Traité élémentaire de chimie/Partie 1/Chapitre 8
(1789)
Jusqu’à ces derniers temps on avoit regardé l’eau comme une substance simple, & les anciens n’avoient fait aucune difficulté de la qualifier du nom d’élément : c’étoit sans doute une substance élémentaire pour eux, puisqu’ils n’étoient point parvenus à la décomposer, ou au moins puisque les décompositions de l’eau qui s’opéroient journellement sous leurs yeux, avoient échappé à leurs observations : mais on va voir que l’eau n’est plus un élément pour nous. Je ne donnerai point ici l’histoire de cette découverte, qui est très-moderne, & qui même est encore contestée. On peut consulter à cet égard les Mémoires de l’Académie des Sciences, année 1781.
Je me contenterai de rapporter les principales preuves de la décomposition & de la recomposition de l’eau ; j’ose dire que quand on voudra bien les peser sans partialité, on les trouvera démonstratives.
On prend un tube de verre EF, planche VII, fig. 11, de 8 à 12 lignes de diamètre, qu’on fait passer à travers un fourneau, en lui donnant une légère inclinaison de E en F. À l’extrémité supérieure E de ce tube, on ajuste une cornue de verre A, qui contient une quantité d’eau distillée bien connue, & à son extrémité F, un serpentin SS’ qui s’adapte en S’ au goulot d’un flacon H à deux tubulures ; enfin à l’une des deux tubulures du flacon s’adapte un tube de verre recourbé KK, destiné à conduire les fluides aériformes ou gaz dans un appareil propre à en déterminer la qualité & la quantité.
Il est nécessaire, pour assurer le succès de cette expérience, que le tube EF soit de verre vert bien cuit & d’une fusion difficile ; on l’enduit en outre d’un lut d’argile mêlée avec du ciment fait avec des poteries de grès réduites en poudre ; & dans la crainte qu’il ne fléchisse par le ramollissement, on le soutient dans son milieu avec une barre de fer qui traverse le fourneau. Des tuyaux de porcelaine sont préférables à ceux de verre ; mais il est difficile de s’en pro-curer qui ne soient pas poreux, & presque toujours on y découvre quelques trous qui donnent passage à l’air ou aux vapeurs.
Lorsque tout a été ainsi disposé, on allume du feu dans le fourneau EFCD, & on l’entretient de manière à faire rougir le tube de verre EF, sans le fondre ; en même temps on allume assez de feu dans le fourneau VVXX, pour entretenir toujours bouillante l’eau de la cornue A.
À mesure que l’eau de la cornue A se vaporise par l’ébullition, elle remplit l’intérieur du tube EF, & elle en chasse l’air commun qui s’évacue par le tube KK ; le gaz aqueux est ensuite condensé par le refroidissement dans le serpentin SS’, & il tombe de l’eau goutte à goutte dans le flacon tubulé H.
En continuant cette opération jusqu’à ce que toute l’eau de la cornue A soit évaporée, & en laissant bien égoutter les vaisseaux, on retrouve dans le flacon H une quantité d’eau rigoureusement égale à celle qui étoit dans la cornue A, sans qu’il y ait eu dégagement d’aucun gaz ; en sorte que cette opération se réduit à une simple distillation ordinaire, dont le résultat est absolument le même que si l’eau n’eût point été portée à l’état incandescent, en traversant le tube intermédiaire EF.
On dispose tout comme dans l’expérience précédente, avec cette différence seulement qu’on introduit dans le tube EF vingt-huit grains de charbon concassé en morceaux de médiocre grosseur, & qui préalablement a été long-temps exposé à une chaleur incandescente dans des vaisseaux fermés. On fait, comme dans l’expérience précédente, bouillir l’eau de la cornue A jusqu’à évaporation totale.
L’eau de la cornue A se distille dans cette expérience comme dans la précédente ; elle se condense dans le serpentin, & coule goutte à goutte dans le flacon H ; mais en même temps il se dégage une quantité considérable de gaz, qui s’échappe par le tuyau KK, & qu’on recueille dans un appareil convenable.
L’opération finie, on ne retrouve plus dans le tube EF que quelques atomes de cendre ; les vingt-huit grains de charbon ont totalement disparu.
Les gaz qui se sont dégagés examinés avec soin, se trouvent peser ensemble 113 grains 7/10[1] ; ils sont de deux espaces, savoir 144 pouces cubiques de gaz acide carbonique, pesant 100 grains, & 380 pouces cubiques d’un gaz extrêmement léger, pesant 13 grains 7/10, & qui s’allume par l’approche d’un corps enflammé lorsqu’il a le contact de l’air. Si on vérifie ensuite le poids de l’eau passée dans le flacon, on la trouve diminuée de 85 grains 7/10.
