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Traité élémentaire de chimie/Partie 1/Chapitre 5

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CHAPITRE V.


De la décomposition du gaz oxygène par le soufre, le phosphore & le charbon, & de la formation des acides en général.


Un des principes qu’on ne doit jamais perdre de vue dans l’art de faire des expériences, est de les simplifier le plus qu’il est possible & d’en écarter toutes les circonstances qui peuvent en compliquer les effets. Nous n’opérerons donc pas, dans les expériences qui vont faire l’objet de ce Chapitre, sur de l’air de l’atmosphère, qui n’est point une substance simple. Il est bien vrai que le gaz azotique, qui fait une partie du mélange qui le constitue, paroît être purement passif dans les calcinations & les combustions : mais, comme il les ralentit, & comme il n’est pas impossible même qu’il en altère les résultats dans quelques circonstances, il m’a paru nécessaire de bannir cette cause d’incertitude.

J’exposerai donc, dans les expériences dont je vais rendre compte, le résultat des combustions tel qu’il a lieu dans l’air vital ou gaz oxygène pur, & j’avertirai seulement des différences qu’elles présentent quand le gaz oxygène est mêlé de différentes proportions de gaz azotique.

Pl. IV - Fig. 3

J’ai pris une cloche de cristal A, planche IV, figure 3, de cinq à six pintes de capacité ; je l’ai emplie de gaz oxygène sur de l’eau, après quoi je l’ai transportée sur le bain de mercure au moyen d’une capsule de verre que j’ai passée par-dessous ; j’ai ensuite séché la surface du mercure & j’y ai introduit 61 grains 1/4 de phosphore de Kunkel, que j’ai divisés dans deux capsules de porcelaine, semblables à celle qu’on voit en D, figure 3, sous la cloche A ; & pour pouvoir allumer chacune de ces deux portions séparément, & que l’inflammation ne se communiquât pas de l’une à l’autre, j’ai recouvert l’une des deux avec un petit carreau de verre. Lorsque tout a été ainsi préparé, j’ai élevé le mercure dans la cloche à la hauteur EF, en suçant avec un siphon de verre GHI, même figure, qu’on introduit par-dessous la cloche : pour qu’il ne se remplisse pas en passant à travers le mercure, on tortille à son extrémité I, un petit morceau de papier. Puis avec un fer recourbé rougi au feu, représenté figure 16, j’ai allumé successivement le phosphore des deux capsules, en commençant par celle qui n’étoit point recouverte avec un carreau de verre.

Pl. IV - Fig. 16

La combustion s’est faite avec une grande rapidité, avec une flamme brillante & un dégagement considérable de chaleur & de lumière. Il y a eu dans le premier instant une dilatation considérable du gaz oxygène, occasionnée par la chaleur ; mais bientôt le mercure a remonté au-dessus de son niveau, & il y a eu une absorption considérable : en même temps tout l’intérieur de la cloche s’est tapissé de flocons blancs, légers, qui n’étoient autre chose que de l’acide phosphorique concret.

La quantité de gaz oxygène employée, étoit, toutes corrections faites, au commencement de l’expérience, de 162 pouces cubiques ; elle s’est trouvée à la fin seulement de 23 pouces 1/4 : la quantité de gaz oxygène absorbée avoit donc été de 138 pouces 3/4 ou de 69,grains 375.

La totalité du phosphore n’étoit pas brûlée ; il en restoit dans les capsules quelques portions, qui, lavées, pour en séparer l’acide, & séchées, se sont trouvées peser environ 16 grains 1/4 : ce qui réduit à peu près à 45 grains la quantité de phosphore brûlée : je dis à peu près, parce qu’il ne seroit pas impossible qu’il n’y eût eu un ou deux grains d’erreur sur le poids du phosphore restant après la combustion.

