Sommaire

Telles sont les conséquences rigoureuses de la théorie atomique. Je me borne à les exposer et je n' ai pas à discuter ici si ces conséquences ne dépassent pas les prémisses, les faits positifs qui leur servent de base ; c' est-à-dire si les faits autorisent à conclure non seulement à l' existence de certaines masses moléculaires déterminées, caractéristiques des corps simples, et que tous les chimistes admettent ; mais aussi à attribuer à ces molécules le nom et les propriétés des atomes absolus, comme le font un certain nombre de savants. Ces réserves sont d' autant plus opportunes que les p291 partisans modernes de la théorie atomique l' ont presque aussitôt répudiée dans les interprétations qu' ils ont données de la constitution des corps simples : interprétations aussi hypothétiques d' ailleurs que l' existence même des atomes absolus, mais qui attestent l' effort continu de l' esprit humain pour aller au delà de toute explication démontrée des phénomènes, aussitôt qu' une semblable explication a été atteinte, et pour s' élancer plus loin vers des imaginations nouvelles. Retraçons cette histoire : s' il ne s' agit plus d' une doctrine positive, cependant l' exposé que nous allons faire offre l' intérêt qui s' attache aux conceptions par lesquelles l' intelligence essaie de représenter le système général de la nature. Nous retrouvons ici des vues analogues à celles des pythagoriciens, alors qu' ils prétendaient enchaîner dans un même système les propriétés réelles des êtres et les propriétés mystérieuses des nombres. Le premier et principal effort qui ait été tenté dans cette voie, consiste à ramener les équivalents ou poids atomiques de tous les éléments à une même unité fondamentale. C' est là une conception a priori , qui a donné lieu à une multitude d' expériences, destinées à la vérifier. Si le fruit théorique à ce point de vue en a été minime, sinon même négatif ; en pratique, du moins, ces travaux ont eu un résultat scientifique très utile : ils ont fixé avec une extrême précision les équivalents réels de nos éléments ; c' est-à-dire, je le répète, les poids exacts suivant lesquels les éléments entrent en combinaison et se substituent les uns aux autres. Prout, chimiste anglais, avait proposé tout d' abord p292 de prendre le poids même de l' un de nos éléments, celui de l' hydrogène, comme unité ; dans la supposition que les poids atomiques de tous les autres corps simples en étaient des multiples. Cette hypothèse, embrassée et soutenue pendant quelque temps par M Dumas, réduit toute la théorie à une extrême simplicité. En effet, tous les corps simples seraient dès lors constitués par les arrangements divers de l' atome du plus léger d' entre eux. Malheureusement, elle n' a pas résisté au contrôle expérimental, c' est-à-dire à la détermination exacte, par analyse et par synthèse, des poids atomiques vrais de nos corps simples. Cette détermination a fourni, à côté de quelques poids atomiques à peu près identiques avec les multiples de l' hydrogène, une multitude d' autres nombres intermédiaires. Mais dans les conceptions théoriques, pas plus que dans la vie pratique, l' homme ne renonce pas facilement à ses espérances. Pour soutenir la supposition de Prout, ses partisans ont essayé d' abord de réduire à moitié, puis au quart, l' unité fondamentale. Or, à ce terme, une objection se présente : c' est que les vérifications concluantes deviennent impossibles. En effet, nos expériences n' ont pas, quoi que nous fassions, une précision absolue ; et il est clair que toute conjecture numérique serait acceptable, si l' on plaçait l' unité commune des poids atomiques au delà de la limite des erreurs que nous ne pouvons éviter. Ce n' est pas tout d' ailleurs ; le fond même du système est atteint par cette supposition. La réduction du nombre fondamental, au-dessous d' une unité p293 égale au poids atomique de l' hydrogène, enlève à la théorie ce caractère précis et séduisant, en vertu duquel tous les éléments étaient regardés comme formés en définitive par de l' hydrogène plus ou moins condensé. Il faudrait reculer dans l' inconnu jusqu' à un élément nouveau, quatre fois plus léger, élément inconnu qui formerait