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Submitted on 1 Jan 1901
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Poids moléculaires et formules développées
R. Lespieau
To cite this version:
R. Lespieau. Poids moléculaires et formules développées. J. Phys. Theor. Appl., 1901, 10 (1),
pp.374-380. �10.1051/jphystap:0190100100037401�. �jpa-00240521�
374
riable, et c’est la longueur d’onde À qui est altérée par le chan-
gement de la constante diélectrique n, qu’on obtien t, en plongeant des
fils de transmission dans un fluide diélectrique. Considérons, par
exemple, le cas où le conducteur primaire et les fils de transmission sont plongées dans le même fluide diélectrique, d’abord dans l’air et ensuite dans un autre fluide. En plongeant seulement le conducteur
primaire dans le fluide, sa longueur d’onde est maintenue à la même
valeur, déterminée par la formule (7) ; mais la durée est multipliée par
ilÀ d’après la formule (8), et ainsi la longueur d’onde mesurée dans
les fils de transmission devint iIn fois plus grande. Mais en plon- geant aussi les fils de transmission, la durée d’une oscillation n’est pas altérée, étant déterminée par le primaire, et, par conséquent, la longueur d’onde est divisée par iIn d’après la formule (8), et le résul-
tat est qu’elle reprend sa valeur première. On obtient donc une
valeur invariable de la longueur d’onde, si l’on plonge à la fois les deux conducteurs (~). Toutes les expériences de 1VT. Gutton sont dé- duites bien aisément de la théorie.
POIDS MOLÉCULAIRES ET FORMULES DÉVELOPPÉES;
Par M. R. LESPIEAU.
La notion d’atomes et de molécules s’introduit dans la Physique
par un grand nombre de portes : on la rencontre dans la théorie ciné-
tique des gaz et dans la théorie des solutions, dans l’étude des indices de réfraction et dans l’étude des phénomènes capillaires. Lorsque
cette notion se présente à lui, le physicien la définit comme il l’entend,
et il est très remarquable de voir que les résultats auxquels il arrive
sont, en général, parfaitement d’accord avec les conceptions des
chimistes.
Est-ce à dire pour cela qu’il faille se comporter comme si ces con- ceptions ne reposaient sur aucun fondement, qu’il faille exiger des
chimistes qu’ils définissent les poids moléculaires par telle ou telle donnée physique, laquelle apporterait dans la détermination de ces
poids la précision des mesures dont elle est susceptible ?
(1) C. GUTTON, C. R , C~l’~II, p. 543; 1901.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:0190100100037401
375 Nous ne le pensons pas ; ce procédé serait peut-être légitin1e, si le physicien dérnontrait l’existence des atoines et des molécules, s*il démontrait, par exemple, que des volumes égaux de gaz renferment le même nombre de molécules, les molécules en question étant j uste-
ment celles qui jouent un rôle dans les phénomènes chimiques. Or
nous n’en sommes pas là; les chimistes ont même le droit de penser que les molécules dont ils parlent ne sont pas toujours identiques à
celles dont s’occupent les physiciens.
Comment les chimistes arrivent-ils à la notion de poids atomique ?
Par deux voies assez différentes qui ont chacune leurs partisans : -.
Pour les uns, l’hypothèse des atomes fournit de la loi de Dalton une
interprétation si simple qu’il est naturel de l’adopter. De même l’hy- pothèse d’Avogadro découle des lois de Gay-Lussac et fournit un
moyen commode de déterminer les poids moléculaires des gaz.
Pour les autres, les mêmes lois conduisent à la notion de membres
proportionnels. Le nombre de systèmes de nombres proportionnels
ést infini 1’) (A. Joly, Cours élè1nentaire de chimie, 3e édition).
Chaque nombre proportionnel peut, en effet, être multiplié par un rapport simple sans perdre ses vertus. Tous les systèmes se valent;
cependant l’un d’eux a sur les autres un avantage : les nombres qui le
constituent sont les poids due volumes égaux, les corps était pris à
l’état gazeux, aussi lui donne-t-on la préférence.