Ainsi dans cette expérience, 85 grains 7/10 d’eau, plus 28 grains de charbon ont formé 100 grains d’acide carbonique, plus 13 grains 7/10 d’un gaz particulier susceptible de s’enflammer.
Mais j’ai fait voir plus haut, que pour former 100 grains de gaz acide carbonique, il falloit unir 72 grains d’oxygène à 28 grains de charbon ; donc les 28 grains de charbon placés dans le tube de verre ont enlevé à l’eau 72 grains d’oxygène ; donc 85 grains 7/10 d’eau sont composés de 72 grains d’oxygène & de 13 grains 7/10 d’un gaz susceptible de s’enflammer. On verra bientôt qu’on ne peut pas supposer que ce gaz ait été dégagé du charbon, & qu’il est conséquemment un produit de l’eau.
J’ai supprimé dans l’exposé de cette expérience quelques détails qui n’auroient servi qu’à la compliquer & à jeter de l’obscurité dans les idées des lecteurs : le gaz inflammable, par exemple, dissout un peu de charbon, & cette circonstance en augmente le poids & diminue au contraire celui de l’acide carbonique ; l’altération qui en résulte dans les quantités n’est pas très-considérable ; mais j’ai cru devoir les rétablir par calcul, & présenter l’expérience dans toute sa simplicité, & comme si cette circonstance n’avoit pas lieu. Au surplus, s’il restoit quelques nuages sur la vérité des conséquences que je tire de cette expérience, ils seroient bientôt dissipés par les autres expériences que je vais rapporter à l’appui.
On dispose tout l’appareil comme dans l’expérience précédente, avec cette différence seulement, qu’au lieu des 28 grains de charbon, on met dans le tube EF, planche VII, fig. 11, 274 grains de petites lames de fer très-doux roulées en spirales. On fait rougir le tube comme dans les expériences précédentes ; on allume
du feu sous la cornue A, & on entretient l’eau qu’elle contient toujours bouillante, jusqu’à ce qu’elle soit entièrement évaporée, qu’elle ait passé en totalité dans le tube EF, & qu’elle se soit condensée dans le flacon H.
Il ne se dégage point de gaz acide carbonique dans cette expérience, mais seulement un gaz inflammable 13 fois plus léger que l’air de l’atmosphère : le poids total qu’on en obtient est de 15 grains, & son volume est d’environ 416 pouces cubiques. Si on compare la quantité d’eau primitivement employée avec celle restante dans le flacon H, on trouve un déficit de 100 grains. D’un autre côté, les 274 grains de fer renfermés dans le tube EF se trouvent peser 85 grains de plus que lorsqu’on les y a introduits ; & leur volume se trouve considérablement augmenté ; ce fer n’est presque plus attirable à l’aimant, il se dissout sans effervescence dans les acides ; en un mot, il est dans l’état d’oxide noir, précisément comme celui qui a été brûlé dans le gaz oxygène.
Le résultat de cette expérience présente une véritable oxidation du fer par l’eau ; oxida-tion toute semblable à celle qui s’opère dans l’air à l’aide de la chaleur. Cent grains d’eau ont été décomposés ; 85 d’oxygène se sont unis au fer pour le constituer dans l’état d’oxide noir, & il s’est dégagé 15 grains d’un gaz inflammable particulier : donc l’eau est composée d’oxygène & de la base d’un gaz inflammable, dans la proportion de 85 parties contre 15.
Ainsi l’eau indépendamment de l’oxygène qui est un de ses principes, & qui lui est commun avec beaucoup d’autres substances, en contient un autre qui lui est propre, qui est son radical constitutif, & auquel nous nous sommes trouvés forcés de donner un nom. Aucun ne nous a paru plus convenable que celui d’hydrogène, c’est-à-dire, principe générateur de l’eau, de ὕδωρ eau, & de γείνομαι j’engendre. Nous appellerons gaz hydrogène la combinaison de ce principe avec le calorique, & le mot d’hydrogène seul exprimera la base de ce même gaz, le radical de l’eau.[2]
Voilà donc un nouveau corps combustible, c’est-à-dire, un corps qui a assez d’affinité avec l’oxygène pour l’enlever au calorique & pour décomposer l’air ou le gaz oxygène. Ce corps combustible a lui-même une telle affinité avec le calorique, qu’à moins qu’il ne soit engagé dans une combinaison, il est toujours dans l’état aériforme ou de gaz au degré habituel de pression & de température dans lequel nous vivons. Dans cet état de gaz, il est environ 13 fois plus léger que l’air de l’atmosphère, il n’est point absorbable par l’eau, mais il est susceptible d’en dissoudre une petite quantité ; enfin il ne peut servir à la respiration des animaux.