par sa condensation l' hydrogène lui-même. Encore cela ne suffit-il pas pour représenter rigoureusement les expériences. En effet, M Stas, par des études d' une exactitude incomparable, a montré que le système réduit à ces termes, c' est -à-dire réduit à prendre comme unité un sous-multiple peu élevé du poids de l' hydrogène, le système, dis-je, ne peut être défendu. Les observations extrêmement précises qu' il a exécutées ont prouvé sans réplique que les poids atomiques des éléments ne sont pas exprimés par des nombres simples, c' est-à-dire liés entre eux par des rapports entiers rigoureusement définis. La théorie des multiples de l' hydrogène n' est donc pas soutenable, dans son sens strict et rigoureux. Gardons-nous cependant d' une négation trop absolue. Si l' hypothèse qui admet les équivalents des éléments multiples les uns des autres ne peut pas être affirmée d' une façon absolue, cependant cette hypothèse a pour elle des observations singulières et qui réclament, en tout état de cause, une interprétation. à cet égard les faits que je vais citer donnent à réfléchir. p294 5-les éléments isomères et polymères. Il existe en réalité certains éléments, comparables entre eux, et qui possèdent en même temps des poids atomiques identiques. Tels sont le cobalt et le nickel, par exemple. Ces deux métaux sont semblables par la plupart de leurs propriétés et ils produisent deux séries de composés parallèles, en s' unissant avec les autres éléments. Or ici interviennent de nouvelles et plus puissantes analogies. En effet un tel parallélisme dans les réactions de deux corps et dans celles de leurs composés, joint à l' identité de leurs poids atomiques, n' est pas sans exemple dans la science : en particulier, il n' est pas rare de le rencontrer dans l' étude des principes organiques, tels que les carbures d' hydrogène, les essences de térébenthine et de citron, par exemple ; ou bien encore les acides tartrique et paratartrique. Ces deux essences, ces deux acides sont formés des mêmes éléments, unis dans les mêmes proportions et avec la même condensation, mais pourtant avec un arrangement différent. En outre, les deux carbures, les deux acides sont susceptibles d' engendrer des combinaisons parallèles : c' est là ce que nous appellons des corps isomères . Or le nickel et le cobalt se comportent précisément de la même manière. Il est certainement étrange de trouver un semblable rapprochement entre des principes composés, tels que des carbures ou les acides, et ces deux métaux, ces p295 deux corps réputés simples : comme si les deux prétendus corps simples étaient formés, eux aussi, par les arrangements différents de certaines matières élémentaires, plus simples qu' eux-mêmes. L' or, le platine et l' iridium, autres métaux qui constituent un même groupe, offrent un rapprochement numérique pareil, quoique moins étroit dans leurs dérivés, que celui du cobalt et du nickel. Dans les cas de ce genre, il semble, je le répète, que l' on ait affaire à de certaines matières fondamentales, identiques quant à leur nature, mais diversifiées quant au détail de leurs arrangements intérieurs et de leurs manifestations. Néanmoins, pour être fidèle aux règles de la saine méthode scientifique, il importe d' ajouter aussitôt que jusqu' ici les chimistes n' ont jamais pu changer, par aucun procédé, ni le cobalt en nickel, ni l' or en platine ou en iridium. Poursuivons ces rapprochements : ils s' étendent plus loin. En effet, à côté des éléments isomères viennent se ranger d' autres éléments, dont les poids atomiques ne sont pas identiques, mais liés dans un même groupe par des relations numériques simples, et multiples les uns des autres. L' oxygène, par exemple, peut être comparé au soufre, dans les combinaisons de ces deux éléments avec l' hydrogène et avec les métaux. L' eau et l' hydrogène sulfuré, les oxydes et les sulfures constituent deux séries de composés parallèles. Le soufre peut même être rapproché plus strictement encore du sélénium et du tellure : ce sont là des éléments comparables, formant, je le répète, des combinaisons p296 parallèles avec l' hydrogène, avec les métaux et même avec l' oxygène et la plupart des autres