Ainsi dans cette opération, 45 grains de phosphore se sont combinés avec 69,grains 375 d’oxygène ; & comme rien de pesant ne passe à travers le verre, on a droit d’en conclure que le poids de la substance quelconque qui a résulté de cette combinaison & qui s’étoit rassemblée en flocons blancs, devoit s’élever à la somme du poids de l’oxygène & de celui du phosphore, c’est-à-dire, à 114,grains 375. On verra bientôt que ces flocons blancs ne sont autre chose qu’un acide concret. En réduisant ces quantités au quintal, on trouve qu’il faut employer 154 liv. d’oxygène pour saturer 100 liv. de phosphore, & qu’il en résulte 254 liv. de flocons blancs ou acide phosphorique concret.

Cette expérience prouve d’une manière évidente, qu’à un certain degré de température, l’oxygène a plus d’affinité avec le phosphore qu’avec le calorique ; qu’en conséquence le phosphore décompose le gaz oxygène, qu’il s’empare de sa base, & qu’alors le calorique, qui devient libre, s’échappe & se dissipe en se répartissant dans les corps environnans.

Mais quelque concluante que fût cette expérience, elle n’étoit pas encore suffisamment rigoureuse : en effet, dans l’appareil que j’ai employé & que je viens de décrire, il n’est pas possible de vérifier le poids des flocons blancs ou de l’acide concret qui s’est formé ; on ne peut le conclure que par voie de calcul & en le supposant égal à la somme du poids de l’oxygène & du phosphore : or quelqu’évidente que fût cette conclusion, il n’est jamais permis en Physique & en Chimie, de supposer ce qu’on peut déterminer par des expériences directes. J’ai donc cru devoir refaire cette expérience un peu plus en grand, & avec un appareil différent.

Pl. IV - Fig. 4

J’ai pris un grand ballon de verre A, planche IV, figure 4, dont l’ouverture EF avoit trois pouces de diamètre. Cette ouverture se recouvroit avec une plaque de cristal usée à l’émeril, laquelle étoit percée de deux trous pour le passage des tuyaux yyy, xxx.

Avant de fermer le ballon avec sa plaque, j’y ai introduit un support BC surmonté d’une capsule de porcelaine D, qui contenoit 150 grains de phosphore : tout étant ainsi disposé, j’ai adapté la plaque de cristal sur l’ouverture du matras, & j’ai lutté avec du lut gras, que j’ai recouvert avec des bandes de linge imbibées de chaux & de blanc d’œuf : lorsque ce lut a été bien séché, j’ai suspendu tout cet appareil au bras d’une balance, & j’en ai déterminé le poids à un grain ou un grain & demi près. J’ai ensuite adapté le tuyau xxx, à une petite pompe pneumatique, & j’ai fait le vide ; après quoi ouvrant un robinet adapté au tuyau yyy, j’ai introduit du gaz oxygène dans le ballon. J’observerai que ce genre d’expérience se fait avec assez de facilité & surtout avec beaucoup d’exactitude, au moyen de la machine hydro-pneumatique dont nous avons donné la description, M. Meusnier & moi, dans les Mémoires de l’Académie, année 1782, page 466, & dont on trouvera une explication dans la dernière Partie de cet Ouvrage ; qu’on peut à l’aide de cet instrument, auquel M. Meusnier a fait depuis des additions & des corrections importantes, connoître d’une manière rigoureuse, la quantité de gaz oxygène introduite dans le ballon, & celle qui s’est consommée pendant le cours de l’opération.

Lorsque tout a été ainsi disposé, j’ai mis le feu au phosphore avec un verre ardent. La combustion a été extrêmement rapide, accompagnée d’une grande flamme & de beaucoup de chaleur : à mesure qu’elle s’opéroit, il se formoit une grande quantité de flocons blancs qui s’attachoient sur les parois intérieures du vase, & qui bientôt l’ont obscurci entièrement. L’abondance des vapeurs étoit même telle, que quoiqu’il rentrât continuellement de nouveau gaz oxygène, qui auroit dû entretenir la combustion, le phosphore s’est bientôt éteint. Ayant laissé refroidir parfaitement tout l’appareil, j’ai commencé par m’assurer de la quantité de gaz oxygène qui avoit été employée, & par peser le ballon avant de l’ouvrir. J’ai ensuite lavé, séché & pesé la petite quantité de phosphore qui étoit restée dans la capsule, & qui étoit de couleur jaune d’ocre, afin de la déduire de la quantité totale de phosphore employée dans l’expérience. Il est clair qu’à l’aide de ces différentes précautions, il m’a été facile de constater, 1°. le poids du phosphore brûlé ; 2°. celui des flocons blancs obtenus par la combustion ; 3°. le poids du gaz oxygène qui s’étoit combiné avec le phosphore. Cette expérience m’a donné à peu près les mêmes résultats que la précédente : il en a également résulté que le phosphore en brûlant, absorboit un peu plus d’une fois & demie son poids d’oxygène, & j’ai acquis de plus la certitude que le poids de la nouvelle substance produite étoit égal à la somme du poids du phosphore brûlé & de l’oxygène qu’il avoit absorbé : ce qu’il étoit au surplus facile de prévoir à priori.