Le premier sy stème est celui préconisé par Wurtz dans lC Théorie
atomique, par Grimaux dans Théor’£es et Notations; c’est celui de l’école atomiste. Le deuxième est courant dans l’enseignenlcnt secondaire français ; ses partisans lui trouvent l’avantage d’être exempt d’hypo- thèses ; nous verrons tout à l’heure ce qu’il faut en penser.
Auparavant il est nécessaire de remarquer que, dans ces deux
systèmes, on ne s’est pas préoccupé d’un point sur lequel pourtant les chimistes s’accordent en principe et qui nous paraît capital. Les
formules chimiques ne sont pas faites exclusivement pour simplifier
les calculs des réactions analytiques; elles doivent résulter d’un
examen approfondi des réactions de chaque corps ’et par suite les
refléter, être telles qu’elles rappellent ces réactions à notre esprit.
Pour ceux qui admettent la théorie atomique, la connaissance d’un nombre suffisant de combinaisons gazeuses permet de déterminer les
,
. - ,
(1) ~Tous renvoyons à ce traité parce qu’on y trouve un effort sérieux fait en
vue d’arriver logiquement à la notation atomique sans hypothèses.
376
poids atomiques des divers corps simples. Quand on se trouvera en présence d’un composé nouveau, son analyse et sa densité de vapeur étant connues, on saura le nombre et la nature des atomes qui cum-
posent sa molécule. Il ne restera plus qu«à chercher l’arrangement de
ces atomes, et l’on connaitra tout ce qui peut influer sur les réactions du composé. On est donc certain d’arriver à une formule en accord
avec les propriétés chimiques. Wurtz, dans son livre, constate que le
système actuel des poids atomiques est en harmonie avec les analo- gies chin1iques; il n’en est nullement surpris.
Mais si l’on pense que les formules 110, S03HO, C ~H~O‘’... et
H‘’O, SO ~H2, (:2Jf60
-se valent, que les secondes n’ont sur les
premières d’autre avantage que de représenter des volumes de vapeur
égaux ~quand les corps sont vaporisables sans décoI11position),
comment peut-on prétendre arriver à un système en accord avec les propriétés chimiques, lorsque seule une considération d’ordre pliy- sique a décidé du choix ?
Les nombres proportionnels présentent bien d’autres points faibles.
Pour établir leur existence, on s’appuie sur des lois où il est cons-
tamment question de r~r~~~o~~~s sirnples. Que restera-t-il de la tlléorie si l’on s’apercoit qiie les rapports se compliquent ? Dira-t-on qu’un
nombre proportionnel peut être multiplié par un lYllJ1Jort quelconque?
La complication dont nous parlons ne saurait gêner les atomistes ;
leurs hypothèses ont bien été suggérées par la connaissance d’un certain nombre de phénomènes simples; maia elles n’exigent pas qu’ils soient seuls à se présenter.
La loi de Dalton, par exemple, devrait s’énoncer ainsi : Lorsque deux
corps s’unissent en plusieurs proportions, il arrive parfois qu’à un poids fixe de l’un d’eux s’unissent des poids de l’autre, qui sont entre
eux dans des rapports rigoureuseinent simples.
C’est ainsi que, pour la même quantité de carbone, le gaz des marais renferme une quantité d’hydrogène exactement double de celle qui est contenue dans le gaz olcfiant. Ceci est la partie inatta- quable jusqu’ici, et les progrès de l’analyse cliimique n’ont fait que la rendre plus certaine.
Mais est-il permis de dire, comme on le fait dans l’enseignement, qu’il ne se rencontre que des rapports simples :j Autrefois on pouvait
le croire, aujourd’hui non. Le métllanc et l’éthylène ne sont point
les seuls carbures d’hydrogène. Comparons les carbures C1:~H’2
et C28I-rW.
377 Ces carbures existent; il s’en trouve même plusieurs répondant à
l’une de ces formules.