éléments. Or, l' analogie chimique de ces éléments se retrouve dans la comparaison numérique de leurs poids atomiques : le poids atomique du soufre est sensiblement double de l' oxygène ; celui du sélénium en est presque quintuple, et celui du tellure est huit fois aussi considérable que celui de l' oxygène, c' est-à-dire quadruple de celui du soufre. Ici encore nous retrouvons des analogies remarquables dans l' étude des combinaisons des carbures d' hydrogène. Ces poids atomiques d' éléments multiples les uns des autres rappellent les corps polymères , c' est-à-dire les composés condensés de la chimie organique. On connaît en effet des carbures d' hydrogène, formés des mêmes éléments unis dans la même proportion relative, mais tels que leurs poids moléculaires et leurs densités gazeuses soient multiples les uns des autres. La benzine et l' acétylène, par exemple, sont des carbures d' hydrogène de cet ordre : ils sont formés tous deux par l' association d' une partie en poids d' hydrogène avec six parties de carbone. Mais la vapeur de la benzine, sous le même volume, est trois fois aussi lourde que celle de l' acétylène. Ce n' est pas tout : la benzine dérive de l' acétylène, par une condensation directe : elle en est le polymère. Réciproquement, nous savons transformer par expérience ces composés polymères dans un sens inverse, revenir du carbure condensé à son générateur ; nous savons transformer notamment la benzine en acétylène, par la chaleur et par l' électricité. Cette ressemblance entre les carbures polymères et p297 les corps simples à poids atomiques multiples suggère aussitôt l' espérance de transformations du même ordre. Si nous modifions les carbures d' hydrogène, pourquoi ne pourrions-nous pas modifier aussi les corps simples qui offrent des relations numériques analogues ? Pourquoi ne pourrions-nous pas former le soufre avec l' oxygène, former le sélénium et le tellure avec le soufre, par des procédés de condensation convenables ? Pourquoi le tellure, le sélénium ne pourraient-ils pas être changés inversement en soufre, et celui-ci à son tour métamorphosé en oxygène ? Rien, en effet, ne s' y oppose a priori : toute fois, et la chose est essentielle, l' épreuve expérimentale, souvent essayée, a échoué jusqu' à présent. Ce critérium est empirique, dira-t-on ; il ne repose sur aucune démonstration nécessaire et dès lors son caractère est purement provisoire. Sans doute ; mais il en est ainsi de la plupart de nos lois, sinon même de toutes. L' expérience réalisée est le seul critérium certain de la science moderne : c' est la seule barrière qui nous garantisse contre le retour des rêveries mystiques d' autrefois. On peut cependant pousser plus loin la démonstration : car il existe une différence positive et fondamentale entre la constitution physique des carbures polymères, ou radicaux composés de la chimie organique, et celle des éléments proprement dits, ou radicaux véritables de la chimie minérale : cette différence est fondée sur les observations des physiciens relatives aux chaleurs spécifiques. D' après leurs mesures, la quantité de chaleur nécessaire pour produire un même effet, une p298 même variation de température, sur les carbures d' hydrogène, croît proportionnellement à leur poids moléculaire. Pour la benzine gazeuse, par exemple, il faut trois fois autant de chaleur que pour l' acétylène, pris sous le même volume. Or, le contraire arrive pour les corps simples multiples les uns des autres : lorsqu' on les prend sous le même volume gazeux, ou plus généralement sous leurs poids moléculaires respectifs, la quantité de chaleur qui produit une même variation de température dans les corps simples véritables demeure exactement la même. Par exemple, un litre d' hydrogène et un litre d' azote absorbent la même quantité de chaleur : identité d' autant plus frappante que le poids du second gaz est quatorze fois aussi considérable que celui du premier. Le travail de la chaleur est donc bien différent dans les deux cas, suivant qu' il s' agit des corps simples et des corps composés, et il établit une diversité essentielle entre les vrais éléments chimiques, tels que nous les connaissons aujourd' hui, et les