_Analyse de l'air de l'atmosphère: sa résolution en deux fluides
élastiques, l'un respirable, l'autre non-respirable._
TELLE est donc _à priori_ la constitution de notre atmosphère; elle
doit être formée de la réunion de toutes les substances susceptibles de
demeurer dans l'état aériforme au degré habituel de température & de
pression que nous éprouvons. Ces fluides forment une masse de nature à
peu près homogène, depuis la surface de la terre jusqu'à la plus grande
hauteur à laquelle on soit encore parvenu, & dont la densité décroît en
raison inverse des poids dont elle est chargée; mais comme je l'ai dit,
il est possible que cette première couche soit recouverte d'une ou de
plusieurs autres de fluides très-différens.
Il nous reste maintenant à déterminer quel est le nombre & quelle est
la nature des fluides élastiques qui composent cette couche inférieure
que nous habitons; & c'est sur quoi l'expérience va nous éclairer. La
Chimie moderne a fait à cet égard un grand pas; & les détails dans
lesquels je vais entrer feront connoître que l'air de l'atmosphère est
peut-être de toutes les substances de cet ordre, celle dont l'analyse
est la plus exactement & la plus rigoureusement faite.
La Chimie présente en général deux moyens pour déterminer la
nature des parties constituantes d'un corps, la composition & la
décomposition. Lors, par exemple, que l'on a combiné ensemble de l'eau
& de l'esprit-de-vin ou alkool, & que par le résultat de ce mêlange
on a formé l'espèce de liqueur qui porte le nom d'eau-de-vie dans le
commerce, on a droit d'en conclure que l'eau-de-vie est un composé
d'alkool & d'eau: mais on peut arriver à la même conclusion par voie
de décomposition, & en général on ne doit être pleinement satisfait en
Chimie qu'autant qu'on a pu réunir ces deux genres de preuves.
On a cet avantage dans l'analyse de l'air de l'atmosphère; on peut
le décomposer & le recomposer; & je me bornerai à rapporter ici les
expériences les plus concluantes qui aient été faites à cet égard. Il
n'en est presque aucunes qui ne me soient devenues propres, soit parce
que je les ai faites le premier, soit parce que je les ai répétées sous
un point de vue nouveau, sous celui d'analyser l'air de l'atmosphère.
J'ai pris, _planche II, figure 14_, un matras A de 36 pouces cubiques
environ de capacité dont le col BCDE étoit très-long, & avoit six à
sept lignes de grosseur intérieurement. Je l'ai courbé, comme on le
voit représenté, _planche IV, figure 2_, de manière qu'il pût être
placé dans un fourneau MMNN, tandis que l'extrêmité E de son col iroit
s'engager sous la cloche FG, placée dans un bain de mercure RRSS. J'ai
introduit dans ce matras quatre onces de mercure très-pur, puis en
suçant avec un siphon que j'ai introduit sous la cloche FG, j'ai élevé
le mercure jusqu'en LL: j'ai marqué soigneusement cette hauteur avec
une bande de papier collé, & j'ai observé exactement le baromètre & le
thermomètre.
Les choses ainsi préparées, j'ai allumé du feu dans le fourneau MMNN,
& je l'ai entretenu presque continuellement pendant douze jours, de
manière que le mercure fut échauffé presqu'au degré nécessaire pour le
faire bouillir.
Il ne s'est rien passé de remarquable pendant tout le premier jour:
le mercure quoique non bouillant, étoit dans un état d'évaporation
continuelle; il tapissoit l'intérieur des vaisseaux de goutelettes,
d'abord très-fines, qui alloient ensuite en augmentant, & qui,
lorsqu'elles avoient acquis un certain volume, retomboient
d'elles-mêmes au fond du vase, & se réunissoient au reste du mercure.
Le second jour, j'ai commencé à voir nager sur la surface du mercure
de petites parcelles rouges, qui, pendant quatre ou cinq jours ont
augmenté en nombre & en volume, après quoi elles ont cessé de grossir
& sont restées absolument dans le même état. Au bout de douze jours
voyant que la calcination du mercure ne faisoit plus aucun progrès,
j'ai éteint le feu & j'ai laissé refroidir les vaisseaux. Le volume
de l'air contenu tant dans le matras que dans son col & sous la
partie vuide de la cloche, réduit à une pression de 28 pouces & à 10
degrés du thermomètre, étoit avant l'opération de 50 pouces cubiques
environ. Lorsque l'opération a été finie, ce même volume à pression &
à température égale, ne s'est plus trouvé que de 42 à 43 pouces: il y
avoit eu par conséquent une diminution de volume d'un sixième environ.
