
Si le lecteur a pris la peine de lire avec un peu d'attention notre premier Chapitre, il doit voir déjà combien la solution est facile.
En y faisant un rapide historique de la Cristallographie et de la Cristallogénie, nous avons dû nécessairement expliquer un peu en quoi consislent ces Sciences. Nous allons donner ici quelques renseignements complémentaires : ils nous seront utiles pour établir nos conclusions, et montrer dans une claire évidence comment elles sont justes, rigoureuses et indiscutables.
La Science moderne, on le sait généralement, a de très sérieuses raisons pour regarder les corps comme un assemblage d'atomes séparés entre eux, et formant par leur réunion en proportions diverses, des molécules egalc-iuent séparées entre elles par des intervalles très considérables, eu égard à leurs dimensions infinitésimales.
Dans rétat présent des connaissances humaines en
30 VIE ET MATIEBE.
Physique et en Chimie, il n'est guère possible de concevoir autrement les êtres matériel.
La théorie atomique a fécondé la Science : elle est l'interprétation presque indispen-abb d'une foule de faits observés ; elle en laisse deviner d'autres, et les découvertes de chaque jour, en prouvant combien ses prévisions sont justes, viennent la confirmer de plus en plus.
Notre dessein n'est pas toutefois de lui attribuer sans réserve le caractère d'une certitude absolue : c'est une hypothèse. Ayant subi déjà d'importantes modifications, elle eu recevra d'autres dans la suite.
Elle n'est pas cependant une conjecture arbitraire, car elle s'appuie sur un fondement solide. Si les progrès futurs doivent en corriger quelques détails, ils la respecteront dans ses principales lignes, et elle subsistera dans son ensemble.
En tous cas, ce ne sont pas les matérialistes qui seront tentés de la répudier, à l'heure actuelle. Ils seraient plutôt enclins à la proposer comme un dogme auquel ils ne permettraient à personne de toucher.
Dans les corps co Jiposés ils voient donc, comme nous, de simples agrégats d'éléments infinitésimaux, édifices moléculaires entraînant des différences d'architecture, suivant les combinaisons dont ils sont les effets.
La diversité de ce? édifices détermine la mise en jeu d'énergies physiques ou chimiques variées.
On appelle atomes les éléments indécomposables par les moyens dont nous disposons. Ne se touchant pas, ils sont entourés d'une atmosphère d'éther, et sont probablement constitués eux-mêmes par des
raSTOLOGIE ET ANATOMIE CRISTALLINES. 31
particules d'éther agglomérées en plus au moin< grand nombre.
Dans la nature on ne rencontre aucun atome libro. Même dans la molécule d'un corps simple, il y en a deux, au moins.
Si le corps est à l'état de gaz ou de vapeur, ils tournent l'un autour de l'autre, comme les astres conjugués d'un système stellaire, et par l'effet des mêmes lois.
Ce sont de véritables constellations atomiques, accomplissant, proportion gardée, ce que font en grand las groupes de soleils dans l'espace.
Ces corpuscules s'influencent réciproquement à des distances infiniment petites, mais avec une force dont on a peine à concevoir l'intensité. Ils s'attirent comme se recherchent dans la nuit les étoiles et tous les astres, à travers l'immensité du ciel.
Les forces d'affinité et de cohésion atomiques ou moléculaires ne sont pas moins puissantes que celles de la gravitation universelle remuant les gigantesques masses sidérales. On aurait tort déjuger d'elles uniquement d'après la quantité de matière sur laquelle elles s'exercent.
Comme les mouvements des corps célestes sont basés sur les rapports existant entre leurs distances, ainsi en est-il du mouvement des atomes. Seulement les révolutions de ceux-ci étant extrêmement petites fcont d'une rapidité inouïe : elles se comptent par millions dans un millième de seconde.
A cette vitesse énorme les atomes doivent de paraître immobiles, comme le paraissent aussi, malgré leur course fulgurante, les étoiles du firmament dont
les vastes orbite> .•tontpar leur éloigiieiuont si rapetissée- à nos yeux, que les millions de lieues y équivalent à un point presque impercepticle.
Pour les révolutions atomiques les secondes .ont des siècles, comme pour les orbes stellaires les siècles sont des secondes : tout n'est-il pas relatif dani les êtres soumis au changement perpétuel et s ijets de re>pace et du temps ?
Mais dans le monde des infiniment petits comme dans celui des infiniment grands, on trouve lo même frémissement universel de la matière, la même agitation continuelle, les mêmes vibrations rhythmées.
La musique atomique est l'écho da Tharmonie merveilleuse des sphères célestes gravitant dans l'infini !
Les atomes constituant une molécule oscillent donc entre eux, comme aussi oscillent entre elles les molécules dont un corps est composé. Ce mouvement est en rapport avec leur étal calorifique. Lié à la température extérieure, il se modifie avec elle.