polymères effectifs, c' est-à- dire les corps obtenus par la condensation expérimentale d' un même radical composé. Assurément il y a là quelque chose d' un ordre tout particulier ; il existe une propriété fondamentale, tenant à la constitution mécanique des dernières particules des corps, qui différencie nos éléments présents des corps composés proprement dits : c' est là une distinction dont nous n' avons pas encore sondé toute la profondeur. p299 6-les familles naturelles des éléments. Cependant il existe une autre notion, connexe avec la précédente et non moins remarquable , qui concourt à entretenir nos espérances sur la génération synthétique des éléments : c' est leur classification en familles naturelles, classification tentée d' abord par Ampère, précisée par Dumas, et qui a pris une importance croissante dans ces dernières années. Citons d' abord un exemple très caractéristique , je veux parler de la famille des chloroïdes : elle comprend trois termes indubitables : le chlore, le brome, l' iode. Ces trois éléments, par leurs combinaisons avec les métaux et les autres corps, forment trois séries de composés parallèles, symétriques dans leurs formules et qui offrent souvent le même volume moléculaire et la même forme cristalline. Au point de vue chimique, rien n' est plus semblable à l' acide chlorhydrique, que les acides bromhydrique et iodhydrique : ce sont trois acides puissants, engendrés pareillement par l' union à volumes égaux des gaz simples qui les composent. Le chlorure, le bromure, l' iodure de potassium, sont aussi extrêmement analogues, cristallisés dans le même système, etc. Les propriétés physiques de ces trois éléments sont tantôt les mêmes, et tantôt elles varient d' une façon régulière. Pour n' en citer qu' une seule et des plus apparentes, je rappellerai que le chlore est jaune et gazeux, le brome rouge et liquide, l' iode violet et solide. p300 Or, les poids moléculaires, c' est-à-dire les condensations de matière sous la forme gazeuse, vont en croissant de l' un à l' autre de ces trois éléments. En effet leurs équivalents ou poids atomiques respectifs, poids proportionnels aux condensations gazeuses, sont égaux à 35, 5 pour le chlore, à 80 pour le brome, à 127 pour l' iode. Non seulement les poids croissent ainsi par degrés ; mais ces degrés offrent une certaine régularité : l' équivalen t ou poids atomique du brome étant à peu près la moyenne entre ceux du chlore et de l' iode. Le groupe entier constitue ce que l' on a appelé une triade. Des remarques analogues ont été faites pour d' autres groupes d' éléments : par exemple, pour la famille des sulfuroïdes , constituée par l' oxygène, le soufre, le sélénium et le tellure, éléments dont les équivalents ou poids atomiques sont à peu près multiples d' une même unité. Ces éléments s' unissent avec l' hydrogène, en formant des composés gazeux, composés acides pour les trois derniers, et, dans tous les cas, renfermant leur propre volume d' hydrogène. Ces éléments se combinent pareillement aux métaux. Le groupe formé par l' azote, le phosphore, l' arsenic et l' antimoine constitue une troisième famille, non moins caractérisée , celle des azotoïdes , dont les composés hydrogénés sont aussi des gaz, mais contiennent une fois et demie leur volume d' hydrogène. Les poids atomiques croissent aussi suivant une progression régulière. C' est ainsi que l' on a été conduit à une véritable classification, assemblant les corps simples suivant des p301 principes de similitude pareils à ceux que les naturalistes invoquent dans l' étude des trois règnes de la nature. Cette classification semble même plus étroite en chimie, parce que les analogies générales, toujours un peu élastiques en histoire naturelle, sont corroborées ici par la comparaison des nombres absolus qui représentent les poids moléculaires : comme si chaque famille d' éléments était engendrée en vertu d' une loi génératrice commune. Avant d' aller plus loin, je dois dire que je développe ces rapprochements numériques et cette notion de la génération des éléments, en prenant soin de leur conserver toute leur force et sans les affaiblir en rien. Cependant, ce serait tromper le lecteur que de ne pas