D'un autre côté ayant rassemblé soigneusement les parcelles rouges qui
s'étoient formées, & les ayant séparées autant qu'il étoit possible du
mercure coulant dont elles étoient baignées, leur poids s'est trouvé de
45 grains.
J'ai été obligé de répéter plusieurs fois cette calcination du mercure
en vaisseaux clos, parce qu'il est difficile, dans une seule & même
expérience, de conserver l'air dans lequel on a opéré, & les molécules
rouges ou chaux de mercure qui s'est formé. Il m'arrivera souvent de
confondre ainsi, dans un même récit, le résultat de deux ou trois
expériences de même genre.
L'air qui restoit après cette opération & qui avoit été réduit aux
cinq sixièmes de son volume, par la calcination du mercure, n'étoit
plus propre à la respiration ni à la combustion; car les animaux qu'on
y introduisoit y périssoient en peu d'instans, & les lumières s'y
éteignoient sur le champ, comme si on les eût plongées dans de l'eau.
D'un autre côté, j'ai pris les 45 grains de matière rouge qui s'étoit
formée pendant l'opération; je les ai introduits dans une très-petite
cornue de verre à laquelle étoit adapté un appareil propre à recevoir
les produits liquides & aériformes qui pourroient se séparer: ayant
allumé du feu dans le fourneau, j'ai observé qu'à mesure que la
matière rouge étoit échauffée sa couleur augmentoit d'intensité.
Lorsqu'ensuite la cornue a approché de l'incandescence, la matière
rouge a commencé à perdre peu à peu de son volume, & en quelques
minutes elle a entièrement disparu; en même temps il s'est condensé
dans le petit récipient 41 grains 1/2 de mercure coulant, & il a passé
sous la cloche 7 à 8 pouces cubiques d'un fluide élastique beaucoup
plus propre que l'air de l'atmosphère à entretenir la combustion & la
respiration des animaux.
Ayant fait passer une portion de cet air dans un tube de verre d'un
pouce de diamètre & y ayant plongé une bougie, elle y répandoit un
éclat éblouissant; le charbon au lieu de s'y consommer paisiblement
comme dans l'air ordinaire, y brûloit avec flamme & une sorte de
décrépitation, à la manière du phosphore, & avec une vivacité de
lumière que les yeux avoient peine à supporter. Cet air que nous avons
découvert presque en même temps, M. Priestley, M. Schéele & moi, a été
nommé par le premier, air déphlogistiqué; par le second, air empiréal.
Je lui avois d'abord donné le nom d'_air éminemment respirable_:
depuis, on y a substitué celui d'_air vital_. Nous verrons bientôt ce
qu'on doit penser de ces dénominations.
En réfléchissant sur les circonstances de cette expérience, on voit que
le mercure en se calcinant absorbe la partie salubre & respirable de
l'air, ou, pour parler d'une manière plus rigoureuse, la base de cette
partie respirable; que la portion d'air qui reste est une espèce de
mofète, incapable d'entretenir la combustion & la respiration: l'air
de l'atmosphère est donc composé de deux fluides élastiques de nature
différente & pour ainsi dire opposée.
Une preuve de cette importante vérité, c'est qu'en recombinant les deux
fluides élastiques qu'on a ainsi obtenus séparément, c'est-à-dire, les
42 pouces cubiques de mofète, ou air non respirable, & les 8 pouces
cubiques d'air respirable, on reforme de l'air, en tout semblable à
celui de l'atmosphère, & qui est propre à peu près au même degré, à la
combustion, à la calcination des métaux, & à la respiration des animaux.
Quoique cette expérience fournisse un moyen infiniment simple d'obtenir
séparément les deux principaux fluides élastiques qui entrent dans
la composition de notre atmosphère, elle ne nous donne pas des idées
exactes sur la proportion de ces deux fluides. L'affinité du mercure
pour la partie respirable de l'air, ou plutôt pour sa base, n'est pas
assez grande pour qu'elle puisse vaincre entièrement les obstacles qui
s'opposent à cette combinaison. Ces obstacles sont l'adhérence des deux
fluides constitutifs de l'air de l'atmosphère & la force d'affinité qui
unit la base de l'air vital au calorique: en conséquence la calcination
du mercure finie, ou au moins portée aussi loin qu'elle peut l'être,
dans une quantité d'air déterminée, il reste encore un peu d'air
respirable combiné avec la mofète, & le mercure ne peut en séparer
cette dernière portion. Je ferai voir dans la suite que la proportion
d'air respirable & d'air non respirable qui entre dans la composition
de l'air atmosphérique est dans le rapport de 27 à 73, au moins dans
les climats que nous habitons: je discuterai en même temps les causes
d'incertitude qui existent encore sur l'exactitude de cette proportion.