La propriété de brûler & de s’enflammer n’étant pour ce gaz comme pour tous les autres combustibles, que la propriété de décomposer l’air & d’enlever l’oxygène au calorique, on conçoit qu’il ne peut brûler qu’avec le contact de l’air ou du gaz oxygène. Aussi lorsqu’on emplit une bouteille de ce gaz & qu’on l’allume, il brûle paisiblement au goulot de la bouteille & ensuite dans son intérieur, à mesure que l’air extérieur y pénètre ; mais la combustion est successive & lente, elle n’a lieu qu’à la surface où le contact des deux airs ou gaz s’opère. Il n’en est pas de même lorsqu’on mêle ensemble les deux airs avant de les allumer : si par exemple, après avoir introduit dans une bouteille à goulot étroit une partie de gaz oxygène, & ensuite deux de gaz hydrogène, on approche de son orifice un corps enflammé, tel qu’une bougie ou un morceau de papier allumé, la combustion des deux gaz se fait d’une manière instantanée & avec une forte explosion. On ne doit faire cette expérience que dans une bouteille de verre vert très-forte qui n’excède pas une pinte de capacité & qu’on enveloppe même d’un linge, autrement on s’exposeroit à des accidens funestes par la rupture de la bouteille dont les fragmens pourroient être lancés à de grandes distances.
Si tout ce que je viens d’exposer sur la décomposition de l’eau est exact & vrai, si réellement cette substance est composée, comme j’ai cherché à l’établir, d’un principe qui lui est propre, d’hydrogène combiné avec l’oxygène, il en résulte qu’en réunissant ces deux principes, on doit refaire de l’eau, & c’est ce qui arrive en effet, comme on va en juger par l’expérience suivante.
On prend un ballon A de cristal, planche IV, fig. 5, à large ouverture, & dont la capacité soit de 30 pintes environ ; on y mastique une platine de cuivre BC percée de quatre trous auxquels aboutissent quatre tuyaux. Le premier Hh est destiné à s’adapter, par son extrémité h à une pompe pneumatique par le moyen de laquelle on peut faire le vide dans le ballon. Un second tuyau gg communique par son extrémité MM avec un réservoir de gaz oxygène, & est destiné à l’amener dans le ballon. Un troisième dDd’ communiqua, par son extrémité dNN avec un réservoir de gaz hydrogène : l’extrémité d’ de ce tuyau se termine par une ouverture très-petite & à travers laquelle une très-fine aiguille peut à peine passer. C’est par cette petite ouverture que doit sortir le gaz hydrogène contenu dans le réservoir ; & pour qu’il y ait une vîtesse suffisante, on doit lui faire éprouver une pression de un ou deux pouces d’eau. Enfin, la platine BC est percée d’un quatrième trou, lequel est garni d’un tube de verre mastiqué, à travers lequel passe un fil de métal GL, à l’extrémité L duquel est adaptée une petite boule, afin de pouvoir tirer une étincelle électrique de L en d’ pour allumer, comme on le verra bientôt, le gaz hydrogène. Le fil de métal GL est mobile dans le tube de verre afin de pouvoir éloigner la boule L de l’extrémité d’ de l’ajustoir Dd’. Les trois tuyaux dDd’, gg, Hh sont chacun garnis de leur robinet.
Pour que le gaz hydrogène & le gaz oxygène arrivent bien secs par les tuyaux respectifs qui doivent les amener au ballon A, & qu’ils soient dépouillés d’eau autant qu’ils le peuvent être, on les fait passer à travers des tubes MM, NN d’un pouce environ de diamètre qu’on remplit d’un sel très-déliquescent, c’est-à-dire, qui attire l’humidité de l’air avec beaucoup d’avidité, tels que l’acétite de potasse, le muriate ou le nitrate de chaux. Voyez quelle est la composition de ces sels dans la seconde partie de cet Ouvrage. Ces sels doivent être en poudre grossière afin qu’ils ne puissent pas faire masse, & que le gaz passe facilement à travers les interstices que laissent les morceaux.
On doit s’être prémuni d’avance d’une provision suffisante de gaz oxygène bien pur ; & pour s’assurer qu’il ne contient point d’acide carbonique, on doit le laisser long-temps en contact avec de la potasse dissoute dans de l’eau, & qu’on a dépouillée de son acide carbonique par de la chaux : on donnera plus bas quelques détails sur les moyens d’obtenir cet alcali.
On prépare avec le même soin le double de gaz hydrogène. Le procédé le plus sûr pour l’obtenir exempt de mélange, consiste à le tirer de la décomposition de l’eau par du fer bien ductile & bien pur.