Il y a donc ici une distinction à introduire.
Dans un corps solide les molécules conservent leur situation respective, malgré leurs oscillations autour de leur centre de gravité. Elles s'écartent plus ou moins suivant la température, mais le phénomène de la cristallisation suspend ces oscillations : celles-ci auraient, en effet, pour résultat nécessaire de détruire l'état cristallin.
Dans les liquides les mol^^-cules se déplacent incessamment et p. j::ent, car pour elles le mouvement se transforme en rotation.
A plus forte raison en est-il ainsi dans les gaz dont les molécules, dix fois plus disséminées et animées d'un mouvement de translation rapide, tendent à s'éloigner bs unes des autres, en vertu de la force réalisée par la chaleur de vaporisation I
Forme des édifices atomiques ou molécules.
Chaque espèce de molécule possède une forme propre : c*est vraisemblablement un polyèdre géométrique dont les atomes constituent les sommets.
Sa structure dépend surtout de l'atomicité de ses éléments."
L'atomicité est l'aptitude d'un corps simple à se combiner avec un nombre fixe d'atomes d'hydrogène ou d'un autre élément analogue à l'hydrogène sous ce rapport.
Un atome de chlore, par exemple, s'unit à un seul atome d'hydrogène, et il en résulte une molécule d'acide chlorhydrique, HGl,
Au contraire, l'atome d'oxygène demande deux atomes d'hydrogène pour composer une molécule d'eau, H20.
Bien plus, l'atome d'azote, dans la molécule de l'ammoniaque AzH^ n'est saturé que par trois atomes d'hydrogène, et il en faut quatre dans le gaz des marais, GII', pour épuiser la capacité de saturation d'un seul atome de carbone.
On exprime ces particularités en disant que l'atome
de chlore est monoatomique ; celui d'oxygène, diatomique; celui d'azote, triatomique; et celui de carbone, tétratomique.
Par l'atomicité des éléments est indiquée la véritable mesure de leur équivalence, c'est-à-dire de leur aptitude à se remplacer dans les combinaisons succès" sives, tout en conservant à celles-ci leur degré précédent de saturation.
Dans certains corps cependant l'atomicité paraît variable. Ainsi, par exemple, ceux de la famille de l'azote, généralement Iriatomiques, sont parfois pentatomiques.
Cela se produit dans les combinaisons indirectes de second ou de troisième ordre dans lesquelles s'unissent, non des corps simples, mais des corps composés.
Enfin, l'atomicité peut varier également avec des différences, même assez faibles, ds température et do pression.
Ce sont là autant de not ons importantes et de précieux indices dont on a très souvent à tenir compte dans le< cas assez fréquents de polymorphisme.
Grâce à ces diverses connaissances, les chimistes modernes ont été à même de représenter la structure de chaque molécule par un schètna exprimant un grand nombre de ses propriétés. Celles-ci peuvent même souvent être prévues comme une conséquence du mode de structure des édifices atomiques.
Par les schémas on n'a pas la prétention de dessiner réellement la structure géométrique de ces édifices minuscules, invisibles même au microscope. On ne songe pas à montrer quels sont dans l'espace les vrais rapports de leurs atomes.
Les structures schëmatifiues sent surtout rationnelles. Elles ont pour but d'exprimer le modo do saturation réciproque de chaque atome.
En indiquant le sens suivant lequel les molécules tendent à se diviser, elles font prévoir leurs combinaisons possibles, ou leurs réactions principales, et permettent d'expliquer leur isomérie.
Pour les chimistes, les corps privés de vie se distinguent esseniiellemenl les uns des autres par Vaniformilè et la stabilité de leurs édifices atomiques, ou molécules.
La cause substantielle des corps est, selon eux, l'ensemble des forces d'attraction et d'affinité auxquelles les atomes, en se groupant, obéissent d'une façon identique, quand les circonstances du milieu ambiant ne changent point.
Les corps minéraux sont considérés comme des individus de la même espèce, quand leur molécule comprend le même nombre d'atomes de même nature, semblablement disposés.
L'identité spécifique est donc fondée sur l'identité du polyèdre moléculaire.
Ces polyèdres moléculaires pouvant ensuite se grouper diversement les uns par rapport aux autres, suivant les conditions au milieu desquelles un minéral liquide ou gazeux passe à l'état solide, donnent naissance à une foule de variétés au sein d'une même espèce.
Les corps résultant de ces divers modes de groupement des molécules entre elles, se distinguent parfois beaucoup par la forme extérieure, la couleur et les autres propriétés physiques. La divergence peut
même être si tranchée, qu'ils paraissent tlo primo abord appartenir à des espèces réellement di (rérentes.
Si Ton s'en tenait à l'examen dos propriétés physiques, on serait donc fréquemment exposé à se tromper étrangement dans la manière de classer les minéraux.