Puisqu'il y a décomposition de l'air dans la calcination du mercure,
puisqu'il y a fixation & combinaison de la base de la partie respirable
avec le mercure, il résulte des principes que j'ai précédemment
exposés, qu'il doit y avoir dégagement de calorique & de lumière; &
l'on ne sauroit douter que ce dégagement n'ait lieu en effet: mais deux
causes empêchent qu'il ne soit rendu sensible dans l'expérience dont je
viens de rendre compte. La première, parce que la calcination durant
pendant plusieurs jours, le dégagement de chaleur & de lumière, réparti
sur un aussi long intervalle de temps, est infiniment foible pour
chaque instant en particulier: la seconde, parce que l'opération se
faisant dans un fourneau & à l'aide du feu, la chaleur occasionnée par
la calcination se confond avec celle du fourneau. Je pourrois ajouter
que la partie respirable de l'air, ou plutôt sa base, en se combinant
avec le mercure, n'abandonne pas la totalité du calorique qui lui étoit
uni, qu'une partie demeure engagée dans la nouvelle combinaison; mais
cette discussion & les preuves que je serois obligé de rapporter, ne
seroient pas à leur place ici.
Il est au surplus aisé de rendre sensible le dégagement de la chaleur
& de la lumière en opérant d'une manière plus prompte la décomposition
de l'air. Le fer, qui a beaucoup plus d'affinité que le mercure avec
la base de la partie respirable de l'air, en fournit un moyen. Tout le
monde connoît aujourd'hui la belle expérience de M. Ingenhouz sur la
combustion du fer. On prend un bout de fil de fer très-fin BC, _planche
IV, figure 17_, tourné en spirale, on fixe l'une de ses extrêmités
B, dans un bouchon de liége A, destiné à boucher la bouteille DEFG.
On attache à l'autre extrêmité de ce fil de fer, un petit morceau
d'amadoue C. Les choses ainsi disposées, on emplit avec de l'air
dépouillé de sa partie non respirable, la bouteille DEFG. On allume
l'amadoue C, puis on l'introduit promptement, ainsi que le fil de fer
BC dans la bouteille, & on la bouche comme on le voit dans la figure
que je viens de citer.
Aussi-tôt que l'amadoue est plongée dans l'air vital, elle commence
à brûler avec un éclat éblouissant; elle communique l'inflammation
au fer, qui brûle lui même en répandant de brillantes étincelles,
lesquelles tombent au fond de la bouteille, en globules arrondis
qui deviennent noirs en se refroidissant, & qui conservent un reste
de brillant métallique. Le fer ainsi brûlé, est plus cassant & plus
fragile, que ne le seroit le verre lui-même; il se réduit facilement
en poudre & est encore attirable à l'aimant, moins cependant qu'il ne
l'étoit avant sa combustion.
M. Ingenhouz n'a examiné ni ce qui arrivoit au fer, ni ce qui arrivoit
à l'air dans cette opération, en sorte que je me suis trouvé obligé de
la répéter avec des circonstances différentes & dans un appareil plus
propre à répondre à mes vues.
J'ai rempli une cloche A, _planche IV, fig. 3_, de six pintes environ
de capacité d'air pur, autrement dit, de la partie éminemment
respirable de l'air. J'ai transporté, à l'aide d'un vase très-plat,
cette cloche sur un bain de mercure contenu dans le bassin BC; après
quoi j'ai séché soigneusement avec du papier gris la surface du
mercure, tant dans l'intérieur qu'à l'extérieur de la cloche. Je me
suis muni, d'un autre côté, d'une petite capsule de porcelaine D, plate
& évasée, dans laquelle j'ai placé de petits coupeaux de fer tournés
en spirale, & que j'ai arrangés de la manière qui m'a paru la plus
favorable pour que la combustion se communiquât à toutes les parties.
A l'extrêmité d'un de ces coupeaux, j'ai attaché un petit morceau
d'amadoue, & j'y ai ajouté un fragment de phosphore, qui pesoit à peine
un seizième de grain. J'ai introduit la capsule sous la cloche en
soulevant un peu cette dernière. Je n'ignore pas que par cette manière
de procéder, il se mêle une petite portion d'air commun avec l'air de
la cloche; mais ce mêlange, qui est peu considérable lorsqu'on opère
avec adresse, ne nuit point au succès de l'expérience.