Lorsque ces deux gaz sont ainsi préparés, on adapte la pompe pneumatique au tuyau Hh, & on fait le vide dans le grand ballon A : on y introduit ensuite l’un ou l’autre des deux gaz, mais de préférence le gaz oxygène par le tuyau gg, puis on oblige par un certain degré de pression le gaz hydrogène à entrer dans le même ballon par le tuyau dDd’, dont l’extrémité d’ se termine en pointe. Enfin on allume ce gaz à l’aide d’une étincelle électrique. En fournissant ainsi de chacun des deux airs, on parvient à continuer très-long-temps la combustion. J’ai donné ailleurs la description des appareils que j’ai employés pour cette expérience, & j’ai expliqué comment on parvient à mesurer les quantités de gaz consommées avec une rigoureuse exactitude. Voyez la troisième partie de cet Ouvrage.
À mesure que la combustion s’opère, il se dépose de l’eau sur les parois intérieures du ballon ou matras : la quantité de cette eau augmente peu à peu ; elle se réunit en grosses gouttes qui coulent & se rassemblent dans le fond du vase.
En pesant le matras avant & après l’opération, il est facile de connoître la quantité d’eau qui s’est ainsi rassemblée. On a donc dans cette expérience une double vérification ; d’une part le poids des gaz employés, de l’autre celui de l’eau formée ; & ces deux quantités doivent être égales. C’est par une expérience de ce genre que nous avons reconnu, M. Meusnier & moi, qu’il falloit 85 parties en poids d’oxygène, & 15 parties également en poids d’hydrogène, pour composer 100 parties d’eau. Cette expérience qui n’a point encore été publiée, a été faite en présence d’une Commission nombreuse de l’Académie ; nous y avons apporté les attentions les plus scrupuleuses, & nous avons lieu de la croire exacte à un deux-centième près tout au plus.
Ainsi, soit qu’on opère par voie de décomposition ou de recomposition, on peut regarder comme constant & aussi bien prouvé qu’on puisse le faire en Chimie & en Physique, que l’eau n’est point une substance simple ; qu’elle est composée de deux principes, l’oxygène & l’hydrogène, & que ces deux principes séparés l’un de l’autre, ont tellement d’affinité avec le calorique, qu’ils ne peuvent exister que sous forme de gaz, au degré de température & de pression dans lequel nous vivons.
Ce phénomène de la décomposition & de la recomposition de l’eau s’opère continuellement sous nos yeux, à la température de l’atmosphère & par l’effet des affinités composées. C’est à cette décomposition que sont dus, comme nous le verrons bientôt, au moins jusqu’à un certain point, les phénomènes de la fermentation spiritueuse, de la putréfaction, & même de la végétation. Il est bien extraordinaire qu’elle ait échappé jusqu’ici à l’œil attentif des Physiciens & des Chimistes, & on doit en conclure que dans les sciences comme dans la morale il est difficile de vaincre les préjugés dont on a été originairement imbu, & de suivre une autre route que celle dans laquelle on est accoutumé de marcher.
Je terminerai cet article par une expérience beaucoup moins probante que celles que j’ai précédemment rapportées, mais qui m’a paru cependant faire plus d’impression qu’aucune autre sur un grand nombre de personnes. Si on brûle une livre ou seize onces d’esprit de vin ou alcohol dans un appareil propre à recueillir toute l’eau qui se dégage pendant la combustion, on en obtient 17 à 18 onces.[3] Or une matière quelconque ne peut rien fournir dans une expérience au-delà de la totalité de son poids ; il faut donc qu’il s’ajoute une autre substance à l’esprit de vin pendant sa combustion : or j’ai fait voir que cette autre substance étoit la base de l’air, l’oxygène. L’esprit de vin contient donc un des principes de l’eau, l’hydrogène ; & c’est l’air de l’atmosphère qui fournit l’autre, l’oxygène : nouvelle preuve que l’eau est une substance composée.
- ↑ On trouvera dans la dernière partie de cet Ouvrage, le détail des procédés qu’on emploie pour séparer les différentes espèces de gaz & pour les peser.
- ↑ On a critiqué même avec assez d’amertume cette expression hydrogène, parce qu’on a prétendu qu’elle signifioit fils de l’eau & non pas qui engendre l’eau. Mais qu’importe, si l’expression est également juste dans les deux sens : les expériences rapportées dans ce Chapitre, prouvent que l’eau, en se décomposant, donne naissance à l’hydrogène, & surtout l’hydrogène donne naissance à l’eau en se combinant avec l’oxygène. On peut donc dire également que l’eau engendre l’hydrogène, & que l’hydrogène engendre l’eau.
- ↑ Voyez la description de cet appareil dans la troisième partie de cet Ouvrage.