Que de fois Ton réunirait dans une même catégorie ceux qui doivent être séparés, et réciproquement! Des ressemblances fondées sur quelques analogies superficielles induiraient souvent en erreur.
L'Analyse chimique, au contraire, pénètre au pi i> intime des corps. En nous révélant la nature et le nombre proportionnel de leurs atomes, elle détermine les bases d'une classification plus légitime.
Structare interne des cristaux
Les polyèdres atomiques élémentaires ayant une forme extérieure bien caractérisée et d'ordre géométrique, possèdent nécessairement un axe etdej pôles suivant lesquels s'exerce l'attraction moléculaire.
En se joignant pour la création d'un édifice, quelque minuscule qu'il soit, les atomes doivent évidemment tendre à se mettre en équilibre, c'est-àdire à se disposer avec symétrie : sans cela l'existence de la molécule serait impossible.
Si elle avait en elle-mèmo des germes de division, côtiiment serait assurée sa permanence? Quel moyen
a;irait-elle de résister, avec quelque chance de succès, aux agents externes de destruction qui ne cessent <lj la solliciter de part et d'autre?
Sa structure ollrirait des points vulnérables là où ses parties seraient irrégulièrement distribuées.
Ce seraient comme des fentes ou des lézardes dans un mur, et ce défaut d'équilibre entre ses parties compromettrait gravement sa stabilité.
Si donc elle a réussi à se constituer en un seul tout, malgré les influences étrangères qui s'opposaient à la réunion de ses éléments, elle n'a pu le faire que par l'arrangement symétrique de ceux-ci autour d'un centre de gravité.
La molécule est donc un solide géométrique. On est en droit do la considérer comme divisible, par la pensée du moins, en tranches d'atomes perpendiculaires à son axe et ideniiaues deux à deux de chaque côté.
Il en résulte une architecture mathématique d'une admirable simplicité. Que faut-il de plus pour comprendre le phénomène de la crislallisation et la perfection incomparable des cristaux?
Les molécules ayant toutes leurs pôles et leur système d'axes particulier, on devine sans trop de peine pourquoi lorsqu'elles ne sont pas soumises à dos influences étrangères, elles se groupent de telle façon plutôt que de telle autre.
Dès lors, on voit combien la form3 de celle autour de laquelle les autres viennent se placer, influe sur la configuration définitive du cristal.
Nous l'avons déjà dit, les corps cristallisent, lorsque, l'acte de la solidification s'opérant lentement
et sans trouble, aucune cause perturbatrice n'empêche les molécules d'obéir aux seules forces d'attraction dépendant de leur forme.
Elles se fixent, alors, les unes à côté des a»jtres, d'une manière absolument symétrique, à des intervalles régulièrement limités. Leurs axes et leurs pôles homologues sont tous dirigés dans le même sens.
Rangées sur des lignes et des plans parallèles, elles constituent une sorte de réseau uniforme dont chaque maille est un parallélogramme infiniment petit.
Dans le sens de l'épaisseur du crislal, il existe aussi une infinité de ces plans superposés les uns aux autres. Leur ensemble forme un assemblage rèlicnlaire, dont les mailles ne sont plus seulement des parallélogrammes, mais des parallélipipèdes infiniment petits.
On a donné à ceux-ci le nom de noyauî, ou mieu*. de cellules cristallines.
Les explications précédentes font bien saisir X^ sens de ces expressions constamment employées en Cristallographie : réseaux moléculaires, ou réseaux cristallins ; plans réticulaires et assem'dages réliculaires; réseaux plans à mailles parallé'ogrammi" cjcis, etc.
En résumé (et c'est pour la que ^'ion étudiée une conclu on d'une extrêm importance,) dans le phéi.omcnc de la cristallisation la matière tend donc
naturellement vers le maximum de symétrie, par
un effet même d'équilibre et de mécanique.
Il en est ainsi parce que Tédifice moléculaire, quand il n'est pas contrarié dans sa formation, se construit de manière à posséder la plus grande staUlilé possible.
Telle est l'origine de la structure cristalline, état de periection pour les corps bruts, car ils revêtent généralement alors une beauté et un éclat admirables. Ils acquièrent le brillant et le poli des pierres précieuses taillées par le plus habile ouvrier.
Rien de plus délicat, de plus harmonieux et de plus coquet.
Une géométrie sévère, en donnant aux angles une constance invariable pour les mêmes espèces, trace les facettes et en arrête les contours ; mais elle le l'ait toujours avec un goût exquis.
Les artistes les plis renommés pourraient, là comme ailleurs, s'instruire à l'école de la Nature.
Ces cristaux groupés entre eux par sa main invisible, dessinent des étoiles, des croix, des fleurs, des arborescences d'une élégance merveilleuse; tandis que chacun d'eux, pris à part, possède une physionomie spéciale, indicj de sa constitution intime, comme les traits du visage chez une personne sont un signe certain de son caractère particulier.