Si le gaz oxygène qu’on a employé dans cette expérience étoit pur, le résidu qui reste après la combustion est également pur ; ce qui prouve qu’il ne s’échappe rien du phosphore qui puisse altérer la pureté de l’air, & qu’il n’agit qu’en enlevant au calorique sa base, c’est-à-dire l’oxygène qui y étoit uni.

J’ai dit plus haut que si on brûloit un corps combustible quelconque dans une sphère creuse de glace ou dans tout autre appareil construit sur le même principe, la quantité de glace fondue pendant la combustion, étoit une mesure exacte de la quantité de calorique dégagé. On peut consulter à cet égard le Mémoire que nous avons donné en commun à l’Académie, M. de la Place & moi, année 1780, page 355. Ayant soumis la combustion du phosphore à cette épreuve, nous avons reconnu qu’une livre de phosphore en brûlant, fondoit un peu plus de 100 liv. de glace.

La combustion du phosphore réussit également dans l’air de l’atmosphère, avec ces deux différences seulement, 1°. que la combustion est beaucoup moins rapide, attendu qu’elle est rallentie par la grande proportion de gaz azotique qui se trouve mêlé avec le gaz oxygène : 2°. que le cinquième de l’air, tout au plus, est seulement absorbé, parce que cette absorption se faisant toute aux dépens du gaz oxygène, la proportion du gaz azotique devient telle vers la fin de l’opération, que la combustion ne peut plus avoir lieu.

Le phosphore par sa combustion, soit dans l’air ordinaire, soit dans le gaz oxygène, se transforme, comme je l’ai déjà dit, en une matière blanche floconneuse très-légère, & il acquiert des propriétés toutes nouvelles : d’insoluble qu’il étoit dans l’eau, non-seulement il devient soluble, mais il attire l’humidité contenue dans l’air avec une étonnante rapidité, & il se résout en une liqueur beaucoup plus dense que l’eau, & d’une pesanteur spécifique beaucoup plus grande. Dans l’état de phosphore, & avant sa combustion, il n’avoit presqu’aucun goût ; par sa réunion avec l’oxygène il prend un goût extrêmement aigre & piquant ; enfin, de la classe des combustibles, il passe dans celle des substances incombustibles, & il devient ce qu’on appelle un acide.

Cette conversibilité d’une substance combustible en un acide par l’addition de l’oxygène, est, comme nous le verrons bientôt, une propriété commune à un grand nombre de corps : or en bonne logique, on ne peut se dispenser de désigner sous un nom commun toutes les opérations qui présentent des résultats analogues ; c’est le seul moyen de simplifier l’étude des Sciences, & il seroit impossible d’en retenir tous les détails, si on ne s’attachoit à les classer. Nous nommerons donc oxygénation la conversion du phosphore en un acide, & en général la combinaison d’un corps combustible quelconque avec l’oxygène.

Nous adopterons également l’expression d’oxygéner, & je dirai en conséquence qu’en oxygénant le phosphore, on le convertit en un acide.