Lorsque la capsule D est introduite sous la cloche, on succe une
partie de l'air qu'elle contient, afin d'élever le mercure dans son
intérieur jusqu'en EF; on se sert à cet effet d'un siphon GHI, qu'on
passe par-dessous, & pour qu'il ne se remplisse pas de mercure, on
tortille un petit morceau de papier à son extrêmité. Il y a un art
pour élever ainsi en suçant le mercure sous la cloche: si on se
contentoit d'aspirer l'air avec le poumon, on n'atteindroit qu'à une
très-médiocre élévation, par exemple, d'un pouce ou d'un pouce & demi
tout au plus, tandis que par l'action des muscles de la bouche on
élève, sans se fatiguer, ou au moins sans risquer de s'incommoder, le
mercure jusqu'à 6 à 7 pouces.
Après que tout a été ainsi préparé, on fait rougir au feu un
fer recourbé MN, _planche IV, figure 16_, destiné à ces sortes
d'expériences; on le passe par-dessous la cloche & avant qu'il ait eu
le temps de se refroidir, on l'approche du petit morceau de phosphore
contenu dans la capsule de porcelaine D: aussi-tôt le phosphore
s'allume, il communique son inflammation à l'amadoue, & celle-ci la
communique au fer. Quand les copeaux ont été bien arrangés, tout le
fer brûle jusqu'au dernier atôme, en répandant une lumière blanche,
brillante, & semblable à celle qu'on observe dans les étoiles
d'artifice Chinois. La grande chaleur qui s'opère pendant cette
combustion, liquéfie le fer, & il tombe en globules ronds de grosseur
différente, dont le plus grand nombre reste dans la capsule, & dont
quelques-uns sont lancés au dehors & nagent sur la surface du mercure.
Dans le premier instant de la combustion il y a une légère augmentation
dans le volume de l'air, en raison de la dilatation occasionnée par la
chaleur: mais bientôt une diminution rapide succède à la dilatation;
le mercure remonte dans la cloche, & lorsque la quantité de fer est
suffisante, & que l'air avec lequel on opère est bien pur, on parvient
à l'absorber presqu'en entier.
Je dois avertir ici qu'à moins qu'on ne veuille faire des expériences
de recherches, il vaut mieux ne brûler que des quantités médiocres de
fer. Quand on veut pousser trop loin l'expérience & absorber presque
tout l'air, la capsule D qui nage sur le mercure, se rapproche trop de
la voûte de la cloche, & la grande chaleur jointe au refroidissement
subit, occasionné par le contact du mercure, fait éclater le verre:
le poids de la colonne de mercure qui vient à tomber rapidement, dès
qu'il s'est fait une félure à la cloche, occasionne un flot qui fait
jaillir une grande partie de ce fluide hors du bassin. Pour éviter ces
inconvéniens & être sûr du succès de l'expérience, on ne doit guère
brûler plus d'un gros & demi de fer sous une cloche de huit pintes de
capacité. Cette cloche doit être forte, afin de résister au poids de
mercure qu'elle est destinée à contenir.
Il n'est pas possible de déterminer à la fois dans cette expérience,
le poids que le fer acquiert, & les changemens arrivés à l'air. Si
c'est l'augmentation de poids du fer & son rapport avec l'absorption
de l'air, dont on cherche à connoître la quantité, on doit avoir soin
de marquer très-exactement sur la cloche, avec un trait de diamant, la
hauteur du mercure avant & après l'expérience; on passe ensuite sous
la cloche le siphon GH, _planche IV, figure 3_, garni d'un papier qui
empêche qu'il ne s'emplisse de mercure. On met le pouce sur l'extrêmité
G, & on rend l'air peu à peu en soulevant le pouce. Lorsque le mercure
est descendu à son niveau, on enlève doucement la cloche; on détache
de la capsule les globules de fer qui y sont contenus; on rassemble
soigneusement ceux qui pourroient s'être éclaboussés & qui nagent
sur le mercure, & on pèse le tout. Ce fer est dans l'état de ce que
les anciens Chimistes ont nommé _éthiops martial_; il a une sorte de
brillant métallique; il est très-cassant, très-friable, & se réduit
en poudre sous le marteau & sous le pilon. Lorsque l'opération a bien
réussi, avec 100 grains de fer on obtient 135 à 136 grains d'éthiops.
On peut donc compter sur une augmentation de poids au moins de 35
livres par quintal.
Si l'on a donné à cette expérience toute l'attention qu'elle mérite,
l'air se trouve diminué d'une quantité en poids exactement égale à
celle dont le fer est augmenté. Si donc on a brûlé 100 grains de fer
& que l'augmentation de poids que ce métal a acquise ait été de 35
grains, la diminution du volume de l'air est assez exactement de 70
pouces cubiques à raison d'un demi-grain par pouce cube. On verra dans
la suite de ces Mémoires, que le poids de l'air vital est en effet,
assez exactement, d'un demi-grain par pouce cube.