Production des faces secoadaii'es .
Toutes les formes cristallines, si nonabreuses soientelles (et on les compte par milliers,) se ramènent.
comme nous l'avons dit plus haut, à six types fondamentaux dont elles ont les variétés.
Voici comment on explique cette filiation.
Si, tandis gue les molécules sont sollicitées par leurs propres tendances à se grouper uniformément, un agent extérieur vient les gêner et combattre en un certain sens la force attractive, par exemple vers une arête ou vers un angle, elles se réuniront en cet endroit en moins grand nombre.
Cette cause continuant à agir sur toutes les tnolécules nouvelles à mesure qu'elles arrivent, chaque couche sera un peu moins étendue que la précédente.
Mais ces décroissements successifs étant, par l'essence des choses, infiniment petits et dans le même plan, engendrent des faces secondaires parfaitement lisses, disposées symétriquement, elles aussi, par le même motif d'équilibre: dont nous avons parlé déjà.
Ces dernières sont comme des pyramides surajoutées aux faces principales : les lamelles dont elles sont composée :■, subissent vers leurs bords une soustraction régulière d'une ou plusieurs files de molécules; c'est ce qui leur donne une direction plus ou moins inclinée, toujours conforme cependant aux lois de la symétrie.
Du reste, elles sont parfaitement planes et polies, car les rangées moléculaires successivement enlevées ont une petitesse infinitésimale.
Telle est cette fameuse loi des décroissements découverte par le célèbre fondateur de la Science cristallographique, l'abbé Hauy. La conception des
réseaux moléculaires est de son élève Delafosse mais elle se trouvait en germe dans les idées du maître.
La Théorie des décroissements lui avait permis non seulement de lendre raison des variations constatées dans la forme extérieure des cristaux, mais encore de prévoir à l'avance des cas observés seulement longtemps après lui.
Toutes ces modifications dois-ent être certainement attribuées à l'influence des causes extérieures, contrariant l'attraction axiale et latérale des molécules
Loin d'être une exception à la règle posée, elles en >.ont une évidente confirmation.
Isomorphisme et Polymorphisme.
Quoique chaque espèce ait un mode particulier de cristallisation caractérisé par l'invariabilité de ses angles, on rencontre cependant des corps isomorphes. On appelle ainsi les minéraux dont la orme de cristallisation, sans être absolument identique, est pourtant très approchée.
Ce sont généralement ceux dont les molécules ont le même type chimique de combinaison, et par suite les mêmes formules schématiques.
Une foule d'expériences délicates et précises ont démontré, en effet, que l'isomorphisme et le polymorphisme dépendent de la similitude ou de la dissemblance des polyèdres moléculaires.
Ces phénomènes tiennent moins à la nature des
atomes constituant la molécule qu'à leur arrangement.
Les combinaisons dans lesquelles entrent des atomes de nature différente, mais disposés de même façon, donnero:;t naissance à des corps isomorphes.
Au contraire, les combinaisons isomères, dans lesquelles les atomes de même nature et en même nombre sont arrangés diversement, occasionneront le phénomène du polymorphisme.
Il a lieu non seulement pour les corps composés (et c'est alors assez facile à comprendre,) mais aussi po ir les corps simples.
Ce dernier cas ne laisse pas de paraître d'abord impossible. Mais tout s'explique, si l'on remarque que, sous l'influence de causes multiples et principalement de la température, les molécules identiques d'un corps simple se combinent entre elles et s'agrègent de diverses façons.
Xous avons dit que l'ismorphismo absolu est chose rare. Une mesure exacte des cristaux révèle toujours une certaine différence dans les angles, et celle-ci peut aller jusqu'à plusieurs degrés.
Si li ressemblance des formes dans l'isoraorphisme et due à la similitude de constitution du ;;rojpement atomique, les petites différences angulaires, con tatéjs dans la plupart des cas, sont produites par la différence de nature des atomes entrant dans des combinaisons de môme type.
Ainsi se trouve confirmée précisément par risomorphisme, qui paraissait devoir l'ébranler en partie, la propo.-ition formulée par Haùy depuis un siècle environ : à chaque corps susceptible de cristalliser
appartient une forme particulière, distincte de celles de tous les autres.
La parenté de formes existant entre les corps isomorphes, leur communique la faculté de se substituer les uns aux autres, par couches successives et en proportion indéfinie, dans la composition d'un même cristal, sans en altérer sensiblement la structure.
Ainsi à l'isomorphisme chimique correspond l'isomorphisme réticulaire, par la juxtaposition de plusieurs portions de réseaux à peu près identiques, et pouvant dès lors s*unir les uns aux autres, san^ que l'édifice total dans son ensemble en soit visiblement modifié.