Le soufre est également un corps combustible, c’est-à-dire, qui a la propriété de décomposer l’air, & d’enlever l’oxygène au calorique. On peut s’en assurer aisément par des expériences toutes semblables à celles que je viens de détailler pour le phosphore ; mais je dois avertir qu’il est impossible, en opérant de la même manière sur le soufre, d’obtenir des résultats aussi exacts que ceux qu’on obtient avec le phosphore ; par la raison que l’acide qui se forme par la combustion du soufre est difficile à condenser, que le soufre lui-même brûle avec beaucoup de difficulté, & qu’il est susceptible de se dissoudre dans les différens gaz. Mais ce que je puis assurer, d’après mes expériences, c’est que le soufre en brûlant, absorbe de l’air ; que l’acide qui se forme est beaucoup plus pesant que n’étoit le soufre ; que son poids est égal à la somme du poids du soufre, & de l’oxygène qu’il a absorbés ; enfin, que cet acide est pesant, incombustible, susceptible de se combiner avec l’eau en toutes proportions : il ne reste d’incertitude que sur la quantité de soufre & d’oxygène qui constituent cet acide.

Le charbon, que tout jusqu’à présent porte à faire regarder comme une substance combustible simple, a également la propriété de décomposer le gaz oxygène & d’enlever sa base au calorique : mais l’acide qui résulte de cette combustion ne se condense pas au degré de pression & de température dans lequel nous vivons ; il demeure dans l’état de gaz, & il faut une grande quantité d’eau pour l’absorber. Cet acide, au surplus, a toutes les propriétés communes aux acides, mais dans un degré plus foible, & il s’unit comme eux à toutes les bases susceptibles de former des sels neutres.

On peut opérer la combustion du charbon, comme celle du phosphore, sous une cloche de verre A, planche IV, figure 3, remplie de gaz oxygène, & renversée dans du mercure : mais comme la chaleur d’un fer chaud & même rouge, ne suffiroit pas pour l’allumer, on ajoute par-dessus le charbon, un petit fragment d’amadou & un petit atome de phosphore. On allume facilement le phosphore avec un fer rouge ; l’inflammation se communique ensuite à l’amadou, puis au charbon.

On trouve le détail de cette expérience, Mémoires de l’Académie, année 1781, page 448. On y verra qu’il faut 72 parties d’oxygène en poids, pour en saturer 28 de charbon, & que l’acide aériforme qui est produit, a une pesanteur justement égale à la somme des poids du charbon & de l’oxygène qui ont servi à le former. Cet acide aériforme a été nommé air fixe, ou air fixé par les premiers Chimistes qui l’ont découvert ; ils ignoroient alors si c’étoit de l’air semblable à celui de l’atmosphère ou un autre fluide élastique, vicié & gâté par la combustion ; mais puisqu’il est constant aujourd’hui que cette substance aériforme est un acide, qu’il se forme comme tous les autres acides, par l’oxygénation d’une base, il est aisé de voir que le nom d’air fixe ne lui convient point.

Ayant essayé, M. de la Place & moi, de brûler du charbon dans l’appareil propre à déterminer la quantité de calorique dégagée, nous avons trouvé qu’une livre de charbon, en brûlant, fondoit 96 liv. 6 onces de glace : 2 liv. 9 onces, 1 gros, 10 grains d’oxygène se combinent avec le charbon dans cette opération, & il se forme 3 liv. 9 onces, 1 gros, 10 grains de gaz acide ; ce gaz pèse 0,grain 695 le pouce cube, ce qui donne 34242 pouces cubiques pour le volume total de gaz acide qui se forme par la combustion d’une livre de charbon.

Je pourrois multiplier beaucoup plus les exemples de ce genre, & faire voir par une suite de faits nombreux, que la formation des acides s’opère par l’oxygénation d’une substance quelconque ; mais la marche que je me suis engagé à suivre & qui consiste à ne procéder que du connu à l’inconnu, & à ne présenter au Lecteur que des exemples puisés dans des choses qui lui ont été précédemment expliquées, m’empêche d’anticiper ici sur les faits. Les trois exemples d’ailleurs que je viens de citer, suffisent pour donner une idée claire & précise de la manière dont se forment les acides. On voit que l’oxygène est un principe commun à tous, & que c’est lui qui constitue leur acidité ; qu’ils sont ensuite différenciés les uns des autres par la nature de la substance acidifiée. Il faut donc distinguer dans tout acide, la base acidifiable à laquelle M. de Morveau a donné le nom de radical, & le principe acidifiant, c’est-à-dire, l’oxygène.