Je rappellerai ici une dernière fois que dans toutes les expériences
de ce genre, on ne doit point oublier de ramener par le calcul le
volume de l'air au commencement & à la fin de l'expérience à celui
qu'on auroit eu à 10 degrés du thermomètre, & à une pression de 28
pouces: j'entrerai dans quelques détails sur la manière de faire ces
corrections, à la fin de cet Ouvrage.
Si c'est sur la qualité de l'air restant dans la cloche, qu'on se
propose de faire des expériences, on opère d'une manière un peu
différente. On commence alors, après que la combustion est faite &
que les vaisseaux sont refroidis, par retirer le fer & la capsule
qui le contenoit en passant la main sous la cloche à travers le
mercure: ensuite on introduit sous cette même cloche, de la potasse
ou alkali caustique, dissous dans l'eau, du sulfure de potasse, ou
telle autre substance qu'on juge à propos, pour examiner l'action
qu'elles exercent sur l'air. Je reviendrai dans la suite sur ces
moyens d'analyse de l'air, quand j'aurai fait connoître la nature de
ces différentes substances, dont je ne parle qu'accidentellement dans
ce moment. On finit par introduire sous cette même cloche, autant d'eau
qu'il est nécessaire pour déplacer tout le mercure; après quoi on passe
dessous un vaisseau ou espèce de capsule très-platte avec laquelle on
la transporte dans l'appareil pneumato-chimique ordinaire à l'eau, où
l'on opère plus en grand & avec plus de facilité.
Lorsqu'on a employé du fer très-doux & très-pur, & que la portion
respirable de l'air dans lequel s'est faite la combustion, étoit
exempte de tout mêlange d'air non respirable, l'air qui reste après
la combustion, se trouve aussi pur qu'il l'étoit avant la combustion;
mais il est rare que le fer ne contienne pas une petite quantité de
matière charbonneuse: l'acier sur-tout en contient toujours. Il est de
même extrêmement difficile d'obtenir la portion respirable de l'air
parfaitement pure, elle est presque toujours mêlée d'une petite portion
de la partie non respirable, mais cette espèce de mofète ne trouble en
rien le résultat de l'expérience, & elle se retrouve à la fin en même
quantité qu'au commencement.
J'ai annoncé qu'on pouvoit déterminer de deux manières la nature
des parties constituantes de l'air de l'atmosphère; par voie de
décomposition & par voie de composition. La calcination du mercure nous
a fourni l'exemple de l'une & de l'autre, puisqu'après avoir enlevé à
la partie respirable sa base par le mercure, nous la lui avons rendue
pour reformer de l'air en tout semblable à celui de l'atmosphère. Mais
on peut également opérer cette composition de l'air en empruntant
de différens règnes les matériaux qui doivent le former. On verra
dans la suite que lorsqu'on dissout des matières animales dans de
l'acide nitrique, il se dégage une grande quantité d'un air qui éteint
les lumières, qui est nuisible pour les animaux, & qui est en tout
semblable à la partie non respirable de l'air de l'atmosphère. Si à
73 parties de ce fluide élastique on en ajoute 27 d'air éminemment
respirable tiré du mercure, réduit en chaux rouge par la calcination,
on forme un fluide élastique parfaitement semblable à celui de
l'atmosphère & qui en a toutes les propriétés.
Il y a beaucoup d'autres moyens de séparer la partie respirable de
l'air de la partie non respirable; mais je ne pourrois les exposer
ici sans emprunter des notions, qui, dans l'ordre des connoissances,
appartiennent aux Chapitres suivans. Les expériences d'ailleurs que
j'ai rapportées, suffisent pour un Traité Elémentaire; & dans ces
sortes de matières, le choix des preuves est plus important que leur
nombre.
Je terminerai cet article en indiquant une propriété qu'a l'air de
l'atmosphère & qu'ont en général tous les fluides élastiques ou gaz que
nous connoissons; c'est celle de dissoudre l'eau. La quantité d'eau
qu'un pied cube d'air de l'atmosphère peut dissoudre, est suivant
les expériences de M. de Saussure, de 12 grains: d'autres fluides
élastiques, tels que l'acide carbonique, paroissent en dissoudre
davantage; mais on n'a point fait encore d'expériences exactes pour
en déterminer la quantité. Cette eau que contiennent les fluides
élastiques aériformes, donne lieu dans quelques expériences à des
phénomènes particuliers qui méritent beaucoup d'attention, & qui ont
souvent jetté les Chimistes dans de grandes erreurs.