l' avertir que le doute s' élève , lorsqu' on précise tout à fait. En réalité, les rapprochements sur lesquels reposent de telles espérances ne sont pas d' une rigueur absolue, mais seulement approximatifs. Ce sont donc là des à peu près, plutôt que des démonstrations ; ce sont des lueurs singulières, peut-être réelles et de nature à nous éclairer sur la constitution véritable de nos corps simples ; mais peut-être aussi sont-elles trompeuses, peut-être résultent- elles uniquement du jeu équivoque des combinaisons numériques. En somme, je pense qu' il est permis d' y voir, sans sortir d' une sage réserve, l' indice de quelque loi de la nature, masquée par des perturbations secondaires qui sont restées jusqu' ici inexpliquées : à mon avis, ce genre de rapprochements ne doit pas être écarté. Mais, je le répète, il serait périlleux de s' y attacher trop fortement et de les regarder comme définitivement p302 acquis. L' histoire des sciences prouve que l' esprit humain, une fois qu' il accepte l' à peu près comme une démonstration, dans les théories positives des phénomènes naturels et surtout dans les combinaisons numériques, dérive bien vite vers les fantaisies arbitraires de l' imagination. 7-les séries périodiques. Un pas de plus a été franchi dans cette voie ; une tentative hardie, touchant peut-être à la chimère, a été faite pour construire des séries numériques, qui comprennent tous les corps simples actuels dans leur réseau et qui prétendent même embrasser tous les corps simples susceptibles d' être découverts dans l' avenir. Je veux parler des séries périodiques parallèles , ou pour employer un langage plus franc et plus précis, des progressions arithmétiques , suivant lesquelles M Chancourtois d' abord, puis Mm Newlands, Lothar Meyer et Mendeleef ont cherché de nos jours à grouper tous les nombres qui expriment les poids atomiques de nos éléments, ou des corps prétendus tels. C' est encore par l' étude des séries de la chimie organique que l' on a été conduit à de telles progressions arithmétiques. La chimie organique, en effet, est coordonnée autour d' un certain nombre de grandes séries de corps, liés les uns aux autres dans chaque série par des lois précises ; je dis liés non seulement p303 par leur formule et leurs propriétés, mais aussi par leur génération effective. Les corps compris dans chacune de ces séries peuvent être formés au moyen d' un seul carbure d' hydrogène fondamental ; les autres termes en dérivent méthodiquement, par des additions ou des substitutions successives d' éléments. Le système des dérivés d' un carbure rappelle, et même avec plus de richesse, le système des dérivés d' un métal simple en chimie minérale. Il y a plus : ici intervient une nouvelle donnée. Les carbures fondamentaux ne sont pas des êtres isolés et indépendants les uns des autres. En fait, ils peuvent être rangés à leur tour par groupes réguliers, ou séries dites homologues, séries dont les termes semblables diffèrent deux à deux par des éléments constants en nature, en nombre, et par conséquent en poids : la différence numérique invariable de ces poids égale généralement 14. Ces relations générales sont certaines en chimie organique. Elles coordonnent, non seulement les formules, mais aussi les propriétés physiques et chimiques des carbures d' hydrogène et de leurs dérivés. Dès lors c' était une idée toute naturelle, et qui a dû se présenter à plus d' un esprit, que celle de distribuer l' ensemble des éléments minéraux suivant un principe de classification analogue, et fondé de même sur un système de différences constantes. Telle est, en effet, la base des séries dites périodiques. On dresse aujourd' hui en chimie minérale des tableaux semblables à ceux de la chimie organique ; on y assemble les éléments, métaux et métalloïdes, p304 comme les carbures d' hydrogène. Il y a pourtant cette différence , que les groupes des carbures d' hydrogène sont construits a posteriori et d' après les expériences synthétiques et positives de la chimie organique ; tandis que les nouveaux groupes d' éléments minéraux sont formés a priori et par voie purement hypothétique. Quoiqu' il en soit, une sorte de table à deux entrées a été construite : elle comprend tous nos éléments connus, classés selon certaines progressions arithmétiques. Les familles naturelles des éléments, telles qu' elles ont été définies plus haut, font la base de cette classification. Rappelons d' abord la famille des chloroïdes : elle comprend le chlore, le brome, l' iode, auxquels on a adjoint le fluor, premier terme un peu divergent. En fait, les différences numériques entre les poids atomiques de ces quatre éléments sont représentées par les chiffres suivants : 16, 5 ; 44, 5 et 47. Ces trois différences constituent à peu près une progression, dont la raison serait le nombre 16, ou bien le nombre 15. De même la famille des sulfuroïdes, laquelle comprend l' oxygène, le soufre, le sélénium et le tellure, offre les trois différences que voici entre les poids atomiques de ses termes successifs : 16 ; 47, 6 ; 47, 8 ; nombres à très peu près multiples de 16 : c' est la même raison que tout à l' heure. Le lithium, représenté par 7, le sodium par 23, le potassium par 39, 1, forment un troisième groupe d' éléments, tous éléments métalliques cette fois : on p305 y retrouve la même différence ou raison approximative, égale et 16. Venons à la famille des azotoïdes, tels que l' azote représenté par 14, le phosphore par 31, l' arsenic par 75, l' antimoine par 120. La raison de la progression serait ici comprise entre 15 et 17, c' est-à-dire à peu près la même, quoique toujours avec des écarts notables dans sa valeur absolue. Je dis à peu près, et c' est cet à peu près perpétuel qui jette une ombre sur tout le système. Mais poursuivons-en le résumé, en nous plaçant à un nouveau point de vue. La première famille, celle des chloroïdes, comprend des éléments caractérisés par une propriété chimique commune, qui domine toutes leurs combinaisons : ce sont des corps monovalents , capables de se combiner de préférence à volumes gazeux égaux, c' est-à-dire à poids atomiques égaux, avec l' hydrogène et avec les métaux. Au contraire la seconde famille, celle des sulfuroïdes, oxygène, soufre et analogues, contient surtout des corps bivalents , se combinant dans l' état gazeux avec un volume d' hydrogène double du leur, et, d' une manière plus générale, suivant des rapports de poids atomiques doubles. à son tour, la famille qui renferme l' azote, le phosphore et les éléments analogues est trivalente ; chacun de ces éléments, pris sous son poids atomique respectif, se combine avec trois atomes d' hydrogène ou des autres éléments. Enfin, l' on distingue une autre série quadrivalente , formée par le carbone, le silicium, l' étain, etc. p306 Ces quatre séries, caractérisées par les rapports de leurs combinaisons, embrassent une multitude de composés connus. Elles rappellent certains groupes généraux de carbures d' hydrogène. En effet, les uns de ceux-ci, tels que l' éthylène, pris sous la forme gazeuse, sont susceptibles de se combiner avec un volume égal d' hydrogène, de chlore et des autres éléments. D' autres carbures, tels que l' acétylène, sont aptes à se combiner de préférence avec un volume gazeux d' hydrogène, de chlore, etc., double du leur. D' autres carbures s' unissent avec un volume triple, ou quadruple des gaz élémentaires et spécialement d' hydrogène, etc. Or, si l' on compare entre eux les carbures d' hydrogène monovalents, bivalents, trivalents, on reconnaît qu' on peut les grouper d' une façon très simple, en les rangeant par classes telles, que dans une classe de carbures renfermant le même nombre d' atomes de carbone, les carbures consécutifs diffèrent les uns des autres par deux équivalents d' hydrogène et , par conséquent, par des poids atomiques croissant de 2 en 2 unités. Cette différence constante entre les termes primordiaux des diverses séries se retrouve nécessairement entre les termes suivants, c' est-à-dire entre les termes des séries homologues comparés entre eux. Les carbures les plus légers par leur poids atomique, dans chaque classe renfermant un nombre donné d' atomes de carbone, sont en même temps les moins saturés, ceux dont la valence est la plus considérable ; car la valence croît proportionnellement au nombre d' atomes d' hydrogène unis avec une même quantité de carbone.