Ici, ~l un même poids de carbone s’unissent des poids d’hydrogène,
.
d 1 12.14
J
.h. 1, 1
qui
~sont entre eux dans le rapport
"~~~’~ly 1.~.~~ Je sais bien que " l’analyse chimique n’est pas assez précise actuellement pour distinguer ce
rapport de l’unité ; mais néanmoins la façon dont les carbures ont été
obtenus, leurs réactions, leurs constantes, établissent ces formules
avec assez de certitude pour que nous puissions affirmer que le rap-
...
168 169
port est bien 1l)9 et non ~ ~9-
"
169 169
Si cet exemple était isolé, s’il avait fallu de longues recherches
pour le trouver, pent-être resterait-il quelque hésitation dans notre
esprit, accoutumé aux rapports simples; mais il n’en est pas ainsi, et
il suffit, pour s’en rendre compte, d’ouvrir un traité de chimie qui ne
soit pas trop incomplet.
Au reste, si les lois pondérales des combinaisons appliquées aux composés de deux ou de plus de deux corps entre eux comportaient
des rapports toujours simples, on ne devrait rencontrer que des for- mules à exposants simples. Or quel est le chimistes qui rejettera c~
p>.ioi?1, uniquement à caose de leur complelité, des formules du genre de celles-ci :
proposées pour représenter l’albumine et certains acides pliospho- tungstiques.
Dalton crut à la simplicité des rapports, c’est du moins ce qu’af-
firme Sainte-Clairc Deville ;~~~~2. cle l’L,c. lVor~~zale, ‘~e s., t. V, p. ~0~),
et pourtant, comme le dit ~Vurt~, « esprit élevé, Dalton ne s’arrêta
pas aux faits, mais chercha à en rendre compte par une conception théorique » . Il
«supposa que la matière était formée d’atomes » . Deville fait remarquer (loc. cl., p. 201) que cette hypothèse n’a
pas pour conséquence la loi des proportions multiples, lorsqu’il est question de multiples simples, qu’il aurait fallu ajouter
«les combi-
naisons s’effectuent entre’ des atomes associés en nombres entier
petits ». Dalton ne l’a pas fait, et c’est justement pour cette raison que son hypothèse n’est point en contradiction avec les progrès de
la chimie, tandis qu’on n’en pourrait dire autant de la loi des rap-
ports simples.
378
Dans certains cas, nous observons que les poids d’un corps qui se
combinent à un poids constant d’un autre sont des multiples d’un
même nombre. Par suite de l’imperfection de nos méthodes d’ana-
lyse, nous ne pouvons constater ce fait avec certitude que si ces
multiples sont simples. N’est-il pas naturel d’admettre par générali-
sation que, dans tous les cas, les poids en question sont des multiples
d’un même nombre, simples on non, et, ce faisant, est-on bien éloigné
de l’hypothèse de Dalton?
Les lois de Gay-Lussac, qui ont joué un rôle capital dans l’histoire
de la chimie, ne sont pas à l’abri des critiques précédentes. Il n’y a,
pour s’en rendre compte, qu’à essayer de les appliquer aux carbures d’hydrogène, car, pour inconnu que nous soit le volume de 12 de car-
bone en vapeur, il n’en a pas moins une valeur. L’une de ces lois,
relative aux contractions a disparu de la science, les autres ne
peuvent être considérées que comme de simples remarques appli-
cabales aux corps présentant l’état gazeux, dans les conditions habi- tuelles de température et de pression, mais ne sauraient servir à édifier un système de formules applicables à tous les corps.
Ainsi l’hypothèse de l’existence des atomes nous paraît bien supé-
rieure à la théorie des nombres proportionnels, et nous l’adopterions
volontiers. ais cela n’est méme pas indispensable pour arriver à donner à chaque corps une formule et, par suite, un poids molé-
culaire.
Disons avec Gerhardt :
«Les formules chimiques ont pour but de
«
rendre évidentes de la manière la plus simple et la plus exacte les
«
relations qui rattachent les corps entre eux sous le rapport de la
« transformation. Toute réaction chimique peut se rendre par une
«
équation. Représenter un corps par une formule rationnelle, c’est
«
résumer par des signes de convention un certain nombre d’équa-
«
tions. Les formules rationnelles sont donc en quelque sorte ders
«
équations contractées.
»Appliquons ceci à des exemples classiques :
Après avoir exposé les belles recherches de Graham sur l’acide
phosphorique, ne peut-on dire : l’hydrogène de cet acide est suscep-
tible de se fractionner en trois parties. Pour rappeler ce fait, nous
écrirons dans sa formule trois fois le symbole de l’hydrogène, et
nous appellerons alors poids moléculaire de cet acide le poids qui
renferme 311. Avec Il = 1, l’analyse nous apprend que ce poids est 98.
Cet exemple n’est pas unique : l’hydrogène combiné se prête presque
379
toujours à des substitutions par les métaux, le chlore, les radicaux hydrocarbonés ; ces substitutions ne portent généralement que sur une fraction de l’hydrogène. Choisissons la formule qui s’accommode le Inieux des fractionnements observés.
Quand nous aurons cité le travail de Williamson sur l’éther, nous
°
le résumerons en disant : la composition de l’éther est celle d’un alcool
déshydraté. On respecterait donc sa composition en lui donnant la même formule qu’à 1"alcool en éliminant toutefois les éléments de l’eau.
Mais il vaudra mieux doubler la formule de l’alcool avant de faire cette élimination, parce qu’alors nous ne séparerons pas dans notre
symbolisme les phénomènes absolument semblables de l’éthérifica- tion d’un alcool et de l’éthéri fication d’un mélange d’alcool, parce que
nous pourrons ainsi représenter commodément les éthers mixtes.
Nous démontrerons de même, avec N,~lurtz, que, si l’iodure de
méthyle est GH 31 le corps obtenu en traitant par le sodium est non
pas C113, mais CH 3. CI-I 3. Nous nous appuierons pour cela sur
les résultats de l’action du sodium s ur un mélange d’iodures alcoylés.
En un mot nous considérerons chaque combinaison comme une
sorte de mécanisme ; pour en connaître les différentes pièces, nous
le démonterons par l’analyse, puis nous essaierons de les remettre en
place par la synthèse, et nous trouverons ainsi à la fois la formule
développée et le poids moléculaire. Avant les belles découvertes de
Raoult, on ne faisait pas autrement pour fixer la formule des composés
non volatils, et la cryoscopie n’a point détruit les résultats acquis, elle
s’est imposée parce qu’elle les confirmait.
En acceptant ces vues, on est amené à considérer l’énoncé d’...rBvo-
gadro non plus comme une hypothèse, mais comme une loi au méme
titre que la loi de Raoult. Elle ne sert point à définir les poids molé- culaires, elle sert à déterminer rapidement une valeur approchée ,quand il s’agit de gaz. Mais nous ne saurions admettre une défini- tion conduisant à cette conséquence :
«les corps non volatils ne
«
peuvent avoir par conséquent de poids moléculaire » .
Si, dans les recherches, il est commode, pour aller vite, de faire un usage constant des données physiques et de la notion de valence,
il n’en est pas moins certain que, dans 1 enseignement, il est beaucoup plus instructif de montrer comment les réactions de chaque corps conduisent peu à peu à la formule qu’on lui a donnée. Il restera dans l’esprit de l’élève que la métllode des sciences chimiques n’est point
celle des sciences inathématiques, qu’une formule ne se démontre
380
pas comme un théorème, c~n’on peut simplement lui irouver des
avantages et qu’un jour on l’abandonnera peut-être pour une autre
plus en harmonie avec les faits. L’histoire est là pour lui apprendre
.
que la silice, et plus récemment l’acide hypoazoteuY, l’acide persulfu- rique, ont changé de formules.
Nous ne saurions conclure mieux que par une citation de Friedel :
«
On ne doit pas perdre de vue que les idées d’Avogadro et d’1Bn1-
«
père ne sont autre chose qu’une hypothèse physique, féconde en
«
conséquences, il est vrai, méme au point de vue chimique, mais
«
devant céder le pas aux considérations chimiques, lorsqu’il s’agit
«
